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Hallo,

ich befasse mich in meiner Diplomarbeit gerade mit einer Welle, welche an einer Lagerstelle demontierbar ausgeführt sein soll.
Dazu habe ich zwei Varianten entwickelt, zum einen die Verbindung mittels einer Hirth-/Plankerbverzahnung und zum anderen die Bruchtrennung.

Für beide Ausführung existiert relativ wenig Literatut, was die Dimensionierung einer solchen Trennstelle betrifft. Wobei ich mir für die Hirthverzahnung einiges an Material zusammengetragen habe.

Meine eigentliche Frage ist, kennt sich jemand mit der Dimensionierung/Auslegung/Nachrechnung von bruchgetrennten Wellen aus? Die Belastung dieser Trennstelle erfolgt auf Biegung und Torsion.

Sollte sich jemand besonders gut mit der Hirtherzahnung auskennen, bzw. hilfreiche Unterlagen und Tipps haben, dann wäre ich auch sehr dankbar.

Falls jemand auch an dem Thema hängt und noch gar keine Ideen hat. Einiges könnte ich beisteuern. 

Danke vorab für die Hilfe.
Alex

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Moin!

Und Welcome on CAD.de!  

Das ist ein spannendes Thema! Ich denke, dass bei Torsion die Topologie der Bruchtrennung von spezieller Bedeutung ist, aber die kennt man ja nicht. Gibt es da für Torsion überhaupt schon eine dokumentierte oder zumindest bekannte Anwendung? Schlechter als Reibschluss wird es nicht sein, und mit Reibschluss ist ja auch schon viel möglich.
Hirth-Verzahnung hat zwar definierte Winkel, kann aber wegen der Fertigungstoleranzen nur teilweise tragen und ist viel teurer. Dafür gibt es da mehr Erfahrungswerte.
Hin und her, Für und Wider - nicht einfach, sich zu entscheiden.

An Deiner Literaturliste und weiterer Diskussion wäre ich sehr interessiert!

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

[Diese Nachricht wurde von Roland Schröder am 20. Sep. 2013 editiert.]

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Hallo Roland,

zur Hirth-Verzahnung habe ich einen aufschlussreichen Forschungsbericht der TU-Dresden.
Das ist der Link: http://books.google.de/books/about/Tragf%C3%A4higkeit_und_Geometrie_von_Planker.html?id=lnrWSAAACAAJ&redir_esc=y
Lässt sich aber in der Bibliothek ausleihen.
Enthält eine gute Abhandlung an Formeln.
Die Firma Voith, die die meisten Kenntnisse darüber hat, hält sich sehr bedeckt. Aber ich ermittel weiter... 

Zum Thema Bruchtrennung habe ich als Referenz zur Zeit eine Nickel-Diamant-Oberfläche, die in ihren Mikroformschluss einer Bruchstelle ähnelt.
Aber genaue Ausführungen zu dem Thema sind eben nicht zu bekommen.

Bin für jede Idee und Anregung dankbar.

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Hallo,

hochinteressantes Thema 

Wie wird da der Grad der unvermeidlichen ? Verformung der Bruchstelle definiert ?

Grüße Andreas 

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Stillstand ist Rückschritt

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Hallo und ein Willkommen am Brett alex.

Viel Erfolg für deine Dipl Arbeit.

Das Patent zur Bruchtrennung von Bauteile kennst du, nehme ich an.

Die Bruchtrennung ist die gleich einer Sollbruchstelle?
Dann mal unter diesem Begriff googeln.

Du schreibst:

Zitat:

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welche an einer Lagerstelle demontierbar ausgeführt sein soll.

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Lagerstelle? Kugellager?, Gleitlager?, Wie demontierbar?
Geteilte Lagerung => Auch eine Möglichkeit?
Wird die demontierbare Welle abgezogen, aus dem Lager gezogen?
Im Lager getrennt?
....

