spieth Welle-Nabe-Verbindung kraftschlüssig
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Kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen

Verspannte Bauteile fixieren Welle und Nabe

Bei den kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen werden meist ein oder mehrere Bauteile zwischen Welle und Nabe, sprich das auf der Welle zu fixierende Bauteil, gegeneinander verspannt. Oft wird das Prinzip von zwei Keilen, die gegeneinander verschoben werden, verwendet. Die Keile können axial und radial angeordnet sein.
Die Nabe selbst kann durch Schrumpfen und die Welle durch Dehnen die nötige Kraft aufbringen um Welle und Nabe zu fixierten.

Gewindestift

Gewindestift

Ein Gewindestift verspannt die Nabe auf der Welle. Dies ist die einfachste Möglichkeit eine Nabe auf der Welle zu fixieren. Sie wird für untergeordnete Drehbewegungen mit geringem Drehmoment eingesetzt. Bei dieser Verbindung entsteht durch das Anziehen des Gewindestiftes ein Grat auf der Welle. Die Nabe lässt sich bei geringem Spaltmaß zwischen Welle und Nabe dann sehr schwer wieder demontieren. Durch einlegen eines weicheren Materials unter den Gewindestift, z. B. ein Messingplättchen, wird die Welle geschont. Eine andere Möglichkeit ist die Welle bei Montage anzubohren oder eine kleine Fläche in die Welle zu fräsen oder zu feilen.

  • Preiswert
  • Große Toleranzen möglich
  • Kleine Drehmomente
  • Einfache Herstellung
  • Geringe Drehzahlen
Hydraulische Spannbuchse

Hydraulische Spannbuchse

Ein Medium (rot) wird in einem geschlossenen Raum verpresst. Die Hülse baut einen gleichmäßigen Druck zur Welle und zur Nabe auf.

  • Leichte Montage und Demontage
  • Gute Rundlaufeigenschaften
  • Wellenpassung h7
  • Nabenpassung H8
  • In Edelstahl lieferbar
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm ist 250 Nm
Zwei Halbschalen auf der Welle geklemmt

Klemmverbindung

Die Nabe wird axial geteilt. Zwei Schrauben klemmen die Welle mit der Halbschale auf der Nabe. Diese Verbindung wird z. B. bei Wellen und Kupplungen verwendet. Eine Welle die beidseitig mit dieser Verbindung befestigt ist, kann nach entfernen der Halbschalen seitlich demontiert werden.
Durch den asymmetrischen Aufbau mit den beiden Schrauben entsteht eine Unwucht.
Um eine gute Kraftübertragung zu gewährleisten ist ein möglichst kleines Spiel zwischen Welle und Nabe anzustreben (z. B. h6/H7). Weitere Informationen und Berechnung

Druckhülse

Die mäanderförmige Buchse wird durch eine axiale Kraft verformt. Die außen- und innenliegenden Mantelflächen wölben sich und üben auf Welle und Nabe eine Kraft aus. Es ist auf ausreichende Wandstärke der Nabe zu achten.

  • Leichte Montage und Demontage
  • Gute Rundlaufeigenschaften
  • Wellenpassungen h6, k6,m6 je nach Ausführung
  • Nabenpassung H6 / H7
  • Für Wellen D= 14 - 300 mm; wird Axialkraft extern erzeugt D= 8 mm - 150 mm
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm ist 450 Nm
Verbindung mit Sternscheiben

Sternscheiben

Die Mäanderförmig gestanzten Ringe werden in einer vom Anwender hergestellten Konstruktion eingesetzt. Die Scheiben sind in axialer Richtung leicht konisch. Durch axialen Druck werden sie zwischen Welle und Nabe verspannt. Durch Verwendung der Ringe in Paketen, max. 16 sind möglich, lässt sich das übertragbare Drehmoment durch addieren der Einzeldremomente vervielfachen. Hier in der Grafik sind drei Scheiben eingezeichnet. Verwendet werden Sternscheiben, wenn die Nabe leicht und schnell verstellt werden soll.

  • Leichte Montage und Demontage
  • Oberfläche ra ≤ 3,2μm
  • Wellenpassungen h9
  • Nabenpassung H9
  • nicht selbst zentrierend
  • Für Wellen D= 4 - 100 mm
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm 13,5 Nm pro Scheibe

Konus-Spannelement mit zentraler Spannmutter

Durch eine zentrale Sechskantmutter (grün)werden zwei Koni axial gegeneinander verspannt.
Durch weiten des äußeren Ringes und schrumpfen der inneren Hülse erzeugen sie einen Klemmdruck zwischen Welle und Nabe.
Auf Grund der äußerst kompakten Bauform des Konus-Spannelementes können Naben mit sehr kleinen Durchmessern auf der Welle montiert werden.

