Erweiterung der Einsatzgrenzen beim Spannen hochbelasteter langgestreckter Werkstücke

Beim Bohrungsdrücken müssen Werkstücke gespannt werden, die so großen Belastungen unterworfen sind, dass diese bereits weiträumig plastifiziert sind oder kurz davor stehen, die Fließgrenze zu überschreiten. Mit dem Hintergrund dieser neuartigen Anforderung an das Spannsystem ist der Hauptgegenstand dieser Arbeit die Untersuchung, mit welchen Wirkprinzipien stangenförmige Werkstücke sicher unter diesen Bedingungen gespannt werden können. Nach systematisierenden Betrachtungen wurde ein Prinzip gewählt, das Spannmarken bzw. eingedrückte Kerben gezielt zur Kraftübertragung nutzt. Für die Erzeugung der Spannkraft wird die dominierende axiale Prozesskraft verwendet. Die Spannmarken, die durch langgestreckte Keile entstehen, wurden durch Variation der Parameter Keilwinkel und Symmetrie minimiert. Dafür kam eine Modellierung auf Basis der Gleitlinientheorie zum Einsatz. Nach experimenteller Verifizierung mit einem Versuchsmodell erfolgte die Ableitung allgemeiner Aussagen zur Abhängigkeit des Lastübertragungsverhaltens von der Spannzeuggeometrie. Neben der Bestimmung der erforderlichen Betätigungskraft wurde bei den Versuchen die Lösekraft ermittelt. Mit Hilfe von Finite Elemente Simulationen wurden die Spannmarkenentstehung und das Lastübertragungsverhalten in Abhängigkeit von der Verzahnungsgeometrie untersucht, um die bereits mit der Gleitlinientheorie getroffenen Aussagen zu überprüfen und zu vertiefen. Zum Schluss der Arbeit wird ein Prototyp einer Spanneinrichtung vorgestellt, der als Ergebnis aus den theoretischen Betrachtungen und den Modellversuchen entwickelt und getestet wurde.