Plankerbverzahnungen zählen zu den Vertretern der Kupplungsverzahnungen, mit deren Hilfe zwei Bauteile koaxial miteinander verbunden werden können. Neben einer hohen Winkelgenauigkeit zeichnen sie sich durch eine enorme Drehmomentkapazität bei gleichzeitig geringem Montageaufwand aus. Die zur Leistungsübertragung erforderliche Vorspannkraft kann über eine zentrale Spannschraube oder mehrere dezentral, auf einem gemeinsamen Teilkreis, angeordnete Spannschrauben erzeugt werden. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur beanspruchungsgerechten Dimensionierung von Plankerbverzahnungen mit zentraler und dezentraler Verschraubung. Es wird eine Berechnungsmethode zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Zahnfußes, der Zahnflanke und der Spannschrauben vorgestellt und anhand von Beispielrechnungen erläutert. Neben den umfangreichen theoretischen Betrachtungen werden die Ergebnisse zahlreicher experimenteller Untersuchungen präsentiert. Diese dienen der Gewinnung von grundlegenden Aussagen zur Stützwirkung und zum Mittelspannungseinfluss an einfach und mehrfach gekerbten Proben sowie zur Verifizierung des Tragfähigkeitsnachweises.

Geometrie, Werkstoff und Belastung sind die maßgeblichen Faktoren, welche die Dauerfestigkeit beeinflussen. Allgemein bekannt ist, dass die Dauerfestigkeit bei einer Überlagerung von ruhenden und schwingenden Belastungen geringer ist als bei rein schwingenden Belastungen. Dieser Effekt wird Mittelspannungseinfluss genannt. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Einfluss von Mittelspannungen auf die Dauerfestigkeit. Hierfür wurden Versuche durchgeführt und ergänzt durch die Auswertung von Ver-suchsdaten aus der Literatur. Der Mittelspannungseinfluss wird ermittelt und ein Vorschlag zur Abschätzung im Nennspannungskonzept vorgestellt. Dieser Vorschlag ist einfacher und genauer als bestehende Methoden zur Abschätzung des Mittelspannungseinflusses auf die Dauerfestigkeit. Unter Berücksichtigung von plastischen Verformungen wird der lokale Spannungszustand für die im Versuch auftretenden Belastungen ermittelt. Der Mittelspannungseinfluss wird für lokale Spannungen bestimmt und eine Methode zur Berechnung der lokalen Dauerfestig-keit entwickelt, die auch mit Festigkeitswerten aus dem Nennspannungskonzept verwen-det werden kann.:1 Einleitung 1 2 Stand des Wissens 3 2.1 Grundlagen 3 2.2 Experimentelle Ermittlung der Dauerfestigkeit 17 2.3 Mittelspannungseinfluss nach dem Nennspannungskonzept 22 2.4 Mittelspannungseinfluss im Kerbgrundkonzept 38 2.5 Zusammenfassung zum Stand des Wissens 42 3 Experimentelle Untersuchungen 45 3.1 Versuchsplanung und Vorbereitung 45 3.2 Werkstoffuntersuchungen 49 3.3 Versuchsbedingungen und Durchführung 52 3.4 Auswertung und Ergebnisse 54 4 Recherche nach experimentellen Untersuchungen 61 4.1 Kriterien 61 4.2 Aufbereitung und Auswertung 62 4.3 Ergebnisse der Versuchsdaten aus der Literatur 62 4.4 Versuche aus der Literatur, die nicht den Kriterien entsprechen 63 5 Auslegungskonzept und Validierung 69 5.1 Numerische Voruntersuchungen 70 5.2 Untersuchungen mit Nennspannungen 83 5.3 Untersuchungen mit lokalen Spannungen 107 6 Zusammenfassung 123 6.1 Nennspannungskonzept 123 6.2 Lokale Spannungen 124 7 Ausblick 125 7.1 Lastwechselzahl, Lastfolge, Lasthöhe 125 7.2 Werkstoff 125 Literatur 127 A Anhang 136 / Geometry, material and load are the main factors influencing fatigue strength. Loads can be static or oscillating. If static and oscillating loads are superimposed, the fatigue strength is lower than with purely oscillating loads. This effect is called mean stress effect. This paper is dedicated to the mean stress effect on fatigue strength. Tests are carried out on shaft-typical geometries and materials. The tests are supplemented by the evaluation of test data from literature. The mean stress effect is determined for the test and literature data. A proposal for the estimation of the mean stress effect in the nominal stress concept is presented. This proposal is simpler and more accurate than existing methods for estimating the mean stress effect on fatigue strength. Taking plastic deformations into account, the local stress state for the loads occurring in the test is determined. These are used to determine the mean stress effect and to present a concept for local stresses and a method for calculating the local fatigue strength is de-veloped, which can also be used with strength values from the nominal stress concept.:1 Einleitung 1 2 Stand des Wissens 3 2.1 Grundlagen 3 2.2 Experimentelle Ermittlung der Dauerfestigkeit 17 2.3 Mittelspannungseinfluss nach dem Nennspannungskonzept 22 2.4 Mittelspannungseinfluss im Kerbgrundkonzept 38 2.5 Zusammenfassung zum Stand des Wissens 42 3 Experimentelle Untersuchungen 45 3.1 Versuchsplanung und Vorbereitung 45 3.2 Werkstoffuntersuchungen 49 3.3 Versuchsbedingungen und Durchführung 52 3.4 Auswertung und Ergebnisse 54 4 Recherche nach experimentellen Untersuchungen 61 4.1 Kriterien 61 4.2 Aufbereitung und Auswertung 62 4.3 Ergebnisse der Versuchsdaten aus der Literatur 62 4.4 Versuche aus der Literatur, die nicht den Kriterien entsprechen 63 5 Auslegungskonzept und Validierung 69 5.1 Numerische Voruntersuchungen 70 5.2 Untersuchungen mit Nennspannungen 83 5.3 Untersuchungen mit lokalen Spannungen 107 6 Zusammenfassung 123 6.1 Nennspannungskonzept 123 6.2 Lokale Spannungen 124 7 Ausblick 125 7.1 Lastwechselzahl, Lastfolge, Lasthöhe 125 7.2 Werkstoff 125 Literatur 127 A Anhang 136

Plankerbverzahnungen zählen zu den Vertretern der Kupplungsverzahnungen, mit deren Hilfe zwei Bauteile koaxial miteinander verbunden werden können. Neben einer hohen Winkelgenauigkeit zeichnen sie sich durch eine enorme Drehmomentkapazität bei gleichzeitig geringem Montageaufwand aus. Die zur Leistungsübertragung erforderliche Vorspannkraft kann über eine zentrale Spannschraube oder mehrere dezentral, auf einem gemeinsamen Teilkreis, angeordnete Spannschrauben erzeugt werden. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur beanspruchungsgerechten Dimensionierung von Plankerbverzahnungen mit zentraler und dezentraler Verschraubung. Es wird eine Berechnungsmethode zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Zahnfußes, der Zahnflanke und der Spannschrauben vorgestellt und anhand von Beispielrechnungen erläutert. Neben den umfangreichen theoretischen Betrachtungen werden die Ergebnisse zahlreicher experimenteller Untersuchungen präsentiert. Diese dienen der Gewinnung von grundlegenden Aussagen zur Stützwirkung und zum Mittelspannungseinfluss an einfach und mehrfach gekerbten Proben sowie zur Verifizierung des Tragfähigkeitsnachweises.