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Welle-Nabe-Verbindungen

Allgemeines

Verbindungsarten

Auswahl und Dimensionierung

Gestaltungshinweise

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

2 2

Lernziele

Grundlegende Zusammenhänge

zur Verbindung von Wellen und

Naben zwecks

Drehmomentübertragung

erfahren

Verschiedene Verbindungsarten

kennenlernen

Lernen, die richtige Welle-Nabe-

Verbindung auszuwählen und zu

dimensionieren

Gestaltungshinweise mitnehmen

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9. Welle-Nabe-Verbindungen

Inhalt

1. Allgemeines

2. Formschlüssige Verbindungen

1. Wirkungsweise

2. Stiftverbindung

3. Passfederverbindung

4. Profile

5. Keilverbindungen

3. Kraftschlüssige Verbindungen

1. Wirkungsweise

2. Klemmverbindungen

3. Pressverbindungen

4. Spannelemente

4. Stoffschlüssige Verbindungen

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9. Welle-Nabe-Verbindungen 9.1 Allgemeines

Naben sind Bestandteil der Bauteilen zur Drehmomentübertragung wie Räder, Scheiben, Hebel, Kupplungen, … .

Die Übertragung von Umfangskraft bzw. Drehmoment zwischen Wellen und Naben geschieht durch die Welle-Nabe-Verbindung (WNV). Grundzusammenhang:

WNV sind drehstarre Verbindungen.

WNV:

stoffschlüssig

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

5

9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.1 Wirkungsweise

Drehmomentübertragung durch Mitnehmer

Mitnehmer:

Bemessung nach der Flächenpressung

(+Scherung bei Stiften)

Kerbwirkung auf Wellen beachten

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

6

9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.2 Stiftverbindungen

Zum Übertragen kleiner,

stoßfreier und möglichst nicht

wechselnder Drehmomente

Als Quer- (a, b, d) und

Längsstiftverbindung (c, e)

Ausführung von Stiftverbindungen

Beanspruchung von Stiftverbindungen

a) b) c)

d) e)

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.2 Stiftverbindungen - Querstift

)( sdwsd

McBpn t

Formeln:

mittlere Flächenpressung in der Nabenbohrung:

maximale mittl. Flächenpressung in der Wellenbohrung:

Scherspannung im Stift:

Vorhandene Sicherheit:

Zulässige Werte:

mittlere

Flächenpressung

zulässige

Scherspannung

bei ruhender Belastung

bei schwellender Belastung

bei wechselnder Belastung

)(

)(

vorhPvorh

zulPzulS

d

dw s

T

cB - Betriebsfaktor

Quelle: Roloff/Mattek

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

2

6

dwd

McBpw t

dwd

McBa t

2

4

8

9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.2 Stiftverbindungen - Längsstift

Formeln:

Maßgebende mittlere Flächenpressung:

Scherspannung im Stift:

Da im Normalfall (bei üblichen Werkstoffpaarungen)

rechnerisch die mittlere Flächenpressung doppelt so groß

ist wie die Abscherspannung, wird die Scherbeanspruchung

nicht berücksichtigt.

Vorhandene Sicherheit:

Zulässige Werte:

mittlere

Flächenpressung

bei ruhender Belastung

bei schwellender Belastung

bei wechselnder Belastung

Pvorh

PzulS

d

dw

T

cB - Betriebsfaktor

Quelle: Roloff/Mattek

D

ldwd

McBpvorh t

4

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.2 Stiftverbindungen - Betriebsfaktoren

Art der Stöße Art der Maschine Faktor cB

leicht Elektrische Maschinen

mittel Stoßmaschinen

stark Scheren, Pressen

sehr stark Walzmaschinen

Quelle: Roloff/Matek, 12. Auflage, Tabellenanhang, Tab. TB 3-6 a.)

Der Betriebsfaktor berücksichtigt die spezifische

Belastung (Stöße, Anläufe) der jeweiligen Maschinenart.

Er basiert auf Erfahrungswerten und wird bei nicht

bekanntem tatsächlichem Drehmomentverlauf verwendet.

