Rändelung

Rändelpressverbindung

Die Rändelpressverbindung ist ein Vertreter der form- und kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung, bei der durch das Einpressen eines gerändelten Fügepartners ein Gegenprofil im weicheren Gegenkörper erzeugt wird. Sie zählt zu den Pressverbindungen und wird insbesondere in der Antriebstechnik eingesetzt, wenn kompakte, spielfreie und hoch belastbare Verbindungen gefordert sind. Für Rändelpressverbindungen mit zylindrischen Bauteilen werden überwiegend Rändelformen mit achsparallelen Riefen verwendet, beispielsweise die Rändelform RAA nach DIN 82 oder der Rändeltyp A nach ISO 13444.

Wirkmechanismus

Die Leistungsübertragung (oft Drehmoment- und Axialkraftübertragung) erfolgt durch das Zusammenwirken von Formschluss, der durch das beim Fügen erzeugte Gegenprofil entsteht, und Kraftschluss bzw. Reibschluss infolge der Presspassung zwischen den Fügepartnern.

Bauformen

Je nach Anordnung der Rändelung vor dem Fügen werden zwei Bauformen unterschieden. Beim Außen-Rändelpressverband (ARPV)^[1][2][3] befindet sich die Rändelung auf der Welle und erzeugt beim Einpressen das Gegenprofil in der weicheren Nabe. Beim Innen-Rändelpressverband (IRPV)^[4] trägt die Nabe die Rändelung, während das Gegenprofil beim Fügen in der weicheren Welle entsteht. Beide Bauformen beruhen auf demselben Wirkprinzip und unterscheiden sich lediglich durch die Lage der profilgebenden Rändelung und des Übermaßbereiches vor dem Fügen.

Fügecharakter

Die Herstellung der Verbindung erfolgt durch Einpressen der gerändelten Komponente in das Gegenstück mit Übermaß. Dabei kann das Gegenprofil je nach Geometrie durch formende, schneidende oder kombinierte Gegenprofilerzeugung entstehen. Der Form- und Schneidcharakter wird durch die Größe des Fasenwinkels am formgebenden Bauteil festgelegt.

• formend: plastische Verformung des weicheren Werkstoffs ohne spanenden Materialabtrag bei Fasenwinkeln kleiner 15°^[5]
• schneidend: materialabtragende Ausbildung des Gegenprofils (Spanbildung) bei Fasenwinkeln zwischen 80° bis 100°^[5]
• kombiniert: Überlagerung formender und schneidender Gegenprofilentstehung (geringe industrielle Relevanz)

Auslegung

Die Auslegung von Rändelpressverbindungen umfasst die Bestimmung der erforderlichen Fügekraft sowie die Berechnung der im Betrieb übertragbaren Belastungen. Hierzu zählen insbesondere die erforderliche Einpresskraft^[6], das maximal übertragbare Drehmoment^[7], die zulässige Axialkraft sowie die Dauerfestigkeit unter zyklischer Torsionsbeanspruchung^[8][9][10]. Aufgrund der komplexen Kontakt- und Umformvorgänge^[11] basieren die Berechnungsverfahren überwiegend auf semi-empirischen Modellen^[12] mit experimentell ermittelten Kennwerten^[13], welche im Auslegungsprozess durch simulative Untersuchungen^[14][15] ergänzt werden.

Vorteile und Nachteile der Rändelpressverbindung

Vorteile

• hohe Leistungsdichte und geringer Bauraumbedarf
• spielfreie Drehmomentübertragung
• wirtschaftliche Fertigung der Rändelung

Nachteile

• erforderlicher Härteunterschied zwischen den Bauteilen
• zerstörungsbehaftete Demontage (bei formendem Fügecharakter)

Anwendungen

Rändelpressverbindungen werden unter anderem zum Fügen von Rotorpaketen auf Wellen elektrischer Maschinen sowie im Antriebsstrang^[16][17] beim Fügen dünnwandiger Kegelräder oder Ritzel eingesetzt.