Wie Pech und Schwefel

Bei einer formschlüssigen Verbindung erfolgt die Verbindung über eine bestimmte Formgebung oder ein zusätzliches Element als Mitnehmer. Das Drehmoment wird durch Flächenpressung übertragen. Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen kommen bei Antrieben zum Einsatz, die vorwiegend eine einseitige Drehmomentbelastung aufweisen. Bei der reibschlüssigen Verbindung findet die Übertragung durch Aufklemmen oder Aufpressen der Nabe auf die Welle statt. Die Verbindungselemente funktionieren auf der Basis von Reibschluss. Typische Anwendungen finden sich in Anlagen mit hoher Dynamik und häufiger Drehrichtungsumkehr.

Die Übertragung des Drehmoments erfolgt bei der Passfedernut durch reinen Formschluss. Mittels einer exakten Kontur der Nut auf der Nabeninnenseite wird das Drehmoment übertragen. Diese Verbindung weist immer ein gewisses Passungsspiel auf. Die Fixierung der Kupplung erfolgt über eine Stiftschraube, die in 90 % der Fälle direkt auf die Passfeder der Welle drückt.

Der Hauptvorteil dieser Anbindung ist die schnelle und einfache Montage und Demontage der Kupplung. Anhand eines Beispiels, bezogen auf DIN 6892 und Fachbuch von Roloff Matek wird nachfolgend eine mögliche Auslegung mit einer Passfedernut durchgeführt.

Annahme: Es handelt sich um eine konstante Flächenpressung über die Nutlänge und Nutwandhöhe. Eine Berücksichtigung von Fasen oder Radien bei der Ermittlung der tragenden Flächen sowie eine Drehrichtungsumkehrung im Betrieb wird ausgeschlossen. Die allgemeine Formel zur Berechnung lautet:

Die Verbindung zur Welle wird bei dieser Art der reibschlüssigen Verbindung über eine Klemmung realisiert. Die Nabe ist zweifach geschlitzt und hat eine Befestigungsschraube. Als Nabenwerkstoff werden je nach Anwendung hochfestes Alumi-nium, Stahl oder Edelstahl verwendet. Bedingt durch die konstruktive Gestaltung der Klemmnabe ergibt sich eine Unwucht.

Um diese Unwucht zu minimieren, wird die Nabe im Regelfall mit Auswuchtbohrungen versehen. Bei der Klemmung handelt es sich um eine linienförmige Lastverteilung. Die Klemmnabe kann wie auch die Passfederverbindung durch leichtes Schieben axial positioniert werden. Die Klemmung der Kupplungsnabe erfolgt durch eine seitliche Schraube ISO 4762. Um die Demontage zu erleichtern, steht optional ein Demontage-system zur Verfügung. Diese besteht aus einem direkt über dem Schraubenkopf angebrachten Stift, mit dem die Nabe durch die Schraubenkraft einfach und effizient aufgedrückt werden kann. Zur Gruppe der (geschlitzten) Klemmnaben zählt auch die Halbschalenausführung. Die Klemmnabe weist bei dieser Variante eine durchgängige radiale und axiale Schlitzung auf, welche die Nabe vollständig in zwei Einzelteile zerlegt.

Die Montage und Demontage der Kupplung erfordert keine axiale Verschiebung der An- und Abtriebsseite. Somit können beiden Wellen sehr präzise zueinander ausgerichtet werden. Die Gefahr von Fluchtungsfehlern ist deutlich verringert. Aufgrund der vereinfachten Montage bzw. Demontage lässt sich im Servicefall mit der Halbschalenausführung im Vergleich zur Standardklemmnabe eine Zeitersparnis von bis zu 80 % erzielen.

Eine weitere reibschlüssige Verbindung zur Welle lässt sich über die Konusklemmnabe herstellen. Mittels zweier konischer Bauteile (Konusbuchse und Nabe) wird eine Flächenpressung erzielt. Mit dieser Pressung können Drehmomente von bis zu 38 000 Nm übertragen werden. Durch die konische Form beider Bauteile und der auf dem Lochkreis verteilten Anzugsschrauben können sehr große Kräfte entwickelt werden. Eine einfache und sichere Demontage ist durch die integrierten Abdrückschrauben gewährleistet, die sich unter der Konusbuchse befinden. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus der Kupplung tritt nur eine geringe Restunwucht auf. Es ergibt sich eine sehr hohe Lauf- ruhe.

Ein weiterer Vorteil ist die geringe Größe der Konusklemmnabe. Im Vergleich zur geschlitzten Klemmnabe oder zur Passfedernut baut sie um etwa 20 bis 25 % kürzer.

Bei diesem Verbindungstyp wird das Drehmoment ebenfalls durch Reibschluss übertragen. Der Konusklemmring besteht wie die Konusklemmnabe aus dem Klemmring und der Nabe. Der Klemmring wird mittels der Befestigungsschraube in axialer Richtung an die Nabe gezogen. Durch die beiden zueinander konisch laufenden Flächen entsteht in vertikaler Richtung eine Flächenpressung. Die resultierende Anpresskraft reicht für einen Drehmomentbereich von bis zu 10 000 Nm aus.

Durch den symmetrischen Aufbau der Kupplung kommt es nur zu einer minimalen Restunwucht und somit zu einer sehr hohen Laufruhe. Kupplungen mit Konusklemmring können deshalb für Drehzahlen bis 100 000 min-1 eingesetzt werden. Die Naben werden in axialer Richtung montiert und benötigen keine zusätzlichen Montagebohrungen. Konusklemmring und Naben können aus verschiedenen Materialien wie Aluminium, Stahl oder Edelstahl hergestellt werden.

Flanschverbindungen sind kraftschlüssige Verbindungen (Schrauben im Lochkreis), die sich einfach und schnell montieren lassen. Neben dem Lochkreisdurchmesser ist ein Zentrierabsatz im Flansch nötig, der die Rundlaufgenauigkeit gewährleistet. Die Zentrierung stellt sicher, dass keine unterschiedlichen Rotationsachsen entstehen. Neben der Anbindung für Kupplungen wird der Flanschanbau häufig auch bei den einzelnen Komponenten von Gelenkwellen verwendet.

Einige Anwendungen erfordern eine Anbindung der Nabe an eine Hohlwelle oder eine Bohrung. Aufgrund des häufig eingeschränkten Bauraums ist eine Klemmung auf der Hohlwelle meist nicht realisierbar. Abhilfe schafft hier der Spreizdorn, der Drehmomente bis zu 2150 Nm übertragen kann und einen Hohlwellendurchmesser von 4 bis 80 mm abdeckt.

Zur Montage wird nach der Einführung des Spreizdorns in axialer Richtung eine metrische Schraube im Inneren der Kupplung angezogen. Wie auch bei der Konusklemmnabe entsteht durch die axiale Verschiebung der beiden zueinander konischen Bauteile eine Flächenpressung in radialer Richtung. Diese Pressung erzeugt die für die Drehmomentübertragung notwendige Reibschlussverbindung.

Je nach Anforderung der Anbindungsart verfügt der Kupplungshersteller R+W über das jeweilig passende Anbindungselemente. Die beschriebenen Welle-Nabe- Verbindungen sind für torsionssteife und schwingungsdämpfende Präzisionskupplungen erhältlich.

R+W KEM 472

Kupplungen KEM 473

Metallbalgkupplungen KEM 474

Miniaturkupplungen KEM 475

Gelenkwellen KEM 476