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.3 Passfederverbindungen - Allgemeines

Passfeder: Passstück zwischen den Nutwänden in Nabe und Welle

Für vorwiegend gleiche Drehmomentrichtung

Typische WNV für Kupplungen, Zahnräder und Riemenscheiben

Abmessungen genormt (DIN 6885)

Die Form der Passfederstirnseite ist von der Herstellung der Wellennut abhängig:

Geradstirnig Herstellung Nut mit Scheibenfräser

Rundstirnig Herstellung Nut mit Fingerfräserfräser

Scheibenfräser Fingerfräser

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen

9.2.3 Passfederverbindungen - Ausführung

Für axiales Verschieben lange Passfeder +

entsprechende Passung wählen ->

Gleitfeder

Kurze Nabe, kleines Drehmoment ->

Scheibenfeder

Passungen:

Nutpassungen für Passfederbreite b h9

Passungsauswahl Welle und Nabe

Sitzart Festsitz Schiebesitz Gleitsitz

Wellennut

Nabennut

Lage der Nabe Vorzugspassung im System

Einheitsbohrung Einheitswelle

Fest auf Wellenende

Fest auf der Welle

verschiebbar

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.3 Passfederverbindungen – Berechnung (1)

Exakte Berechnung sehr schwierig

Kritisch Wellenbeanspruchung (Kerbwirkung)

sowie Flächenpressung an Passfeder und Nuten

Berechnung nach DIN 6892

(Passfedern, Berechnung und Gestaltung)

DIN 6892 unterscheidet 3 Methoden:

umfassende experimentelle oder rechnerische

Analyse (z.B. FEM)

Auslegung unter genauer Berücksichtigung

der auftretenden Flächenpressung (Grafik) +

Festigkeitsnachweis für Welle

Überschlägige Berechnung

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.3 Passfederverbindungen – Berechnung (2)

Überschlägige Berechnung mit: T Drehmoment d1 Wellendurchmesser h Höhe der Passfeder (DIN 6885, LM N.4.3-2) t1 Wellennuttiefe (DIN 6885, LM N.4.3-2) i Anzahl der Passfeder (1 oder 2) k Tragfaktor: k=1 bei einer Passfeder k=0,75 bei zwei Passfedern lt tragende Passfederlänge bei rundstirniger Ausführung pzul zulässige Flankenpressung, Erfahrungswerte nach Decker, Tabelle 12.1

bllt

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.4 Profilwellen

zum Übertragen sehr großer und wechselnder

Drehmomente

weil große Anlagefläche und mittiger Sitz

durch Vervielfachen der Mitnehmer

Ausführungsformen:

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.4 Profilwellen - Keilwellenverbindung

Keilwellen tragen am Umfang eine gerade Zahl hochstehender Keile,

welche wie Passfedern wirken

Zentrierung

Ausführungsformen:

Leichte Reihe nach DIN ISO 14 -> LM N.4.3-3

Mittlere Reihe nach DIN ISO 14 -> LM N.4.3-3

Schwere Reihe nach DIN 5464 -> LM N.4.3-3

für Werkzeugmaschinen DIN 5471 (4 Keile) und DIN 5472 (6

Keile)

Berechnung analog zur Passfederverbindung

Tragfaktor k=0,75 bei Innenzentrierung, k=0,9 bei Flankenzentrierung

zul

t

t pkilhdd

Mp

)(

4

21

)(2

112 ddh

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.4 Profilwellen - Zahnwellenverbindung

Wie Keilwellen, jedoch anstelle der Keile Zähne

Ausführung

a) mit gerader Zahnflanke

nach DIN 5481, Flankenzentrierung,

nur für feste Sitze geeignet,

b) , Flankenwinkel 30°,

DIN 5480 auch für Schiebesitze

Innen- und Außenzentrierung

Berechnung analog zur Passfederverbindung

Tragfaktor k=0,5 bei Kerbverzahnung, k=0,75 bei Evolventenverzahnung

zul

t

t pkzlhdd

Mp

)(

4

32

)(2

123 ddh

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen 9.2.4 Profilwellen - Polygonwellenverbindung

