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Guten Tag alle zusammen,

ich bin neu hier im Forum und wollte mich erst mal kurz vorstellen. Ich bin Entwicklungsingenieur bei der StartUp für Kältetechnik und zur Zeit mit der Entwicklung einer neuen Welle-Nabe Verbindung eines elektrisch angetriebenen Turboverdichters beschäftigt.

Ein Verdichterrad soll dabei auf einen Dorn der Welle aufgezogen werden, so wie es bei Turboladern stand der Technik ist. Bei den auftretenden Betriebslasten von 100°C und 90.000 U/min ist es mir nicht möglich eine Pressverbindung zu ermitteln, bei welcher das Verdichterrad nicht von der Welle abhebt und dabei im kalten Stillstand keine zu hohen Materialspannungen im Aluminium des Verdichterrades erzeugt.
Schwerpunktsverschiebungen des Rotors im dreistelligen Nanometerbereich ergeben Fliehkräfte in einer Größenordnung, welche unsere Lagerung nennenswert schädigt. Somit ist eine Dauerhafte hoch präzise Zentrierung des Verdichterrades von hoher Wichtigkeit.

Da ich mit diesem Thema noch keine Erfahrungen gemacht habe und die Literatur zu solch einem Thema nur schwer zu finden ist wollte ich hier folgende Fragen Stellen.

1. Hat jemand Erfahrung mit der Auslegung solcher Welle-Nabe-Verbindungen?

2. Wie werden diese Verbindungen im PKW- und NFZ-Bereich ausgelegt (Passung, Vorspannung und Geometrie der Verbindung)?

3. Kennt jemand Ansprechpartner, Firmen oder Literatur zu diesem Thema?

Mir ist klar das diese Fragen schon sehr "speziell" sind, trotzdem sind Turbolader ein Massenprodukt und es muss Leute geben die sich mit so was auskennen.

Schon mal vielen Dank für eure Mühen.

Gruß Adrian

[Diese Nachricht wurde von Zajchman am 28. Sep. 2016 editiert.]

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Hallo Adrian, willkommen bei CAD.de.

Ich weiß da 2 Möglichkeiten.
Du kaufst Dir einen entsprechenden Turbolader eventuell vom Wettbewerb und zerlegst diesen.
Gibt es als Ersatzteil ist aber nicht billig.

Die 2. Möglichkeit, Du googlest nach dem Begriff Spannsatz ( für
Welle - Nabe Verbindung ) und schaust wie die aufgebaut sind.
Das gleich Prinzip kannst Du auch für Dein Problem verwenden.

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Klaus

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Zitat:

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Original erstellt von Zajchman:
[...] und dabei im kalten Stillstand keine zu hohen Materialspannungen im Aluminium des Verdichterrades erzeugt.

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Man könnte, vor der Montage, im inneren Bereich der Nabe tangentiale Druck-Eigenspannungen erzeugen, ähnlich wie es hier beschrieben ist.

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Hallo Klaus,

erstmal vielen Dank für die Antwort. Wie das meistens so ist steckt der Teufel im Detail.

An das Vermessen einer Tuboladerwelle (Ersatzteil günstiger als gesamter Lader) habe ich bereits gedacht. Das Problem dabei ist, dass bei 90000 U/min Schwerpunktsverschiebungen von einem µm im Betrieb, Kräfte verursacht die meine Lagerung innerhalb weniger Betriebsstunden zerstört. Dieses Vorgehen gibt mir somit nur einen groben Hinweis, wie ein Turbolader bei spezifischen Betriebsbedingungen und Lagerung ausgelegt werden kann. Beim kontinuierlichen Verdichten von Wasserdampf im Grobvakuum und kugelgelagerter Welle können diese ein vollkommen andere Auslegung erfordern.

Bei Spannsätzen sehe ich den Nachteil der eingebrachten Vorspannung. das Verdichterrad steht auch ohne schon kurz vom zerreißen.

Mein Hauptproblem ist, dass ich nicht die Kappaztäten habe x Varianten auf Fertigungs- und Betriebssicherheit zu Testen.

Trotzdem vielen Dank

Adrian

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Zitat:

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Original erstellt von ulrix:

Man könnte, vor der Montage, im inneren Bereich der Nabe tangentiale Druck-Eigenspannungen erzeugen, ähnlich wie es hier beschrieben ist.

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Hallo Ulrix,

auch dir erstmal vielen Dank. Dieser Gedanke ist prinzipiell erstmal gut und würde bei der Montage einer Übermaßpassung welche in jedem Betriebszustand spielfrei ist, quasi von selbst erzeugt werden. Leider ist ein Solcher Prozess nur mit enorm viel Testen sicher zu etablieren.

Gruß Adrian

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Zitat:

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Bei Spannsätzen sehe ich den Nachteil

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... von höheren Montagekosten bei einem Serienprodukt.

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hydrospann.JPG

Zitat:

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Original erstellt von Zajchman:

Leider ist ein Solcher Prozess nur mit enorm viel Testen sicher zu etablieren.

Gruß Adrian

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Hallo Adrian

Sollte jemand schon eine fertige Lösung haben, wird er sie dir bestimmt nicht verraten 

Meine Überlegung dazu ...

