antriebstechnik 11/2021

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]
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