In der Antriebstechnik übernehmen Welle-Nabe-Verbindungen eine wichtige Rolle. Sie sind das Verbindungselement zwischen der Welle und den auf der Welle befestigten Maschinenelementen wie z.B. Zahnrad oder Riemenscheibe. Die Bezeichnung Spannsatz wird ebenso häufig eingesetzt wie Welle-Nabe-Verbindung. Kraftübertragung (Leistung) und Drehmomentübertragung sind die wichtigsten Funktionen dieses Bauteils.
Die Welle-Nabe-Verbindungen werden in vier Gruppen aufgeteilt: kraftschlüssige (= reibschlüssige), formschlüssige, vorgespannte formschlüssige und stoffschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen oder Kombinationen aus diesen Gruppen.
Bei der kraftschlüssigen oder auch reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung werden die Bauteile gegeneinander mit Hilfe von Spannschrauben und Spannelementen verspannt. Sie haben zumeist ein konische Bauform und werden spielfrei durch eine Innenspannverbindung verbunden. Leistung und Drehmoment werden durch die Reibkraft übertragen. Eine weitere reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindung sind Schrumpfscheiben, diese verbinden eine Hohlwelle oder Nabe mittels einer Außenspannverbindung spielfrei mit einer Welle.
Bei der formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung werden die Bauteile durch entsprechend geformter Elemente wie z.B. eine Keilwelle oder ein weiteres Bauteil wie z.B. eine Passfeder hergestellt. Leistung und Drehmoment werden über Flächenpressung übertragen. Bei einer Keilwellen-Verbindung können Welle und Nabe bei entsprechender Wahl der Passung axial verschoben werden.
Bei der vorgespannten formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung werden Kraftschluss und Formschluss kombiniert durch einen Keil der zwischen Welle und Nabe eingetrieben wird. Dazu wird bei Welle und Nabe die Form des Keiles eingekerbt.
Bei stoffschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung wird die Verbindung durch Kleben, Löten oder Schweißen hergestellt. Diese Art der Verbindung wird eher selten eingesetzt. Diese Verbindung kann nur durch Zerstörung gelöst werden.
Die Einsatzbereiche von Welle-Nabe-Verbindungen sind zahlreich und reichen von der Herstellung von Motoren und Getrieben über Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Papiermaschinen, Verpackungsmaschinen, Nahrungsmittelmaschinen, Windkraftanlagen, Fördertechnik bis hin zur Fahrzeugtechnik und Bahntechnik. Kurz gesagt Welle-Nabe-Verbindungen sind in der Antriebstechnik nicht wegzudenken.
Welle-Nabe-Verbindungen werden u.a. für die Befestigung von Bremsscheiben, Schwungrädern, Riemenscheiben u.ä. auf Wellen eingesetzt. Schrumpfscheiben hingegen werden zumeist auf Hohlwellen montiert und u.a. in Hohlwellen-Aufsteckgetrieben zur Befestigung der Welle eingesetzt.
Unsere ASK-Welle-Nabe-Verbindungen sind kraftschlüssige Verbindungen sogenannte Konus-Spannsätze. Sowohl Konus-Spannsätze als auch Schrumpfscheiben können im Vergleich zu formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen mit Passfedern, höhere Drehmomente übertragen. Die Kraftübertragung und die Drehmomentübertragung erfolgt über die Reibkraft. Die Welle wird durch die Bohrung und die Nabe über den Außendurchmesser der Welle-Nabe-Verbindung geschoben. Durch das Anziehen der Schrauben wird die Welle-Nabe-Verbindung über die konische Form mit der Nabe verpresst. Es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung. Bei kraftschlüssigen Verbindungen im Vergleich zu formschlüssigen Verbindungen ergeben sich folgende Vorteile:
- HÖHERE ÜBERTRAGBARE MOMENTE (KRÄFTE)
- SEHR GUTE RUNDLAUFEIGENSCHAFTEN DURCH VERMEIDUNG VON UNWUCHTEN
- SELBSTZENTRIEREND
- SPIELFREI
- EINFACHE MONTAGE UND DEMONTAGE
- KEINE ZUSÄTZLICHE BEARBEITUNG DER WELLE NOTWENDIG (ZUSÄTZLICHE ELEMENTE WIE Z.B. PASSFEDERN SIND NICHT NOTWENDIG)
- SEHR GERINGE KERBWIRKUNG
Technische Grundlagen Welle-Nabe-Verbindungen
ASK-Welle-Nabe-Verbindungen sind Maschinenelemente mit denen Naben auf Wellen befestigt werden können. Die Kräfte und Momente werden kraftschlüssig übertragen. Die Verbindungen sind lösbar und können axiale Kräfte und Drehmomente übertragen. Die erforderliche Klemmkraft wird durch axiales verschieben konischer Ringe im Spalt zwischen Welle und Nabe erzeugt.
Die Höhe der übertragbaren Kräfte hängt unter anderem ab von der zulässigen Flächenpressung, dem Reibwert und dem Anzugsmoment der Spannschrauben.
Bauarten
ASK 110 ASK 130 ASK 131 ASK 132
ASK 133 ASK 134 ASK 200 ASK 300
Der Unterschied zwischen den Bauformen sind die Anlagefläche für die Nabe (ASK 131, 133 und 134) und die erforderliche Größe des Ringspaltes zwischen Welle und Nabe. Die Kräfte / Drehmomente, die übertragen werden können, hängen ab von der Reibfläche, der Anzahl und Größe der Spannschrauben.
Auslegung
In den Datenblättern werden für jede Verbindung die Anzugsmomente der Schrauben und die daraus resultierende maximale axiale Kraft oder das maximale übertragbare Drehmoment angegeben.
Die angegebenen Werte berechnen sich aus der durch die Schraubenvorspannung resultierenden Flächenpressung. Diese in Kombination mit den Reibwerten ergeben eine maximale Kraft, die übertragen werden kann. Die maximale axiale Kraft kann nur übertragen werden, wenn das Drehmoment = 0 ist und das maximale Drehmoment nur wenn die axiale Kraft = 0 ist.
Bei Kombinationen von axialer Kraft und Drehmoment muss die sich daraus resultierende Kraft berechnet werden, sie muss kleiner sein als die maximal übertragbare Reibkraft. Diese ergibt sich aus der Flächenpressung und den Reibwerten.
Die Angaben für die maximale axiale Kraft oder das maximale Drehmoment gelten für ideale Bedingungen.
Im Betrieb müssen die Kräfte deutlich darunter liegen. Unter anderem müssen durch entsprechende Sicherheitsabschläge die folgenden Betriebsbedingungen berücksichtigt werden:
- Anfahrmomente
- Stöße
- Erschütterungen Vibrationen
- Setzung / Glättung der Oberfläche
- wechselnde Lastrichtung
Die Vorspannkraft der Schrauben kann durch Setzung nachlassen, es empfiehlt sich in jedem Fall eine regelmäßige Kontrolle der Anzugsmomente.