antriebstechnik 11/2021

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FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG RÄNDELVERBINDUNGEN ALS ALTERNATIVE WELLE-NABE-VERBINDUNGEN Einband Dissertation M. Lätzer [1] Die Forderung nach CO 2 -Reduzierung erfordert auch eine Optimierung der Antriebselemente. Im Bereich der Welle-Nabe-Verbindungen bietet die Abkehr der Trennung von rein reib-, form- und stoffschlüssigen Verbindungen und somit Kombination der Übertragungsmechanismen durch hybride Verbindungen Potential zur Drehmomentsteigerung und Bauraumoptimierung. Eine solche Schlusskombination stellt die schneidend / formend gefügte Rändelverbindung dar. Allerdings bedarf es einer individuellen Vorgehensweise bei der Auslegung der Verbindung. Dieser Beitrag bietet dazu eine Hilfestellung, indem er eine Methodik zur Auslegung anhand der relevanten Einflussgrößen aufzeigt. 46 antriebstechnik 2021/11 www.antriebstechnik.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 1 EINLEITUNG Die zunehmend restriktiveren Vorgaben hinsichtlich der CO 2 -Reduzierung forcieren auch in der Antriebstechnik Optimierungsmaßnahmen bezüglich Leistungsdichte, Masse- und Bauraumreduktion sowie Senkung der Kosten. Der Betrachtungsbereich erstreckt sich dabei von der Herstellung, über die Nutzung bis zum Recycling, also über den gesamten Lebenszyklus. Die Lebenszykluskosten werden damit zu einem Entscheidungskriterium. Für Verbindungselemente bedeutet dies, dass neben der Notwendigkeit zur Optimierung etablierter Welle-Nabe-Verbindungen (WNV) wie beispielsweise Pressverbindungen (PV) und Zahnwellenverbindungen (ZWV) der Bedarf nach neuen Verbindungstechniken und Werkstoffkombinationen gegeben ist. Eine Sonderform von WNV stellen schneidend und/oder formend gefügte Rändelverbindungen dar. Diese seit Jahrzehnten bekannte und in Einzelanwendungen als auch in Großserienlösungen erfolgreich eingesetzte Verbindungstechnik besitzt meist eine gerändelte Verzahnung oder zumindest eine der Rändelgeometrie entsprechende Verzahnungskontur. Für Großserienanwendungen entwickelte spezifische Lösungen sind aus Funktions- oder Kostensicht klassischen WNV deutlich überlegen. Die geringe Verbreitung der Rändelverbindung ist auf die Notwendigkeit einer individuellen Abstimmung der Verbindung und dem Fehlen allgemeiner Auslegungs- und Kon-struktionsrichtlinien zurückzuführen. Diesbezüglich bietet der gegenständliche Beitrag Unterstützung, um mit wenig Aufwand die Eignung der Rändelverbindung bei spezifischen Rahmenbedingungen abschätzen sowie einen effizienten Auslegungs- und Verifizierungsprozess gestalten zu können. Die Terminologie für die Rändelverbindung ist (noch) nicht standardisiert, für idente Lösungen oder technische Parameter existieren unterschiedliche Begrifflichkeiten. Im Rahmen des vorliegenden Beitrages sollen folgende übergeordnete Bezeichnungen gelten. Entsprechend des vorwiegenden Vorgangs beim Fügen der Verbindung und somit der Herstellung der Gegenverzahnung wird unterschieden in Rändelschneidverbindungen (RSV) und Rändelpressverbindungen (RPV). Weitere Definitionen werden im Laufe des Beitrages eingeführt. 2 AUSGANGSSITUATION – ETABLIERTE WELLE-NABE-VERBINDUNGEN UND DEREN LIMITIERUNGEN Bild 01 zeigt eine Zuordnung der am häufigsten eingesetzten WNV bezüglich einer Torsionsmomentübertragung. Die PV sowie die Mehrfach-Pressverbindung (MPV) sind kraftbzw. reibschlüssige WNV, bei denen die Belastungsübertragung durch Reibkräfte an den entsprechenden Wirkflächenpaaren in der Fuge – den Zylindermantelflächen von Welle, Nabe und gegebenenfalls der Zwischenhülse – erfolgt. Die Reibkräfte, welche bei der Torsionsmomentübertragung tangential wirken, müssen durch Druckvorspannkräfte in der Fuge aufgebaut werden. In Abhängigkeit der benötigten Druckvorspannkräfte wird bei der Auslegung und Montage zwischen Längs-, Quer- und Längs- 01 Übersicht der relevanten reib-, form- und reibformschlüssigen WNV bezüglich Torsionsmomentübertragung nach [1] 02 Einfluss des Fasenwinkels ϕ der Welle auf den Fügevorgang [1] www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/11 47
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