  • Toleranz Welle und Nabe ±0,04 / ± 0,08 mm je nach Ausführung
  • Rundlauf 0,025 mm T.I.R. (Lauf über den gesamten Messbereich)
  • Lieferbar für Wellen 5 - 75 mm
  • Korrosionsgeschützte Ausführungen erhältlich (VA möglich)
  • Selbst zentrierend
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm ist 390 Nm

020101025 Spannelemente Spannkraft wird durch externe Konstruktion erzeugt.

Konus-Spannelemente

Diese Spannelemente bestehen aus zwei ineinander gesteckten Ringen. Einer hat einen Konus auf der Außenseite der andere auf der Innenseite. Durch eine äußere Konstruktion werden die Ringe axial verpresst. Die radial entstehenden Kräfte verspannen Welle und Nabe fest miteinander. Durch den Einbau von mehreren Spannelementen in Reihe, maximal vier in der Abbildung sind drei dargestellt, wird die Kraft der einzelnen Spannsätze addiert.

  • Toleranz Welle d ≤ 38: h6 d ≥ 38: h9
    Nabe d ≤ 38: H7; d ≥ 38: H9
  • Oberfläche ra ≤ 1μm
  • nicht selbst zentrierend (Zentrierung von Montage abhängig)
  • Lieferbar für Wellen 6 - 1000 mm
  • Korrosionsgeschützte Ausführungen erhältlich (VA möglich)
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm ist 170 Nm bei einem Element (siehe Text)

020101006

Konus-Spannelement mit Schrauben auf dem Teilkreis

Zwei Ringe mit jeweils einem Innen- und einem Außenkegel(Konus) werden mit Schrauben gegeneinander verspannt. Die schiefen Ebenen der Ringe erzeugen Radialkräfte auf Welle und Nabe. Dadurch wird eine Übertragung des Drehmomentes gewährleistet. Das abgebildete Spannelement ist selbst zentrierend.
Es ist auf ausreichende Wandstärke der Nabe zu achten.
Zur Demontage sind Gewindebohrungen zum Abdrücken der Ringe gegeneinander vorhanden.

  • Wellenpassungen h8
  • Nabenpassungen H8
  • Rauhtiefe max Rt 16 (Rz 13)
  • Für Wellen D= 5 - 50 mm andere Bauformen lieferbar
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm ist 260 Nm

Doppelspannsatz

Konus-Doppelspannsatz

Bei diesem Spannsatz sind zwei Spannsätze zu einem zusammen gefasst. Dadurch wird eine Erhöhung der zu übertragenden Drehmomente erreicht. Bei der Montage kann eine leichte axiale Verschiebung der Nabe gegenüber der Welle auftreten. Zwischen den Anzugschrauben sind Abdrückgewinde mit denen der Spannsatz wieder gelöst werden kann.

  • Wellenpassungen h8
  • Nabenpassungen H8
  • Rauhtiefe max Rz≤ 16
  • Rundlaufgenauigkeit 0,02-0,08 mm
  • Für Wellen D= 24-600 mm
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 mm ist 740 Nm

020101018 Schrumpfscheibe

Schrumpfscheibe

An der Nabe ist seitlich eine Hülse auf die eine Schrumpfscheibe montiert ist. Durch anziehen der Schrauben an der Schrumpfscheibe wird durch Keilwirkung der innere Ring zusammengepresst. Die Hülse der Nabe umschließt durch den äußeren Druck die Welle fest.

  • Übertragbares Drehmoment bei D=25 ist 300 Nm

Welle-Nabe-Verbindung mit Klemmring

Klemmring (Wellenklemmring)

An die Nabe ist seitlich ein Klemmring geschraubt. Er stellt die Verbindung zwischen Welle und Nabe her. Die Welle übernimmt die Zentrierung zwischen Nabe und Klemmring.

020101009

Toleranzhülse

Ein aus Federbandstahl geprägter Blechring wird auf Spannung zwischen Welle und Nabe eingebaut.
Dieses Element kann große Toleranzen ausgleichen und eignet sich daher auch zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen zwischen Welle und Nabe.
Mit Toleranzhülsen können auch Fluchtungsfehler zweier Lagerungen ausgeglichen werden.

  • Wellenpassungen h9
  • Nabenpassungen H9
  • VA-Ausführung möglich
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25mm bis 53 Nm

020101010 Kreiskeilverbindung

Kreiskeilspannsatz

Zwischen den beiden Hülsen des Spannsatzes befinden sich auf den Kontaktflächen sogenannte Kreiskeile. Durch verdrehen der Bauteile zueinander verspannt sich der Spannsatz zwischen Welle und Nabe.
Die Spannsätze sind selbst zentrierend.

  • Wellenpassungen h8
  • Nabenpassungen H7
  • Rundlauf 0,015-0,04 mm
  • Lieferbar für Wellen 3-50 mm
  • VA-Ausführung möglich
  • Übertragbares Drehmoment bei D=25mm ist 320 Nm
Es ist auch möglich das Kreiskeilprofil direkt in die Nabe einzuarbeiten.