Wenn du uns noch ein paar Informationen gibst....

Gruß
ThoMay

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Hallo,

ja, die Patente sind mir geläufig.
Also, die Welle wird mit Wälzlagerung ausgestattet sein. Die teilbare Lagerung habe ich auch betrachtet, werde ich eventuell in einer weiteren Variante ausführen. Die jetzigen Varianten beschäftigen sich erstmal mit der gebauten Welle.

Es soll nach der Montage eine Bearbeitung der Lagerstelle erfolgen können, um danach die Lagerstelle wieder zu trennen und dann das Lager zu montieren. Selbstverständlich trifft das auch für einen etwaigen Instandsetzungsfall zu.

Die Trennstelle wird mittels einer zentralen Schraube wieder zusammengehalten.

@Krümmel: Mit dem Verformungsgrad konnte ich mich noch nicht beschäftigen. Vorerst geht es um eine Dimensionierung und eine erste FEM-Analyse. Alles erstmal rein theoretisch. Danach muss erst die Frage geklärt werden, ob sich eine Welle meiner Abmaße überhaupt beherrscht brechen lässt. Immerhin brauche ich ca. 9000Nm dafür.

Alex

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Hallo alex.

Aus deiner Beschreibung mit der Lagerung werde ich nicht schlau.
Du scheibst:

Zitat:

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Die jetzigen Varianten beschäftigen sich erstmal mit der gebauten Welle.

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Kannst, darfst du Photos hier einstellen?
Weiter schreibst du:

Zitat:

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Es soll nach der Montage eine Bearbeitung der Lagerstelle erfolgen können,

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An der Welle?
Wo ist denn nun die Trennstelle?
Vor oder in dem Lager?

Auch geschrieben von dir:

Zitat:

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Die Trennstelle wird mittels einer zentralen Schraube wieder zusammengehalten.

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Ääähm wie jetzt?

Durchmesser der Welle?
Länge der Welle?

Gruß
ThoMay

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Zitat:

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Original erstellt von DocHall:
Mit dem Verformungsgrad konnte ich mich noch nicht beschäftigen.

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Den halte ich aber (nachdem mich zugegebenermaßen erst Krümmels Bemerkung  darauf aufmerksam gemacht hat) hier für das größte Problem. Oder soll die Welle aus Guss bestehen?

Welche Beispiele für erfolgreiche Anwendung von Bruchtrennung hast Du gefunden, und mit welcher Belastung wird jeweils getrennt? Ich bezweifle, dass dabei Biegung angewendet wird.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

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Also Bilder kann ich keine reinstellen, da dass ganze einer Geheimhaltungspflicht unterliegt.

Die Abmaße wären: Außendurchmesser 50mm, Innendurchmesser 26mm, Länge 25mm. Wo genau auf der Lagerstelle die Trennstelle angeordnet ist, wird sich während der FEM-Analyse zeigen. Zur Zeit mittig.

Gebrochen wird das ganze mittels Zug + Torsion, Problem dabei ist hauptsächlich der geringe Innendurchmesser. Da von innen nach außen gebrochen wird.

Alex

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Zitat:

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Original erstellt von DocHall:
Die Abmaße wären: Außendurchmesser 50mm, Innendurchmesser 26mm, Länge 25mm.
Gebrochen wird das ganze mittels Zug + Torsion.

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Das ist aber nur Dein Plan, und eine Referenz dafür hast Du nicht, oder wie ist das?

Dass es später auch mit Torsion belastet wird, zwingt nicht dazu, es auch mit Torsion zu brechen.

Und wie ist das mit der bleibenden Dehung?

