Neue Welle-Nabe-Verbindungstechnologie entwickelt
Patentierte Entwicklung hat auf Grund vieler Vorteile ein großes Anwendungspotenzial - insbesondere in der Automobilbranche
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Im Inneren der Hohlwelle sind die Verformungen, die durch die Stempel verursacht werden, gut zu erkennen. Durch das Wiederholen des Umformprozesses nach Veränderung der Winkelstellung der zu fügenden Bauteile vergrößert sich der Umfang der Hohlwelle soweit, bis die Nabe vollfächig an der Welle anliegt. Foto: Norman Thierfelder
Jeder Maschinenbauer kennt und benötigt sie – die Welle-Nabe-Verbindungen. Diese meist standardisierten Verbindungsarten werden benötigt, um vielerorts Drehmomente und Leistungen von einer Welle oder einem Zapfen auf eine rotierende Nabe zu übertragen. Die für einen Anwendungsfall verwendbare Verbindungsart richtet sich dabei vor allem nach den dynamischen Drehmoment- und Biegebeanspruchungen sowie den Anforderungen an die Demontierbarkeit.
An der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Chemnitz ist man einen anderen Weg gegangen. Norman Thierfelder von der Professur Alternative Fahrzeugantriebe entwickelte eine neuartige Welle-Nabe-Verbindung. „Dabei werden die zu verbindenden Funktionselemente zunächst auf eine Hohlwelle aufgeschoben. Diese wird dann mit einem Spezialwerkzeug - dies können zum Beispiel hydraulisch angesteuerte Drückstempel sein - von innen in schneller Folge bearbeitet. Der Werkstoff der Welle wird dabei plastisch verformt und in Umfangsrichtung ausgebreitet. Wenn die Ausbreitung des Werkstoffes durch die Nabengeometrie behindert wird, bildet sich ein tangentialer Spannungszustand aus, welcher zu einer Pressverbindung führt“, erläutert Thierfelder.
Der Technische Mitarbeiter der Professur Alternative Fahrzeugantriebe sieht ein großes Anwendungspotenzial der patentierten Welle-Nabe-Verbindungstechnologie aufgrund der Vorteile des Verfahrens gegenüber traditioneller Fügemethoden - insbesondere in der Automobilbranche: „Hervorzuheben sind es geringen Werkzeug- und Prozesskosten, die hervorragende Reproduzierbarkeit der Verbindung und die Möglichkeit einer kraft- und formschlüssigen Verbindung.“ Hinzu komme, dass Fertigungstoleranzen der Durchmesser von Welle und Nabe nahezu keinen Einfluss auf das Übertragungsverhalten der Verbindung haben. Außerdem können Mehrfachwerkzeuge zur gleichzeitigen Befestigung mehrerer Naben auf einer Welle genutzt werden.
„Bislang wurden mehrere Prototypen von Werkzeugen, verschiedene Muster von Verbindungen sowie eine Vorrichtung zur Charakterisierung und den Vergleich von Welle-Nabe-Verbindungen erstellt“, berichtet Thierfelder. Aktuell laufe eine Parametervariation in der Prototypenfertigung. Ziel ist nun die zeitnahe Überführung dieser Innovation in die Praxis.
Weitere Informationen erteilt Norman Thierfelder, Telefon 0371 531-38183, E-Mail norman.thierfelder@mb.tu-chemnitz.de
Mario Steinebach
28.05.2015