020101013 Schrumpfen

Warmschrumpfen oder Kaltdehnen

Beim Warmschrumpfen haben Wellen- und Nabenbohrung bei Raumtemperatur ein Übermaß. Wird die Nabe erwärmt entsteht ein Spiel zwischen den beiden Bauteilen, jetzt kann die Nabe auf die Welle geschoben werden. Beim Erkalten der Nabe schrumpft diese und umschließt die Welle fest.
Beim Kaltdehnen wird die Welle durch abkühlen für den Schrumpfvorgang im Durchmesser verkleinert. Nach dem Fügen dehnt sie sich wieder aus.
Das übertragbare Drehmoment hängt von der Werkstoffpaarung, den Rauhtiefen der Oberflächen und dem Übermaß zwischen den beiden Bauteilen ab.

020101020 Kegelverbindung stirnseiig auf Welle

Kegelverbindung

Bei der Kegelverbindung sitzt die Nabe auf einem Kegel. Durch eine axiale Kraft entsteht in der Kegelverbindung eine Flächenpressung. Die Kraft kann mit einer Schraube oder Mutter erzeugt werden.
Das Kegelverhältnis ist entscheidend für die Lösbarkeit der Verbindung. Bei einem Verhältnis bis 1 : 5 ist die Verbindung leicht, bei einem Verhältnis von 1 : 10 schwer zu lösen. Die Kegelverbindung hat eine hohe Laufruhe, jedoch teuer in der Herstellung. Bei wechselnden Drehmomenten entsteht eine Relativbewegung die Passungsrost begünstigt.

020101019 Nabe stirnseiig auf Welle

Nabe stirnseitig verschraubt

Die Nabe wird stirnseitig gegen das Wellenende geschraubt und so kraftschlüssig mit der Welle verbunden. Die Zentrierung wird über den Ansatz in der Nabe realisiert. Bei dieser Verbindung ist die Drehrichtung zu beachten. Die Drehmomentübertragung kann nur gegen die Anzugrichtung der Schraube erfolgen.

020101030 TaperLock

Taperlock

Die Taperlock Buchse ist eine kegelige Spannbuchse. Sie wird mit axial, im Übergangsbereich von Buchse und Nabe, angeordneten Schrauben befestigt.
Eine Hälfte der Aufnahmebohrung für die Schrauben befindet sich in der Spannbuchse, der andere Teil in der Nabe. Bei den Bohrungen für die Befestigung ist in der Nabenhälfte das Gewinde (Zollgewinde) und in der Buchse ein Sackloch. So wird die Schraube durch das Gewinde in der Nabe beim Eindrehen gegen das Sackloch in der Nabe gepresst. Die Taperlock Spannbuchse wird in der Nabe getrieben.
Bei den Bohrungen zum Lösen ist es umgekehrt. Durch eindrehen der Schraube wird die Taperlock Spannbuchse aus der Nabe getrieben (siehe Bild).
Die Taperlock Spannbuchsen werden fertig montiert mit den entsprechenden Kettenrädern, Zahnriemenrädern oder Keilriemenscheiben geliefert. Die Bohrung für die Welle ist ebenfalls auf Maß gefertigt.
Wellentoleranz h8
Bohrungsdurchmesser 10-125 mm

020101031 Innenspannschraube

Innenspannschraube

Die Innenspannschraube ist eine Hohlschraube bei der das Gewinde in axialer Richtung mehrfach geschlitzt ist. Wenn nun die Innenspanschraube in ein Innengewinde gedreht und nachdem der Schraubenkopf aufliegt weitergedreht wird, stützen sich die Gewindegänge der Schraube gegen die Flanken des Innengewindes ab. Es entsteht eine nach innen gerichtete Kraft. Der geschlitzte Gewindeteil der Innenspannschraube klemmt die Welle.
Da das Drehmoment direkt über das Gewinde übertragen wird ist die Drehrichtung zu beachten. Wenn, wie in dem Beispiel, von beiden Seiten eine Innenspannschraube eingesetzt wird ist man drehrichtungsunabhängig.
Für kleine Drehmomente
Material Alu und V2A
Rundlaufgenauigkeit gemessen bei 35mm Ausspannung 0,05 mm
Bohrungsdurchmesser 4-25 mm
Gewinde M6-M30x1,5
Übertragbares Drehmoment bei D=16 mm ist 15 Nm

020101032 Innenspreizdorn

Innenspreizdorn

In axialer Richtung ist im Innenspreizdorn eine kegelige Bohrung. In ihr befindet sich ein entsprechender Kegel der mit einer Schraube (grün) in die kegelige Bohrung gezogen wird. Der Dorn weitet sich und klemmt die Nabe.
Für Welle-Nabe-Verbindung in einem beengtem Bauraum. Nabenbohrung H7

Autor: Uwe Koerbitz

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