Polygonprofile = Unrundprofile in

dreieckiger (P3G) oder

quadratischer Form (P4C)

a) Profil P3G nach DIN 32711

für Haft- und Presssitze

b) Profil P4C nach DIN 32712

für Gleit- und Presssitze

dr rechner. Durchmesser

e1, er Exzentrizität des Profiles

zul

t

t pdedl

Mp

)05,036,2( 2

111

zul

rrrt

t pdedl

Mp

)05,0( 2

eddr 22

Pressungsverlauf

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen

9.2.5 Längskeilverbindungen

Traditionelle WNV

Längskeile sitzen unter Vorspannung in einer Wellen- und Nabennut

-> Kraft- und formschlüssige Verbindung

Wird Kraftschluss überschritten -> Formschluss wie bei Passfeder

Berechnung wegen der unbestimmten Eintreibekräfte auf Pressung: mit: i … Anzahl Keile, bei Tangentenkeilen i=1 t2 … Nabennuttiefe, Bei Tangentenkeilen t2=t

Sehr robust und unempfindlich

Einseitiges Dehnen -> Unwucht -> nur für geringe Drehzahlen

Steigung genormt mit 1:100

zul

t

t piltd

Mp

2

2

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.2 Formschlüssige Verbindungen

9.2.5 Längskeilverbindungen – genormte Ausführungen

Quelle: Decker,

Maschinenelemente

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

20

9.2 Formschlüssige Verbindungen

- zulässige Pressungswerte

Zulässige Flankenpressungen von WNV (Erfahrungswerte, für Nabenwerkstoff)

Quelle: Decker; Maschinenelemente, Tabelle 12.1

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

21

9.3 Kraftschlüssige Verbindungen 9.3.1 Wirkungsweise

Drehmomentübertragung durch Reibkräfte in

der/den Wirkflächenpaar/-paaren

Zum Aufbau der Reibkräfte Druckvorspannkräfte erforderlich

Es wirkt das Coulombsche Gesetz:

μ ist abhängig von

Werkstoffpaarung

Oberflächenqualität (Rauhtiefe)

Oberflächenzustand (trocken, gefettet …)

Art der Verbindung bestimmt den Aufbau der Normalkraft (Vorspannung)

Einteilung nach KOLLMANN in mittelbaren und unmittelbaren Reibschluss

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

22 22

9.3 Kraftschlüssige Verbindungen 9.3.1 Wirkungsweise: unmittelbarer Reibschluss

Qelle: Kollmann; Welle-Nabe-Verbindungen

Reibkräfte greifen

nur in einem

Wirkflächenpaar an!

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

23 23

9.3 Kraftschlüssige Verbindungen 9.3.1 Wirkungsweise: mittelbarer Reibschluss

Qelle: Kollmann; Welle-Nabe-Verbindungen

Zwischen Welle

und Nabe sind

zusätzliche Bauteile

angeordnet!

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.3 Kraftschlüssige Verbindungen 9.3.2 Klemmverbindungen

Unmittelbare Verbindung

Geteilte und geschlitzte Klemmverbindung

Kraftschluss wird mittels vorgespannter Schrauben

erzeugt

Auslegung nach der Flächenpressung

übertragbares Drehmoment

SR Sicherheit gegen Rutschen

l tragende Länge

DF Fügedurchmesser

Pzul (0,3 … 0,7)·Re bei Stahl

(0,3 … 0,5) ·Rm bei GG

Punktförmige Berührung vermeiden

Geteilte Nabe

Geschlitzte Nabe

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

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9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Grundlagen (1)

Pressverbindungen = unmittelbarer Reibschluss

Fügen von Passteilen mit Übermaß

Übermaß erzeugt Flächenpressung

Übertragung von Beanspruchung in axialer (Axialkraft) und tangentialer (Drehmoment) Richtung möglich

Keine zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen und Verschieben erforderlich

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

26 26

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Grundlagen (2)

Aktuelle Berechnungsvorschrift: DIN 7190

Norm gilt für gleiche Längen lF von Innen- und Außenteil

Anwendung für reale Pressverbände nach Bild 2 führt zu vernachlässigbaren

Abweichungen beim übertragbaren Drehmoment, allerdings werden

Spannungserhöhungen an den Rändern nicht erfasst

Beschreibung als ebener Spannungszustand (dickwandige Kreisscheibe)

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

27

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Grundlagen (3)

Übertragbares Drehmoment

Übertragbare Axialkraft

mit: p . . . Fugendruck im Stillstand

µu/l . . . Reibwert Umfang/längs

DF . . . Fügedurchmesser (Nennmaß)

Sr . . . Sollsicherheit gegen Rutschen

Istübermaß an DF Größtmaß

Kleinstmaß

Wirksames Übermaß (Glättung) RzA/zI . . . Gemittelte Rautiefe

r

uFFtS

pµlDM 2

2

r

lFFaxS

pµlDF

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

28

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Übermaß

Übermaß: Abstand zwischen der Passfläche des Innenteils (Welle) und der des Außenteils (Bohrung), wenn das Ist-Maß des Innenteils das größere ist. (Spiel: Ist-Maß des Außenteils ist größer).

