MITcalc - Wahl des Verbindungstyps der Welle mit der Nabe

Für eine einfachere Wahl des Typs der Wellenverbindung mit Nabe kann Ihnen der folgende Vergleich der grundlegenden Eigenschaften der einzelnen Verbindungstypen behilflich sein. Bei der Wahl der Art der Verbindungsdurchführung ist es erforderlich, ihre Gebrauchseigenschaften, Zeitaufwendung und die ökonomischen Aufwendungen des Entwurfs, der Produktion, der Montage und der Demontage der Verbindung in Betracht zu ziehen.

Ausführung der Verbindung

Formverbindungen

Die Formverbindungen der Welle mit der Nabe sind nur für die Übertragung des Drehmoments bestimmt. Die Übertragung der äußeren Belastung wird bei diesen Verbindungen mit den ineinandergreifenden Profilen der Welle mit der Nabe gesichert (Keilwellen, Polygonverbindungen), oder mit einem eingelegten Element (Stifte, Federn, Keile). Die Formverbindungen werden der Quetschungs-, Schub- und eventuell auch der Biegungsbeanspruchung ausgesetzt. Für die Auslegung der Verbindung ist gewöhnlich nur die Kontrolle der Quetschung maßgebend und ausreichend. Im Gegensatz zu den gleitfesten Verbindungen entsteht hier keine zusätzliche Spannung in der Nabe infolge der Vorspannung der Verbindung. Ein Nachteil ist jedoch die erhebliche Kerbwirkung der Löcher und der Nuten auf die Welle. Deshalb ist es immer erforderlich, die Gestaltungsfestigkeit dieser Wellen zu kontrollieren.

Gängig verwendete Formverbindungen

Kraftschlüssige (gleitfeste) Verbindungen

Die kraftschlüssigen Verbindungen der Welle mit der Nabe ermöglichen, neben dem Drehmoment auch die Axialkräfte zu übertragen. Die äußere Belastung wird bei diesen Verbindungen durch die Reibung zwischen der Welle und der Nabe übertragen, die in der Verbindung bei deren Montage entsteht. Bei den Klemmverbindungen und bei den Verbindungen mit Spannringen wird eine Reibung in der Verbindung durch die äußeren Normalkräfte verursacht, die durch die Schrauben, Schrumpfringe, Kegelfläche oder die Kegelringe hervorgerufen wird. Bei den Druckverbindungen (Pressverbindungen) wird die Reibung durch die inneren Normalkräfte verursacht, die infolge der elastischen Deformationen der verbundenen Teile entstehen. Bei der Montage entsteht im Stoß der schlüssigen Teile ein Druck, der den zugelassenen Wert nicht übersteigen darf. Ein Vorteil gegenüber den Formverbindungen ist hier ein glatter, nicht geschwächter Querschnitt der Welle und die Möglichkeit einer sehr feinen Einstellung der gegenseitigen Position (Teildrehung) der verbundenen Teile.

Gängig verwendete kraftschlüssige Verbindungen

Vorgespannte Formverbindungen

Diese Verbindungen verwenden zur Übertragung der äußeren Belastung in der Kombination beider oben erwähnter Prinzipen. Ein typisches Beispiel sind die Kegelklemmverbindungen mit einer Feder, die aufgepressten Polygonverbindungen oder die Verbindungen mit den Längs- und Axialkeilen. Die vorgespannten Formverbindungen werden in der Praxis selten verwendet.

