antriebstechnik 12/2021

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Tabelle: Startwerte für die Auslegung einer
Rändelverbindung mit RAA-Rändel
Rändelverbindung
RPV ϕ = 15°
l F
/D F
= 0,5
0,8 ≥ Q A
≥ 0,5
RSV ϕ = 90°
l F
/D F
= 0,5
0,8 ≥ Q A
≥ 0,5
t = 0,8 mm
(10 mm < D F
≤ 20 mm )
t = 1,0 mm
(20 mm < D F
< 45 mm)
U geo
= 2/3*t
Stahl-Stahl ≈
3:1
Stahl-Aluminium
≈ 2:1
Stahl-Messing
≈ 1,5:1
Geometrie Rändelung Werkstofffestigkeit
Belastung
Fax ≠ 0,
Mt ≠ 0,
Mb = 0
Fax = 0,
Mt ≠ 0,
Mb = 0
onsmomentübertragung besitzt. Die Untersuchungen zeigen,
dass für eine Stahl-Stahl-Paarung idealerweise ein Härteunterschied
von Welle:Nabe ≈ 3:1, für eine Stahl-Aluminium-Paarung
von ≈ 2:1 und für eine Stahl-Messing-Paarung von ≈ 1,5:1 vorliegen
muss.
FÜGEVORGANG
Für die gesicherte Montage einer Rändelverbindung ist eine Fügevorrichtung
zweckmäßig. Auf diese Weise kann die Konzentrizität,
Koaxialität und Rechtwinkligkeit der Verbindung verbessert
werden. Die Wahl des Fügevorganges (Formen oder Schneiden)
ist von folgenden Parametern abhängig: Übertragung axialer
Kräfte – ja/nein, Torsionsmomentübertragung – statisch/dynamisch,
Einpresskräfte, Nabenaufweitung – zulässig ja/nein, Spanbildung
beim Fügen – zulässig ja/nein, Zentrierung und Bauraum,
siehe hierzu auch die Tabelle.
BELASTUNG
Sind hauptsächlich axiale Kräfte zu übertragen, ist eine formend
gefügte RPV mit einem Fasenwinkel von 5°≤ ϕ ≤15° zu verwenden.
Diese Verbindung weist im Mittel eine relative Festigkeit von
R F
= 0,75 auf. Die relative Festigkeit R F
ist das Verhältnis von maximaler
Lösekraft zu maximaler Fügekraft [1]. Liegt eine Anwendung
mit reiner Torsionsmomentübertragung vor, so sind die Kriterien
des Fügevorganges einzubeziehen. Analog zum Füge- und
zum Löseverhalten zeigt sich aber auch bei der Torsionsmomentübertragung
der positive Einfluss des Fasenwinkels auf das übertragbare
Torsionsmoment, [1], [4] und [5]. So können beispielsweise
formend gefügte Stahl-Aluminium-RPV ein um bis zu 40 %
größeres statisches Torsionsmoment als vergleichbare schneidend
gefügte RPV übertragen [1].
SEKUNDÄRE BELASTUNG
Wie die Untersuchungen in [1] und [4] zeigen, muss die Wärmedehnung
im Temperaturfeld von -30°C°< ϑ 60° bildet
sich ein vorwiegend schneidender Fügevorgang aus – RSV. Anschließend
werden die unterschiedlichen Berechnungsalgorithmen
für das übertragbare Torsionsmoment vorgestellt und ein
Überblick zu numerisch und versuchstechnisch erfassten Parametern
gegeben. Ergänzend wird eine erweiterte Guideline zur
Dimensionierung vorgestellt. Die Guideline sieht die Möglichkeit
einer rein analytischen und einer analytisch/experimentellen
Auslegung vor.
Darüber hinaus werden den Anwender*innen Handlungsempfehlungen
für die Auswahl charakterisierender Einflussgrößen
Geometrie, Rändelprofil, Werkstoff, Fügevorgang, Belastung, sekundäre
Belastung und Tribologie in kompakter und übersichtlicher
Form gegeben. Schließlich sind Startwerte für die Auslegung
einer RPV und einer RSV in tabellarischer Form aufgeführt.
Handlungsempfehlungen und Startwerte erlauben eine zielgerichtete
und effiziente Auswahl und Auslegung einer RPV beziehungsweise
RSV bei der Anzahl und Umfang der Iterationsschritte
im Auslegungsprozess minimiert werden.
Teil 1 wurde veröffentlicht in antriebstechnik 11/2021
DIE AUTOREN
Dr.-Ing. M. Lätzer,
Abteilungsleiter Entwicklung
Elektroseilzüge,
ABUS Kransysteme GmbH,
Gummersbach
Dipl.-Ing. Dr. techn. M. Bader,
Institut für Maschinen elemente
und Entwicklungsmethodik,
TU Graz
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