Mindestübermaß: Umin = |DAi,max – DIa,min|,

Höchstübermaß: Umax = |DAi,min – DIa,max| A = Außenteil, i = Innendurchmesser I = Innenteil, a = Außendurchmesser

Übermaßverlust: Übermaßreduzierung durch Glättung Passübermaß - Glättung = Haftmaß

Ist-Maß: Das am fertigen Werkstück durch Messen festgestellte Maß, das jedoch stets mit einer Messunsicherheit behaftet ist.

Passmaß: für eine Paarung bestimmtes, mit zulässigen Toleranzen (nach DIN ISO 286-1 oder freie Abmaße) versehenes Nennmaß - Zeichnungseintragung

Toleranz: Differenz zwischen dem zugelassenen Größt- und Kleinstwert einer messbaren Eigenschaft (wie z.B. Durchmesser) -> LM Toleranzen und Passungen

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

29

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Toleranzfelder

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

30

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Spannungen (1)

Spannungsberechnung betrachtet

Welle und Nabe als dickwandige

Hohlzylinder

Herleitung der Spannungen aus

Gleichgewicht am Volumenelement

Randbedingungen:

Innenring (Welle):

Hohlzylinder unter Außendruck

σr(r=riI)=0 σr(r=raI)=-p

Außenring (Nabe):

Hohlzylinder unter Innendruck

σr(r=riA)=-p σr(r=raA)=0

liefern Integrationskonstanten für

Berechnungsgleichungen

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

31

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Spannungen (2)

mit F

iI

F

iII

D

D

r

rQ

aA

F

aA

FA

D

D

r

rQ

DF Fügedurchmesser

DiI Innendurchmesser Welle

DaA Außendurchmesser Nabe

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

32

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung

größte zulässige Flächenpressung

Vergleichsspannung nach Gestaltänderungshypothese (GEH) (mit Torsionsmoment)

Grenze der elastischen Beanspruchung: Streckgrenze ReLA/eLI

Näherungsgleichung nach DIN 7190 für die maximal zulässige Pressung (3*µ² vernachlässigbar klein, da µ0,1) mit: ReL … Untere Streckgrenze SP … Soll-Sicherheit gegen plastische Verformung

Auslegung nach zwei Rechengängen:

Vorgegebener Fugendruck

Vorgegebenes Übermaß

2

2

22

2

2

31

11

1

1

A

A

A

Av

Q

Q

Q

Qp

eLA

PA

Azul R

S

Qpp

3

1 2

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

33

9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung Auslegung nach DIN 7190

Rechengang 1: für vorgegeben Fugendruck

1. Erforderliche Pressung

2. Kontrolle perf< pzul für Innen (Index I - und Außenteil (A)!

Kontrolle auf rein elastische Verformung

3. erforderliches bezogenes Übermaß

4. mit folgt für das Übermaß

unter Berücksichtigung des Übermaßverlustes durch

Glättung

Hilfsgröße

A

wE

pK

eLA

PA

Azulerf R

S

Qpp

3

1 2

eLI

PI

Izulerf R

S

Qpp

3

1 2

F

ww

D

U

zIzAFw RRDU 8,0

A

A

AI

I

I

I

A

Q

Q

Q

Q

E

EK

2

2

2

2

1

1

1

1

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

34

9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung Auslegung nach DIN 7190

Rechengang 2 für vorgegebenes Übermaß

1. U -> bezogenes wirksames Übermaß ξw

2. Kontrolle perf< pzul für Innen (Index I - und Außenteil (A)!

Kontrolle auf rein elastische Verformung

Bei vollem Innenteil mit EA=EI muss nur das

Außenteil überprüft werden!

