ME1 – Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung

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In diesem Kursabschnitt erklären wir dir die kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung.

Für ein optimales Verständnis helfen dir ausführliche Darstellungen und Erläuterungen.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Grundlagen

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Kraftschluss

Bei dieser Welle-Nabe-Verbindung unterscheiden wir zwischen zwei Varianten.

  1. Warmschrumpfen
  2. Kaltdehnen

 

Warmschrumpfen

Bei der ersten Variante wird der Kraftschluss direkt zwischen Welle und Nabe hergestellt indem man die Nabe erwärmt und auf die Welle schiebt. Durch die Erwärmung dehnt sich die Nabe räumlich aus und somit auch die Nabenbohrung. Beim Abkühlen zieht sich die Nabe wieder zusammen und sitzt anschließend fest auf der Welle.

 

Merk’s dir!

Welle und Nabenbohrung haben bei Raumtemperatur ein Übermaß und können nicht miteinander verbunden werden.

 

Kaltdehnen

Alternativ kann man auch den umgekehrten Weg einschlagen und kühlt die Welle herunter. Auch so lässt sich die Nabe auf die Welle schieben.

 

Merk’s dir!

Bei der Wahl zwischen Kaltdehnen und Warmschrumpfen fällt die Wahl zumeist auf das Warmschrumpfen.

 

Ein starkes Problem bei einer kraftschlüssigen Verbindung ist, dass die Verbindung dauerhaft und nur schwer löslich ist. Eine Reparatur oder der Austausch der Nabe ist kaum möglich.

 

Die elegantere und wesentlich häufiger gewählte Variante ist die Welle-Nabe-Verbindung mit verspannten Bauteilen. Diese Fixieren die Welle und die Nabe miteinander.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Fixierung

Soll ein Kraftschluss mit fixierenden Teilen erzeugt werden, so verspannt man mit einem einzelnen oder mehreren Bauteile zwischen Welle und Nabe, diese gegeneinander. Im Maschinenbau wird zumeist eine Variante gewählt bei der 2 Keile, die gegeneinander verschoben werden, zwischen Welle und Nabe platziert werden. Die Anordnung dieser Keile kann axial oder radial erfolgen.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Ausführungen

Für die Fixierung kommen unterschiedlichste Ausführungen zu Einsatz, von denen wir dir nun die gängigsten vorstellen. 

  • Gewindestift
  • Hydraulische Spannbuchse
  • Klemmverbindung
  • Druckhülse
  • Sternscheibe

und

  • Konus-Spannelemente

 

Nun folgt die Einzelvorstellung

 

Gewindestift

Der Gewindestift zählt zu den einfachen, wenn sich sogar einfachsten, Ausführungen. Diese Fixierung erlaubt die Übertragung von kleinen Drehmomenten bei geringen Drehzahlen. Ob sich der Gewindestift leicht oder schwer lösen lässt, orientiert sich an dem Material, aus dem er hergestellt wurde. 

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Gewindestift
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Gewindestift

 

Vorteile von Gewindestiften

  • Einfache Herstellung
  • Kostengünstige Herstellung
  • Einfacher Einbau
  • Große Toleranzen

 

Hydraulische Spannbuchse

Bei der Hydraulischen Spannbuchse kommt ein Druckmedium (Flüssigkeit) zum Einsatz. In den meisten Fällen wird ein Drucköl in einen angedichteten, geschlossenen Bereich zwischen Welle und Nabe gepresst. Die Hülse in welcher sich das Drucköl befindet, baut dadurch einen gleichmäßigen Druck auf. Dies wiederum bewirkt einen ausreichenden Reibungswiderstand. 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Hydraulische Spannbuchse
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Hydraulische Spannbuchse

 

  Vorteile von hydraulischen Spannbuchsen

  • Leichte Montage durch Druckaufbau
  • Leichte Demontage durch Druckabbau
  • Optimale Rundlaufeigenschaften
  • Hohe realisierbare Drehmomente von bis zu M_t = 250 Nm bei Durchmessern von ca. d = 25 mm 

 

Klemmverbindung

Bei der Variante Klemmverbindung ist die Nabe geteilt und besteht aus zwei Teilen. Über entsprechende Bohrungen in den Nabenteilen können diese miteinander verschraubt werden. Problematisch kann jedoch der asymmetrische Aufbau werden, sofern es zu Unwuchten kommt.

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Klemmverbindung
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Klemmverbindung

 

  Vorteile von Klemmverbindungen

  • Gute Kraftübertragung bei kleinem Spiel
  • Gute Montage
  • Gute Demontage

 

Druckhülse

Die zwischen der Nabe und Welle eingesetzten Druckhülsen erfahren eine axiale Verformung durch Schrauben, die angezogen werden. Dies führt dazu, dass die Mantelflächen (außen und innen) gewölbt werden und so eine Kraft auf die Nabe und Welle ausüben. Eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz von Druckhülsen ist, dass die Nabe eine ausreichende Wandstärke besitzt.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Druckhülse
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Druckhülse

 

Sternscheiben

Sternscheiben funktionieren nach dem gleich Prinzip wie Druckhülsen. Die Scheiben sind in axialer Richtung leicht konische. Wird durch Schrauben ein axialer Druck erzeugt, so verspannen sie sich zwischen Welle und Nabe. Je mehr Scheiben man einsetzt umso größere Drehmomenten können übertragen werden. Hierzu muss man einfach die einzelnen Drehmomente je Sternscheibe addieren.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Sternscheibe
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Sternscheibe

 

Merk’s dir!

Das konstruktionstechnische Limit liegt bei 16 hintereinander gereihten Scheiben. 


Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Sternscheiben
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Sternscheiben

 

  Vorteile von Sternscheiben

  • Leichte Montage
  • Leichte Demontage
  • Hohe realisierbare Drehmomente von bis zu M_t = 216 Nm beim Einsatz von 16 Scheiben. Bei einem Wellendurchmesser von D = 25 mm pro Scheibe M_t = 13,5 Nm 

 

Konus-Spannelemente

Zu den Konus-Spannelementen (konische Spannelemente) zählen unterschiedliche Ausführungen  wie Schrauben oder Spannringe. Dabei werden zwischen Welle und Nabe werden zueinander konische Ringe platziert, die über eine axiale Kraft aufeinander geschoben werden und so eine notwendige Spannkraft erzeugen.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Konus-Spannelemente
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Konus-Spannelemente

 

  Vorteile von Konus-Spannelementen

  • Hohe realisierbare Drehmomente von bis zu M_t = 750 Nm bei einem Wellendurchmesser von D = 25 mm.

 

Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung - Ringfeder-Spannelemente
Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung – Ringfeder-Spannelemente

 

Nachdem du jetzt einen Überblick zu den kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen erhalten hast, gehen wir im nächsten Kurstext über zur detaillierten Betrachtung der Formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen.

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