Welle-Nabe-Verbindungen

Welle-Nabe-Verbindungen sind im Maschinenbau zumeist standardisierte Verbindungsarten, um Drehmomente und Leistungen von einer Welle oder einem Zapfen auf eine rotierende Nabe zu übertragen. Sie übertragen aber auch Axialkräfte, Querkräfte und Biegemomente, welche durch Schrägverzahnungen an Zahnrädern entstehen.

Eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem Keil

Unterteilung

Art der Kraftübertragung

Welle-Nabe-Verbindungen können nach Art der Kraftübertragung unterteilt werden in ^[1]:

1. Kraftschlüssige Verbindungen (Reibschluss): Die Kraftübertragung zwischen Welle und Nabe erfolgt durch Reibungswiderstand, der durch Presspassungen oder besondere Spannelemente wie zum Beispiel Klemmnaben oder konische Verbindungen erfolgt;
2. Formschlüssige Verbindungen, bei denen über eine bestimmte Formgebung, z. B. Keilwellenprofil,Polygonprofil, Kerbverzahnung, oder zusätzliche Mitnehmerelemente (Passfeder) die Kraftübertragung erreicht wird. Man unterscheidet hier auch zwischen mittelbarem und unmittelbarem Formschluss;
3. Vorgespannte formschlüssige Verbindungen: Diese Kombination der beiden zuvor genannten Schlussarten entsteht u. a. beim Einsatz von Keilen;
4. Stoffschlüssige Verbindungen, z. B. durch Kleben, Löten oder Schweißen.

Beanspruchungs- und Bewegungsanforderung

Zusätzlich ist auch eine Unterscheidung nach Beanspruchungs- und Bewegungsanforderung möglich:

1. Kleine Drehmomente: Klemmverbindung, Spannhülse, Querstift, Scheibenfeder;
2. Große und wechselseitige Drehmomente: Pressverband & Ölpressverband (Pressfügen), Ringfeder-Spannelement, Keilwellen- oder Polygonprofil, Kerbverzahnung;
3. Einseitige Drehmomente: Passfeder, Scheibenfeder, Querstift, Kleb- und Lötverbindung;
4. für in Längsrichtung verschiebbare Naben: Keilwellenprofil, Gleitfeder;
5. für in Drehrichtung verstellbare Naben: Klemmverbindung, Spannsatz, Schrumpfscheibe, Stirnverzahnung

Formschlüssige Wellen-Naben-Verbindungen

Formschlüssige Wellen-Naben-Verbindungen (WNV) können weiterhin unterschieden werden in^[1]:

• unmittelbare Drehmomentübertragung (Drehmoment wird direkt übertragen, z. B. Klemmsitz),
• mittelbare Drehmomentübertragung (Drehmoment wird über Zwischenglieder übertragen, z. B. konische Spannsätze oder Passfedern).

Formschlüssige WNV unterliegen einer Flächenpressung p < = p_zul am Umfang, welche wie folgt berechnet werden kann:

$p=\frac{T \cdot K_A \cdot K_{e\beta}\cdot K_1}{z \cdot h_w \cdot r_w \cdot l}$

mit

T… Nenndrehmoment

K_A… Anwendungsfaktor/Stoßfaktor

K_eβ… ungleichmäßige Lastverteilung auf die Zähne

K₁… ungleichmäßige Lastverteilung über die Länge

z… Anzahl d. Mitnehmer

h_w… tragende Höhe der Mitnehmer

l… tragende Länge

p_zul… Festigkeit des schwächsten Werkstoffes

r_w… Profilmittenradius bei Keil-, und Kerbzahnwellen

Fußnoten

1. ↑ ^{a b} G.Niemann, H.Winter, B.-R. Höhn: Maschinenelemente Band1: Konstruktion und Berechnung von Verbindungen, Lagern, Wellen, 3.Auflage, Springer