Verbindungstechnik: Welle-Nabe-Verbindungen (1) 11.06.2013, 07:45

Wichtige Maschinenelemente wie Zahnräder, Riemenscheiben und Kupplungen müssen Drehmomente übertragen. Dafür benötigt man auf der Antriebsseite Wellenformen oder Bauteile, die dies ermöglichen: Zahnprofile, Passfedern, Keile.

Welle-Nabe-Verbindung 

Die Art, wie solche Verbindungen gestaltet sind, werden als Kraftschluss, Formschluss oder Stoffschluss bezeichnet. 

Kraftschluss: Sicherung der Verbindung zweier Bauteile dadurch, dass die Teile durch eine äußere Kraft, meist eine Reibungskraft, in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden.
Formschluss: Eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen wird durch Ineinandergreifen entsprechend geformter Werkstückelemente, z. B. zwischen Zähnen in entsprechend geformte Zahnlücken, verhindert.
Stoffschluss: Kräften zwischen zwei Bauteilen werden unmittelbar durch die beteiligten Materialien (Schweißen, Löten, Kleben) übertragen. Für Wellen-Naben-Verbindungen kommen stoffschlüssige Verfahren eher nicht in Frage. 

Kraftübertragung durch Kraftschluss 

Die Konstruktionen, denen das Kraftschlussprinzip zugrunde liegt, übertragen Drehmomente mit Hilfe der Reibung. 

Spannelemente-Verbindungen gibt es in allen Varianten. Hier ist eine der zahlreichen Konstruktionen abgebildet. Der obere Teil zeigt den Spannmechanismus: Eine der z. B. drei oder sechs Zugschrauben zieht das Spannelement nach links. Über den Innenkonus wird es nach außen gedrückt und spannt so die Riemenscheibe ... 

In der unteren Hälfte wird das Demontieren der Scheibe gezeigt. Die Spannschrauben werden herausgeschraubt und in die auf dem Umfang versetzten leeren Abdrück-Gewindebohrungen geschraubt.
Vorteil gegenüber der Passfeder-Verbindung: Die Wellen bleiben glatt und werden nicht durch Nuten geschwächt.

Kraftübertragung durch Formschluss 

Passfedern, Keile
Passfedern übertragen Umfangskräfte nur mit ihren Flanken. Radial ist zwischen Passfederrücken und Nabenfläche ein Spiel. Je nach Passung sitzen die Naben fest oder können gegenüber der Feder verschoben werden.
Passfedern eignen sich für hauptsächlich einseitig wirkende Drehmomente. Treten in der Verbindung Schläge auf, sind Keilwellen, Zahnwellen und Polygonwellen die geeignetere Alternative. 

Passfedern der Form A sind rundstirnig, der Form B geradstirnig, der Form C rundstirnig mit Bohrung für eine Befestigungsschraube. 

Normbezeichnung einer Passfeder mit b = 12 mm, h = 8 mm und Länge l = 60 mm: DIN 6885 A 12 x 8 x 60

Keile 
Sie übertragen die Kraft im Gegensatz zur Passfeder am Rücken, während sie seitlich Spiel haben. Über die Keilneigung (1:100) können Welle und Nabe gegeneinander verspannt werden. Die daraus entstehende Unwucht macht Keile für hohe Drehzahlen allerdings ungeeignet. 
Mit Tangentkeilen lassen sich große Kräfte spielfrei übertragen; sie werden paarweise um 120° versetzt eingebaut.

Keilwellen, Zahnwellen, Polygonwellen 

Normbezeichnung einer Keilwelle mit d1 = 32 und B = 6 mm: DIN ISO 6413 - 32 x 6

Normbezeichnung einer Kerbverzahnung mit d₁ = 21 und d₂ = 24 mm: DIN 5481 - 21 x 24

Normbezeichnung eines Polygonwellenprofils A (für Welle 40, d2 = 42,8) und Toleranzklasse k6: DIN 72711 - A P3G - 40 - k6

Vereinfachte Darstellung 
Das Bild unten (Lamellenkupplung) zeigt die genormte, vereinfachte Darstellung einer Keilwelle, hier als Zapfwelle bezeichnet.

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Die Zeichnung unten ist für die Verwendung in Arbeitsblättern gedacht.