Werkstoffunabhängige Dimensionierung von Rändelpressverbänden beliebiger Gestalt
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der auf Form- und Reibschluss basierende Rändelpressverband (RPV) wird Dank der relativ einfachen Herstellung der Verbindung, geringeren Toleranzanforderungen und Spielfreiheit immer häufiger industriell eingesetzt. Der vorherrschende Formschluss ermöglicht hierbei die Übertragung sehr hoher Torsionsmomente. Aufgrund der fehlenden Grundlagen zur Gestaltung und Auslegung dieser Verbindung bestand jedoch Forschungsbedarf. Das vorrangige Ziel des Forschungsprojekts war daher die werkstoffunabhängige Dimensionierung von torsionsbeanspruchten, axial gefügten RPV beliebiger Gestalt. Im Rahmen des Projekts wurden sowohl außen- als auch erstmalig innenverzahnte Rändelpressverbände untersucht. Basierend auf den experimentellen Untersuchungen konnten für beide Verfahrensvarianten erste analytische Ansätze für die Berechnung der erforderlichen Fügekräfte und übertragbaren Torsionsmomente erarbeitet werden. Zusätzlich zu den Experimenten fanden numerische Prozessuntersuchungen statt. Nach der Kalibrierung der Simulationsmodelle wurden ausgewählte Prozessparameter variiert, um somit zusätzliche Stützstellen für die Ableitung der Analytik zu erhalten. Die Gegenüberstellung der experimentell, numerisch und analytisch ermittelten Fügekräfte und Torsionsmomente zeigte eine sehr gute Übereinstimmung. Zudem trug die FEM-Simulation zu einer Vertiefung des Prozessverständnisses bei. Die Vorgehensweise zur numerischen Abbildung von außen- und innengerändelten RPV wurde in Form einer vom Simulationssystem unabhängigen Simulationsguideline dokumentiert. Durch die erlangten Forschungsergebnisse können Empfehlungen für die Gestaltung hinsichtlich der zu verwendenden Geometrieparameter gegeben werden. Die fertigungsbedingt unterschiedliche Ausprägung der Rändelgeometrie hat gezeigt, dass es hinsichtlich der Optimierung der Mitnehmerform noch Wissenslücken gibt. Ebenso die typische Belastungsart der Umlaufbiegung wurde aktuell noch nicht untersucht und bedarf weiterer Untersuchungen. Die Momentenübertragbarkeit der Innenrändelung hat sich aufgrund des günstigen Spannungszustandes als eine Verbindung mit sehr hoher Leistungsdichte erwiesen. Die Erforschung weiterer Parameter wie auch dynamische Untersuchungen sind wünschenswert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Stahl-Aluminium-Rändelpressverbände. “Numerical and Analytical Investigation of Steel-Aluminum Knurled Interference Fits: Joining Process and Load Characteristics”, anlässlich der Verleihung des „Simufact Scientific Publication Award 2015“. 16. Round Table - Simulating Manufacturing. Marburg, 19.-21.05.2015
Kleditzsch, S.; Awiszus, B.; Lätzer, M.; Leidich, E.
- Numerische Analyse des Montage- und Übertragungsverhaltens von Rändelpressverbänden. Karlsruhe: 7. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-Verbindungen, 09.-10.11.2016, Düsseldorf: VDI Verlag GmbH, VDI- Berichte 2287, S. 91-103, 2016. ISBN: 978-3-18-092287-4
Gerstmann, T.; Awiszus, B.; Suchy, L.; Leidich, E.
- Übertragungsverhalten von Rändelpressverbindungen aus Stahl-Aluminium. Mainz: Vereinigte Fachverlage GmbH, Antriebstechnik 10/2017, S. 112-121
Lätzer, M.; Leidich, E.
- (2018): Influence of Hub Parameters on Joining Forces and Torque Transmission Output of Plastically-Joined Shaft-Hub-Connections with a Knurled Contact Surface. In: Machines 6 (2), S. 16
Suchy, L.; Leidich, E.; Gerstmann, T.; Awiszus, B.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/machines6020016)