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Hallo Alex,
zur Stirnverzahnng und Bruchtrennung kann ich nichts beitragen. Wahrscheinlich hast du es schon betrachtet aber bei demontierbaren Wellen drängt sich bei mir Werkzeugwechsel auf. Da wird das ständig gemacht mit hoher Wiederholgenauigkeit, Steifigkeit, Drehzahl ...
Also Morsekegel, Steilkegel, Hohlschaftkegel in eventuell angepasster Form.
Etwas kürzer dürfte man noch mit einer Polygonverbindung P3G, P4C fahren (DIN 32711 / DIN 32712).
http://www.polygona.ch/Polygon/P3G.htm
Die sind besonders interessant wenn du eine Hohlwelle hast und räumen kannst.
P3G gibt es auch konisch (z.B. Werkzeugwechselsystem Capto).
Zu diesen Varianten dürfte es ausreichend Berechnungs-/Auslegungsunterlagen geben.
Alternativ eine frei ausgelegte Polygonverbindung. Herstellbar in beliebiger Ausprägung (Eckenzahl, Unrundheit, auch konisch) durch Drehen (Innen- und Aussenpolygon, also auch für Vollwelle geeignet) in hoher Präzision (z.B. Fa. Iprotec, unterstützen sicherlich bei der Auslegung)
http://www.ictt.de/ictt/index.html
Eventuell auch eine Evolventenverzahnung (z.B. DIN 5480) zur Drehmomentübertragung mit zylindrischen Zentrierabsatz zur Positionierung.
Alle diese Verbindungen sind sicher in der Auslegung, es gibt genormte oder erprobte Berechnungsverfahren, man kann sie messen und dokumentieren.
Ob das bei einer Bruchtrennung möglich ist? Hier stelle ich mir das präzise Ausrichten (Verdrehung) bei der Montage (Blindmontage da Trennung unter der Lagerung?) nicht trivial vor.

Hoffe bin nicht am Thema vorbeigeschröngelt

Ford P.

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Es gibt eine Theorie, die besagt, wenn jemals irgendwer genau rausfindet, wozu Pro/E da ist und warum es da ist, dann verschwindet es auf der Stelle und wird durch etwas noch Bizarreres und Unbegreiflicheres ersetzt.
Es gibt eine andere Theorie, nach der das schon passiert ist.

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@Roland: Nein, die Belastung mit Zug + Torsion wird beim Brechen von Wellen so verwendet. Das Brechen mittels Biegung ist ebanfalls möglich. Es kommt darauf an, ob genügend Material vorhanden ist, um die Kraft abzustützen, ohne andere Bereich zu beschädigen. Quelle ist die Firma Alfing, die sich durchaus mit solchen Sachen beschäftigt. Allerdings nicht in diesem Ausmaß.

Das Vermeiden von Dehnung wollte ich mit Abkühlung erreichen, allerdings sind hier max. -70°C zulässig, da sonst Haarrisse entstehen, die sich durch das komplette Bauteil ausbreiten können.

@Ford: Deine Ideen sind eigentlich ziemlich gut, sogar so gut, dass zur Polygonverbindung bereits Varianten konstruiert sind. Hierbei ist allerdings die ungünstige Spannungsverteilung an den "Ecken" der Verbindung unvorteilhaft.

Solche Verbindungen haben ebenfalls einen Nachteil, sie sind mit einer Durchmesserzunahme verbunden, da ich die Press-, Steck-, etc.-Verbindung ja auf irgendeine Art fügen muss. Diese Durchmesserzunahme lässt sich mit einer Stirnverbindung relativ gut umgehen.

Das blinde Fügen unter dem Lager stellt fertigungstechnisch kein Problem dar, diese Information habe ich zu mindest von einem Fertigungsingenieur erhalten. Das sollte deshalb auch kein Kriterium für die Auswahl meiner Verbindung sein.

Als Anmerkung noch, ich befinde mich in der Vorentwicklung. Es zählt also noch die Idee. Erstmal unabhängig von Kosten, Fertigung, etc... Diese Einflüsse werde ich sicher erst in meiner Konstruktionskritik bewerten.