Es gibt hydraulische Spanndorne. (Google macht schlau)
Diese werden in der Serienproduktion im Bereich Zerspanung eingesetzt.

Ich hab da mal auf die Schnelle was Skizziert -->

Vorgehen:
Das Schaufelrad auf die Welle schieben.
Mit der Schraube den Hydraulikspanndruck aufbauen.
Die Feder gibt dir einen Spannpuffer.
Heißt, weitet sich die Nabe des Rades, weitet sich auch der Spannbereich und die Zentrierung bleibt bestehen.

Nur so als Idee.
Berechnen und so weiter mußte schon selber 

Gruß Peter 

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MR2OC

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Zitat:

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Es gibt hydraulische Spanndorne

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Richtig. interessant ist die Frage, wie sich das Öl bei den Betriebstemperaturen verhält.
@ TO: mach dich mal schlau über selbstzentrierende Polygon-Verbindungen. Für Musterbau nicht ganz billig, aber in der Serie rechnet es sich schon.

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Zitat:

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Original erstellt von radloser:

Richtig. interessant ist die Frage, wie sich das Öl bei den Betriebstemperaturen verhält.

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Naja.... ich finde 100°C noch recht moderat.
Das sollte fast jedes Öl mitmachen.

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MR2OC

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Zitat:

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Original erstellt von Zajchman:
[...] würde bei der Montage einer Übermaßpassung welche in jedem Betriebszustand spielfrei ist, quasi von selbst erzeugt werden.

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Das sehe ich nicht ganz so: Bei Montage der Presspassung entstehen in der Nabe tangentiale Zugspannungen.
Eine Ähnlichkeit zum Montagevorgang sehe ich allerdings insofern, als man die tangentialen Druck-Eigenspannungen durch Aufweiten der Nabe erzeugt, was auch durch (vorübergehendes) Einpressen eines Dorns erfolgen kann, als Alternative zu der im Wikipedia-Artikel beschriebenen Aufweitung durch Flüssigkeiten unter sehr hohen Drücken.

Es ist klar, dass eine solche Behandlung der Nabe einen gewissen Entwicklungsaufwand erfordert. Ich hatte angenommen, dass die Stückzahl groß genug sein würde, um diesen zu rechtfertigen.

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Ein mögliches verfahren für die Erzeugung von Druckeigenspannungen in Bohrungen ist das Rollieren. klingt vielversprechend und ist auch für kleinere Stückzahlen denkbar (wir sind ein Starup-Untenehmen).

Das mit der selbstzentirerenden Poligonverbindung ist eine interressante Idee. Muss hier mal die Realisierbarkeit prüfen. Soweit ich das verstanden habe eignet sich dieses Verfahre eher für "Dünnwandige" Naben die bei der Fertigung in einem Dreibacken Spannfutter definiert "verspannt" werden und dann eine runde Bohrung gefertigt wird. Nach dem Entspannen bleibt eine Bohrung mit Polygonquerschnitt.

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Polygon_Manuskript_01_Ziaei.pdf

Nur mal kurz zur Info:
http://www.ictt.de/polyverb/index.html
und:
(Quelle der PDF: WWW

Vorteil: die sichere Übertragung des Drehmomentes ist nicht von der Größe der Reibkraft und deren Erzeugung durch radiale (Einbau-)Spannung  in der zylindrischen Bohrung abhängig.

[Diese Nachricht wurde von radloser am 28. Sep. 2016 editiert.]

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Meinst Du so etwas?
Ich würde vermuten, dass man damit einen anderen Eigenspannungszustand bekommt als durch gezieltes Aufweiten der Nabe.

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Ja genau. Das Rollieren wirkt eher wie Kugelstrahlen. Hier wird nur die Oberfläche Verdichtet und die durch spanende Bearbeitung entstandenen Kerben geglättet. Ein Turbinenrad mit großen Wandstärkeunteschieden "Aufzublasen" und somit konstante Druckeigenspannungen zu erzeugen halte ich für schwierig.

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Gerade um dieses "Aufblasen" geht es mir, denn die dadurch erzeugten Druck-Eigenspannungen überlagern die aus der Presspassung resultierenden Zugspannungen und können so das Überschreiten der zulässigen Spannungen vermeiden.

Die Verdichtung bzw. umformende Glättung der Oberfläche hat meines Erachtens nicht diese Wirkung.

Ein fertiges Verdichterrad "aufzublasen" erscheint auch mir zweifelhaft. Ich hatte eher daran gedacht, den Rohling bzw. das halb fertige Teil aufzuweiten und danach erst fertig zu bearbeiten. Dabei sollte selbstverständlich nur so viel Material abgetragen werden wie unbedingt nötig, denn mit dem Materialabtrag geht ja auch ein Abbau der Eigenspannungen einher, was hier ja an sich schon unerwünscht wäre und außerdem auch noch Verzug ergibt.

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Hallo,
schon mal über eine axiale Verspannung + evtl. Formschluss nachgedacht?

Viele Grüße,
GW

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Servus,
die axiale Verspannung steht hoch im Kurs. Eventuell mit leicht kegeligem Anschlag.
Auch dir Danke.

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http://www.google.ch/patents/EP1489263B1?hl=de&cl=de

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Top, Die Patentsuche ist natürlich eine Goldgrube für Ideen. javascript:InsertSMI(' %20');

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