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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Gezielte Eigenspannungseinstellung in Tellerfedern durch inkrementelle Umformung mit integrierter Randschichtbeeinflussung

Thursday (19.09.2019)
15:00 - 15:30 Uhr Gartensaal
Bestandteil von:


Tellerfedern sind nach DIN 2092 kegelförmige Ringscheiben, die sich durch eine hohe Federkraft bei kleinem Federweg und eine gute Raumausnutzung auszeichnen. Sie müssen im Betrieb hohe Ansprüche an die Stabilität der Federkennlinie (geringe Relaxation) und die Schwingfestigkeit erfüllen. Auf der Unterseite in der Nähe der Auflagestelle entstehen unter Last Zugspannungen. Diese begrenzen bei hohen Federkräften und limitiertem Bauraum die Einsatzmöglichkeiten von Tellerfedern. An den zugbeanspruchten Stellen können Druckeigenspannungen eingebracht werden, um bei gegebener Streckgrenze und Schwingfestigkeit die Einsatzgrenzen zu erweitern. Bislang werden Eigenspannungen überwiegend durch Kugelstrahlen eingebracht, wobei die Auslegung der Kugelstrahlbehandlung bislang iterativ erfolgt. Mit dem Kugelstrahlen ist somit ein erhöhter Zeit- und Fertigungsaufwand verbunden. Wenn es gelänge, die gezielte Einstellung von Eigenspannungen in den Formgebungsprozess der Tellerfeder zu integrieren und für die Verbesserung der Federeigenschaften zu nutzen, könnten zeitaufwändige und kostenintensive Kugelstrahloperationen, der Einsatz teurerer Werkstoffe, die Herstellung von Sonderfedern oder die Vergrößerung des Bauraums vermieden werden. Aus Untersuchungen der letzten Jahre ist bekannt, dass inkrementelle Blechumformverfahren besonders hohe Eigenspannungen hervorrufen, die zu unerwünschten Rückfederungen führen. Diese könnten bei u.a. bei Tellerfedern gezielt für die Einstellung der Federkennlinie und der Lebensdauer genutzt werden.

Mit dem vorliegenden Beitrag werden die Grundlagen der Eigenspannungsentstehung bei austenitischen Tellerfedern dargestellt. Die inkrementelle Umformung erlaubt es im Vergleich zu herkömmlich gefertigten Tellerfedern, höhere Druckeigenspannungen in den unter Zug belasteten Bereichen einzustellen und eine höhere Federkraft zu erzeugen. Die Änderungen der Federeigenschaften sind bei metastabilen austenitischen Stählen auf die Bildung von verformungsinduziertem Martensit zurückzuführen. Die entwickelten Umformstrategien können daher als alternativer Umformprozess für Tellerfedern mit integrierter Oberflächenbehandlung eingesetzt werden.


 

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Markus Bambach
BTU Cottbus - Senftenberg
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Frank Walther
    TU Dortmund