Gebrauchseigenschaften der Verbindung

Verbindungstyp	Verwendung, Betrieb, Wartung und Reparaturen der Verbindung	Produktion und Montage der Verbindung
Stiftverbindungen	Für die Übertragung von kleinen, stoßfreien und nicht wechselnden Drehmomenten. Die Lösbarkeit der Verbindung ist durch eine geeignete Konstruktion zu sichern. Die Löcher für die Querstifte haben sehr ungünstige Kerbwirkungen.	Sehr einfache Produktion Bei der Montage gegen Lockerung sichern Geeignet für Einzel- sowie Serienproduktion
Verbindungen mit Federn und Keilen	Nur für die Übertragung von Drehmomenten Geeignet für feste Verbindungen, für verschiebbare Verbindungen weniger geeignet. Ungeeignet für die wechselnden Drehmomente Zentrische Nabenverlagerung Zuverlässigkeit gegen Ermüdungsbrüche ist durch die Kerbwirkungen der Nut ungünstig beeinflusst Leichte Verbindungsdemontage	Die Nutherstellung erfordert spezielle Werkzeuge Leichte Verbindungsmontage Bei festen Verbindungen gegen axiale Verschiebung sichern Geeignet für Einzelproduktion, für die Serienproduktion weniger geeignet
Nutenverbindungen	Nur für die Übertragung von Drehmomenten Geeignet für sehr hohe Belastungen, wechselnde Belastung sowie Stoßbelastung Geeignet für feste Verbindungen sowie verschiebbare Verbindungen Die Sicherung der Achsenflucht und Rechtwinkligkeit der Verbindung ist nicht einfach Zuverlässigkeit gegen Ermüdungsbrüche ist durch die Kerbwirkungen der Nuten ungünstig beeinflusst Leichte Verbindungsdemontage	Die Produktion erfordert eine spezielle Maschinenausstattung Leichte Verbindungsmontage Bei festen Verbindungen gegen axiale Verschiebung sichern Geeignet für die Serienproduktion, für die Einzelproduktion ungeeignet
Polygonverbindungen	Nur für die Übertragung von Drehmomenten Geeignet für große und wechselnde Belastungen bei hohen Drehgeschwindigkeiten Geeignet für feste Verbindungen sowie verschiebbare Verbindungen Hohe Zuverlässigkeit gegen Ermüdungsbrüche Leichte Verbindungsdemontage	Die Produktion erfordert spezielle Schleifmaschinen Leichte Verbindungsmontage Bei festen Verbindungen gegen axiale Verschiebung sichern
Pressverbindungen	Für die Übertragung von Drehmomenten sowie Axialkräften Geeignet für sehr hohe Belastungen, wechselnde Belastung sowie Stoßbelastung Hohe Genauigkeit der Achsenflucht und Rechtwinkligkeit der Verbindung Hohe Zuverlässigkeit der Verbindung Sehr schwierige (unmögliche) Demontage der Verbindung	Hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Herstellung Relativ schwierige und gefährliche Montage Geeignet für Einzel- sowie Serienproduktion
Klemmverbindungen	Für die Übertragung von Drehmomenten sowie Axialkräften Einfache Einstellung der gegenseitigen Positionen der Teile Die Sicherheit der Verbindung hängt von der Art der Lockerungssicherung der Klemmteile ab Hohe Zuverlässigkeit gegen Ermüdungsbrüche Leichte Verbindungsdemontage Durch die Einwirkung der nichtrotierenden äußeren Formen besteht die Gefahr der Bedienungsverletzung während des Betriebs	Einfache Produktion und Montage der Verbindung Geteilte Teile müssen gemeinsam bearbeitet werden Geeignet für Einzel- sowie Serienproduktion
Verbindungen mit Spannringen	Für die Übertragung von Drehmomenten sowie Axialkräften Einfache Einstellung der gegenseitigen Positionen der Teile Die Sicherheit der Verbindung hängt von der Art der Lockerungssicherung der Verbindung ab Hohe Zuverlässigkeit gegen Ermüdungsbrüche Leichte Verbindungsdemontage	Relativ aufwendige Herstellung der Ringe (geeigneter ist der Einkauf bereits fertiger Komponenten) Einfache Herstellung der Anschlussflächen Leichte Verbindungsmontage

Zeitaufwendigkeit des Entwurfs, der Verbindungsmontage und -demontage

Verbindungstyp	Produktion und Montage der Verbindung	Verbindungsdemontage
Stiftverbindungen	Sehr schnelle Produktion und Montage der Verbindung	Von der Konstruktionsausführung der Verbindung abhängig
Verbindungen mit Federn und Keilen	Ohne spezielle Ausrüstung relativ langsame Produktion Sehr schnelle Montage der Verbindung	Schnell
Nutenverbindungen	Relativ schnelle Produktion nur bei geeigneter Ausstattung Sehr schnelle Montage der Verbindung	Schnell
Polygonverbindungen	Relativ schnelle Produktion nur bei geeigneter Ausstattung Schnelle Montage der Verbindung	Schnell
Pressverbindungen	Schnelle Produktion und Montage der Verbindung	Ungeeignet für schnelle Reparaturen und Demontagen
Klemmverbindungen	Schnelle Produktion und Montage der Verbindung	Schnell
Verbindungen mit Spannringen	Schnelle Produktion und Montage der Verbindung	Schnell

Kosten für Produktion, Betrieb, Montage und Demontage

Die Betriebskosten sind bei den festen Verbindungen gleich Null, bei den verschiebbaren Verbindungen sind sie nur durch die Schmierung gegeben.

Verbindungstyp	Produktionskosten	Kosten der Verbindungsdemontage
Stiftverbindungen	Niedrig	Minimal
Verbindungen mit Federn und Keilen	Mittlere	Minimal
Nutenverbindungen	Hoch (wirtschaftlich nur in Serienproduktion)	Minimal
Polygonverbindungen	Hoch (wirtschaftlich nur in Serienproduktion)	Minimal
Pressverbindungen	Mittlere	Erheblich (manchmal überhaupt nicht möglich)
Klemmverbindungen	Relativ klein	Minimal
Verbindungen mit Spannringen	Mittlere (Senkung durch Einkauf von fertigen Ringen möglich)	Minimal

Wahl des Verbindungstyps der Welle mit der Nabe.