Danke für die Ideen und Anmerkungen.
Alex

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2013_09_24.png

Zitat:

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Original erstellt von DocHall:
... Hierbei ist allerdings die ungünstige Spannungsverteilung an den "Ecken" der Verbindung unvorteilhaft.

Solche Verbindungen haben ebenfalls einen Nachteil, sie sind mit einer Durchmesserzunahme verbunden, da ich die Press-, Steck-, etc.-Verbindung ja auf irgendeine Art fügen muss. Diese Durchmesserzunahme lässt sich mit einer Stirnverbindung relativ gut umgehen.

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Hallo Alex,
dann schau dir mal die Fa. Iprotec genau an. Die haben ein Verfahren entwickelt mit dem sie Polygone auf Basis einer Zykloide drehen (Anzahl der "Ecken", Unrundheit, also innerer und äußerer Hüllkreis konfigurierbar, Qualität IT6). Hier ist der Spannungsverlauf deutlich günstiger als bei den P3G/P4C Polygonen. Näherungsweise vielleicht mit einem Torx vergleichbar (Bild).
Wenn die Trennung nicht zwingend unter der Lagerung sein muß kannst du dir die Durchmesserzunahme rechts oder links der Lagerstelle (rot im Bild) holen wo sie ja eh vorhanden ist, sonst wär die Trennung ja nicht nötig.

Ford P.

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Es gibt eine Theorie, die besagt, wenn jemals irgendwer genau rausfindet, wozu Pro/E da ist und warum es da ist, dann verschwindet es auf der Stelle und wird durch etwas noch Bizarreres und Unbegreiflicheres ersetzt.
Es gibt eine andere Theorie, nach der das schon passiert ist.

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Das sieht wirklich interessant aus. Ich hab den Link mal an die Abteilung weitergeleitet, die sich mit der Polygonverbindung auseinandersetzt.

Obwohl deine Ideen wirklich gut sind hat die gebrochene Welle noch einen entscheidenten Vorteil, besonders für eine Diplomarbeit. Es wurde so gut wie nicht in einer zeitgemäßen Konstruktion verwendet. Somit habe ich den "Neuheitsfaktor" auf meienr Seite.

Du könntest mir aber nochmal kurz erläutern, wie das hier mit den Unities funktioniert...

Besten Dank, Alex.

[Diese Nachricht wurde von DocHall am 24. Sep. 2013 editiert.]

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Ja, der Neuheitsfaktor hat schon einen gewissen Charme. Pass aber auf dass du dich nicht im Umfang vergaloppierst. Wenn da mehr raus kommen soll als eine prinzipielle Machbarkeitsanlyse kann das schnell ausufern. Für mich hört sich das schon sehr exotisch an. So nach absolute Notlösung bei irgendwelchen Einzelstücken ala "lass uns fünf Wellen machen und brechen, eine wird schon passen". Aber wer weiß, vielleicht sind in 5 Jahren die Kurbelwellen aller Pkw-Motoren 8x gebrochen und wieder mit ner Gewindestange zusammengezurrt. Und du hast den Grundstein dazu gelegt.
Mit den Unities einfach beim entsprechenden Breitrag in der Titelzeile auf eins der Kästchen von 1-10 Klicken. Was der 10er-Button mit den grünen Hacken macht der für dich reserviert ist weiß ich nicht. Wahrscheinlich löst er die Selbstzerstörung deines Rechners aus.

Ford P.

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Es gibt eine Theorie, die besagt, wenn jemals irgendwer genau rausfindet, wozu Pro/E da ist und warum es da ist, dann verschwindet es auf der Stelle und wird durch etwas noch Bizarreres und Unbegreiflicheres ersetzt.
Es gibt eine andere Theorie, nach der das schon passiert ist.

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Mit dem Haken signalisiert der TO, dass für ihn das Thema, bzw. die Frage hinreichend beantwortet ist.

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Gruß aus Leverkusen
Micha Knipp

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