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