3. aus Übermaß entstehender Fugendruck

4. Übertragbares Drehmoment (Axialkraft)

I

eLI

PI

I

zulwwE

R

S

QK

3

1 2

F

zIzAw

D

RRU

8,0

A

eLA

PA

A

zulwwE

R

S

QK

3

1 2

K

Ep Aw

ist

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

35

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung

Drehzahleinfluss

Zentrifugalbeschleunigung bewirkt ein

Aufweiten der Verbindung

-> Fugendruck ↓ -> TÜ↓

Abhebewinkelgeschwindigkeit

ρA. . . Dichte Nabe

Wirksamer Fugendruck bei rotierender

WNV

p . . . Fugendruck im Stillstand

A

A

aA

abK

E

D

4

n 2

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

36 36

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung

Beispiel: Zahnkupplungsnabe im ICE 3-Antrieb

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

37

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung

Beispiel: Zahnkupplungsnabe im ICE 3-Antrieb

Aufgabenstellung:

Nabe Welle

Werkstoff : 42CrMo6 17CrNiMo6

RpN 835N

mm2

RpW 700N

mm2

Streckgrenze Rp0,2

EA 210000N

mm2

EI 210000N

mm2

E-modul :

Querkontraktionszahl . A 0.3 I 0.3

Fügedurchmesser : DF 75 mm

Fügelänge : lF 80 mm

Nabendurchmesser : DaA 110 mm

Innendurchmesser Innenteil : DiI 0 mm

Rauheit der Fügefläche : RzAi 3.2 103

mm RzIa 3.2 103

mm

Reibwert in Umfangsrichtung : 0.1

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

38

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung

Beispiel: Zahnkupplungsnabe im ICE 3

Ergebnis:

1. Vorgegebener Fugendruck aus

zu übertragendem Drehmoment 10.000 Nm

-> erforderliches Übermaß: U=

2. Vorgegebenes Übermaß U=0,03 mm

-> übertragbares Drehmoment: Mt=

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

39

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Fügen

Längspressverbindung

axiales Aufpressen mit Übermaß

Querpressverbindung

Erwärmen der Nabe (Schrumpfsitz)

Abkühlen der Welle (Dehnsitz)

Kombination

Ölpressverbindung

Fügen mittels Drucköl

F

F

D

DU

1000

α . . . Wärmeausdehnungskoeffizient

eFge pAF

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

40

9.3.3 Pressverbindungen

9.3.3.1 zylindrische Pressverbindung – Fügen hydraulische Montage

In abgesetzte zylindrische oder

leicht kegelige Fuge wird Öl

gepumpt (Bild 1)

Zuführung durch Nabe (Bild 3)

oder Welle (Bild 2)

Nabe kann dadurch leicht axial

bewegt werden (schwimmt)

Nach Montage wird Öl abgelassen

Analoge Demontage

Bild 1: Prinzip

Bild 2: Ölzuführung durch Welle Bild 3: durch Nabe

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

41

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.2 keglige Pressverbindung - Kegelwinkel

Kegelige Füge- und Wirkfläche

Berechnung Kraftschluss analog zylindrischer Pressverbindung

Kegelverhältnis:

α Kegelwinkel

β Einstellwinkel

Je nach Steigung

Selbsthemmend C<1:20

Nicht selbsthemmend

Bild: Winkel und Maße am Kegel

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

42

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.2 keglige Pressverbindung - Übermaß

Über Kegelsteigung lässt sich das Übermaß Ü

unabhängig von Toleranzen exakt mittels

Aufschubweg a einstellen

Nominelles Übermaß Un

a . . . Aufschubweg

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

43

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.2 keglige Pressverbindung - Fehlereinfluss

Fertigungsabweichungen führen zu unterschiedlichen Einstellwinkeln βA und βI

Örtlicher Übermaßverlust infolge Winkelfehler

Wirksames Übermaß

AI

tan2 Fs lU

zIzAsnw RRUUU 8,0

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

44

9.3.3 Pressverbindungen 9.3.3.2 keglige Pressverbindung - Ausführung

Kegelverbindung zieht sich bei erster

Belastung auf -> Kombination mit

Formschluss vermeiden:

Ausführung mit Passfeder a)

Ausführung mit Scheibenfeder b)

Bei nicht selbsthemmender Verbindung wird

axiale Verspannung aufrecht erhalten c), sonst

kann sie entfallen c)

a) b)

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

45

9.3.3 Pressverbindungen Haftbeiwerte nach DIN 7190

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

46

9.3 Kraftschlüssige Verbindungen 9.3.4 Spannelementverbindungen

Einleitung

Moderne Maschinenelemente seit Anfang der 50-er Jahre

verbinden die technisch vorteilhaften Eigenschaften der Press- und Schrumpfverbindungen mit einfacher Montage/Demontage

In Hohlraum zwischen Welle und Nabe wird ein spannendes Bauteil gesetzt, so genannte Spannelemente und Spannsätze.

