Welle-Nabe-Verbindung not complete Flashcards
Hauptfunktion?
Drehmoment und Drehbewegung übertragen.
Nebenfunktionen?
- Übertragen von Querkräften, Längskräften und Biegemomenten.
- exakte Führung des auf der Welle sitzenden Bauteils.
- axiale Verschiebbarkeit der Nabe auf der Welle.
- Zentrierung der Nabe auf der Welle.
Physikalische Wirkprinzipien für Drehmomentübertragung?
- Formschluss ( lösbare Verbindung, z.B. Passfeder).
- Reibschluss.
- Stoffschluss (Schweiß-/Lötverbindung).
Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen Eigenschaften?
- lösbare WNV.
- Kraftübertragung über Normalkräfte an entsprechend gestalteter Wirkfläche.
Stiftverbindungen (MFWNV)
- WNV mit Quer- und Längsstiften einfach herzustellen.
- hohe Kerbwirkung .
- ungünstige Krafteinleitung → nur für kleine Drehmomente geeignet.
- Wellen- und Nabenbohrung beansprucht auf Flächenpressung.
- Stift auf Abscheren beansprucht (Querstift auch auf Biegung).
Passfederverbindungen (MFWNV)
- Mitnehmer aus Keilstahl C45K.
- eingelegt in entsprechende Nuten.
- Abmessungen des Passfederquerschnitts und Nuten abhängig von Wellendurchmesser.
- Rückenspiel zur Montage notwendig.
- Berechnung auf zulässige Flächenpressung in Wellen- und Nabennut.
- Verformung von Welle und Nabe sollte abgestimmt sein.
- tragende Länge l<2d, keine weitere Tragkrafterhöhung möglich.
Passfederverbindungen Vorteile? (MFWNV)
- Eignung für kleine Stückzahlen.
- Nuten werden mit einfachen Werkzeugen gefertigt.
- Passfedern werden aus kalibriertem Stangenmaterial hergestellt.
Passfederverbindungen Nachteile? (MFWNV)
- schwierige Montage bei festem Sitz.
- nicht geeignet für große und wechselnde Drehmomente.
- Krafteinleitung an einer Stelle.
- scharfkantiger Kerbgrund (Kerbwirkung).
Keilwellenverbindungen (UMFWNV)
- gleichmäßig am Umfang angeordnete Keile.
- Übertragung von großen und wechselnden Drehmomenten.
- wirtschaftliche Fertigung mit hoher Genauigkeit möglich.
- bei Wellengestaltung Fräserauslauf beachten Innenzentrierung: genauer für Werkzeugmaschinenbau Flankenzentrierung: hohe Drehzahlen - dynamische Belastungen.
Zahnwellenverbindungen (UMFWNV)
- Kerbzahnprofil: Mitnehmer dreiecksförmig.
- Evolventenverzahnung: Flanken gewölbt.
- Zentrierung der Nabe über Flankenzentrierung.
- stark verschleißgefährdet.
- hohe Zähnezahl → Welle und Nabe weniger geschwächt als bei Keilwellenprofil → höhere Momente möglich, Einsatz dünnwandiger Naben erlaubt.
Polygonprofile (UMFWNV)
- Wirkprinzip: Unrundheit von Welle und Nabe.
- Kerbwirkung relativ gering.
- geeignet für hohe Umfangsgeschwindigkeiten und hohe dynamische Belastungen.
Stirnzahnverbindungen („Hirth-Verzahnung“) (UMFWNV)
- Wirkprinzip: axiale Dreiecksverzahnung.
- spielfrei, axial vorgespannt, selbstzentrierend.
- Verbindung hochwertiger Bauteile aus verschiedene Materialien.
- Aufnahme großer thermischer und Fliehkraftdehnung.
Keilverbindungen (UMFWNV)
- zusätzlicher Reibschluss in axial Richtung.
- spielfrei, gut lösbar.
- Übertragung sehr großer auch stoßartiger Drehmomente möglich.
- exzentrische Pressung der Nabe beim Fügen (Unwucht) → Nicht für hohe Drehzahlen oder Laufgenauigkeit geeignet.
Reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen
- Drehmoment und Längskraft (Axialkraft)zwischen Welle und Nabe werden durch Reibung tangential zur Achse übertragen.
- Querkraft wird durch Formschluss übertragen.
Bauform reibschlüssiger Welle-Nabe-Verbindungen
- nach Erzeugung der Flächenpressung: mit / ohne elastischen Zwischenelementen.
- nach Form der Fügefläche: offene / geschlossene Fügefläche / zylindrische / kegelige / ebene Fläche.
- nach Fügeart: mechanisch, thermisch, hydraulisch.
Zylindrische Pressverbindungen
- Pressung wird mit Hilfe eines Übermaßes am Fügedurchmesser erzeugt.
- Berechnung: Sichere Übertragung Drehmoment, keine Überbeanspruchung von Welle u. Nabe.
- Übermaßverlust durch Glättung.
Fügen zylindrischer Pressverbindungen
- Querpresssitze: Abkühlen/Erwärmen vorm Fügen.
- Längspresssitze: axiales Einpressen.
- Ölpresssitze: hydraulisches Weiten.
- Längspresssitze: Einpresskraft, geeignete Fase (≤5°), geölte Fügefläche, scharfe Kanten vermeiden.
Lösen zyl. Pressverbindungen (ZP)
- Oberflächenschäden nicht vermeidbar (Riefen).
- kostenintensive Nacharbeitung.
Lösen Ölpressverbindungen (ZP)
- hydraulisch lösbar.
- Nabe lässt sich mit kleinen Kräften von Welle ziehen.
- elastische Auslegung nötig.
Zusatzeinflüsse im Betrieb (ZP)
- Fliehkrafteinfluss:
- Nabe wird bei rotierender PV stärker geweitet als Welle → übertragbares Drehmoment sinkt bei hoher Drehzahl.
- Auswandern der Nabe → Betriebsunwuchten
- Temperatureinfluss:
- unterschiedliche Werkstoffe dehnen sich unterschiedlich aus.
Gestaltung von Pressverbindungen
- Ziele:
- gleichmäßige Beanspruchung von Pressverbindung und Welle.
- Vermeidung von Reibkorrosion.
- Maßnahmen:
- Abbau von Verformungsbehinderungen → geringere Spannungsspitzen.
- Vermeidung von dyn. Mikrogleiten durch hohen Haftbeiwert und hohe Fugenpressung.
Kegelpressverbindungen
- Verschraubung erzeugt eine axiale Vorspannkraft.
- Für Reibschluss erforderliche Pressung wird durch Keilwirkung des Kegels erzeugt.
- Kegelwinkel legt Selbsthemmungsgrenze fest (1:2,5 – leicht lösbar, 1:5 – Grenzbereich, 1:10 – schwer lösbar).
- In Praxis: zusätzlich Passfeder. Passfeder überträgt Moment, Kegel zentriert
Axiale Klemm- und Pressverbindungen
- axial verspannte ebene Fügeflächen.
- senkrecht zur Drehachse.
- axiale Verspannung erfolgt mithilfe von elastischen Schrauben oder Zugankern.
Pressverbindungen mit Zwischenelementen
- zylindrische Fügeflächen von Welle und Nabe.
- radiale Pressung wird durch axiales Verspannen elastischer Zwischenelemente erzeugt.
Pressverbindungen mit Ringfeder-Spannelementen
- mind. ein Ringfederpaar mit kegeliger innerer Kontaktfläche.
- mehrere Spannelemente hintereinander → höhere Drehmoment übertragbar.
- bei großen Wellendurchmessern und hinreichend großer Nabendicke sind Spannsätze mit eingebauter Spannvorrichtung vorteilhaft.
Stoffschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen
- unlösbar.
- Herstellung durch: Schweißen / Löten / Kleben Verwendung im: Großmaschinenbau / Leichtmaschinenbau / Serienfertigung.
Wichtigste Bewertungskriterien bei Wahl der WNV
- übertragbares Drehmoment.
- Kerbwirkung.
- erforderliche Nabendicke.
- Lösbarkeit.
- Kosten der Herstellung.
- Erforderliche Werkzeugmaschinen.