Durch axiale Vorspannung und Kraftumlenkung wird die benötigte Klemmkraft erzeugt.

Spannverbindungen:

zwischenspannend

außenspannend

innenspannend

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

47

9.3.4 Spannelementverbindungen

Spannelemente – Prinzipien

Beschreibung Vorteile Nachteile

Zwischenspannend:

Einsatz zwischen Welle

und Nabe

Kraftfluss über

Spannelement

Schlechte Zentrierung

Axiales Verspannen

möglich

Außenspannend:

Fügen mit Spiel, von

außen wirkende

Pressung, elastische

Verformung der Nabe,

bewirkt Haftkraft

Fügespiel hat direkte

Auswirkungen auf die

erzielbare

Flächenpressung

Innenspannend:

Fügen mit Spiel, von

innen wirkende

Pressung, elastische

Verformung der Nabe,

bewirkt Haftkraft

Fügespiel hat direkte

Auswirkungen auf die

erzielbare

Flächenpressung

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

48

9.3.4 Spannelementverbindungen

Spannelemente – Zwischenspannend

Kegelspannring Spannsatz Sternscheibe Wellspannhülse hydr.Hohlmantel-

spannbuchse

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

49

9.3.4 Spannelementverbindungen

Spannelemente – Außen- und Innenspannend

Außenspannend

„Schrumpfscheiben“

einfach oder doppelt wirkend

vielseitiger Einsatz, auch

nachrüstbar

Innenspannend

Als Spannbolzen

Beide können, da nicht im

Drehmomentenfluss, gut

geschmiert werden

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

50

9.3.4 Spannelementverbindungen

Auslegung

Kraftschlüssige Übertragung

Basis: Tabellen in

Herstellerkatalogen

Geometrische Abmessungen

Übertragbare Momente/Kräfte

Auswahl nach übertragbarem

Moment/Kraft

Kontrolle der Beanspruchung in

den Anschlussteilen

Ringfeder Power Transmission GmbH

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

51

9.3.4 Spannelementverbindungen Kräfte am Spannelement

© Pearson Studium 2006

2

Übertragbares

Drehmoment:

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

2

dFM Vt

52

9.4 Stoffschlüssige Verbindung Ausführung

Verbindung mittels

Löten thermisches Verfahren, flüssige Phase nur im Lot, der Grundwerkstoffe wird nicht

aufgeschmolzen -> Lage bleibt erhalten

Schweißen Schmelzschweißen, Fügeflächen werden zur Verbindung aufgeschmolzen

Kleben Verbindung mittels Klebstoff, dieser haftet durch physikalische (selten auch chemische)

Wechselwirkungen (Adhäsion)

Vulkanisieren chemisch-technisches Verfahren zur Gummiherstellung, im Prozess kann gleichzeitig die

Verbindung zu Metallteilen hergestellt werden

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

53

9.4 Stoffschlüssige Verbindung Beanspruchung

Beanspruchung in einer stoffschlüssigen

WNV:

Schubspannung

übertragbares Drehmoment mit: d Fugendurchmesser

l Fugenlänge

zul zulässige Schubspannung

die Besonderheiten des jeweiligen

Fügeverfahrens sind zu beachten

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

2

2 ldM zul

zul

ldd

M

A

F tu

2

54 54

Zusammenfassung

Maschinenelemente, 9. Welle-Nabe-Verbindungen

Der Grundzusammenhang ist

das Hebelgesetz

Die verschiedenen

Verbindungsarten unterscheiden

sich durch die Aufnahme der

Umfangskraft einmal

reibschlüssig (Reibgesetz) oder

Formschlüssig (Pressung).

Für die Dimensionierung von

Welle-Nabe-Verbindungen

existieren meist einfache

Überschlagsformeln.

Die Gestaltung berücksichtigt

die Hauptbelastung.