Festigkeitsberechnung einer Passfederverbindung

Damit eine Passfederverbindung auch dauerhaft eingesetzt werden kann, muss darauf geachtet werden, dass die zulässigen Grenzwerte des Werkstoffs gegen das Abscheren und gegen das Überschreiten der Flächenpressung eingehalten werden.

In der nächsten Abbildung sind alle notwendigen Angaben zur Berechnung eingezeichnet. 

Für beide Fälle gilt jeweils:

• $ F_u $ = Umfangskraft
• $ b $ = Breite der Passfeder
• $ l_t $ = wirksame Länge der Passfeder

• $ b \cdot l_t $ = wirksame Fläche der Passfeder beim Abscheren

Bei der Flächenpressung muss die Belastung in der Welle und in der Nabe getrennt berechnet werden:

Als Grenzewerte gelten immer die Grenzwerte des verwendeten Werkstoffs der Welle bzw. der Nabe.

Werkstoffe für Passfedern sind:

• $ E295 $ $ (St50 $ mit $ R_{eH} = 270 \frac{N}{mm^2})$ und
• $ E355 $ $ (St60 $ mit $ R_{eH} = 300 \frac{N}{mm^2})$

Für die zulässige Flächenpressung kann je nach Belastungsart folgendes angenommen werden:

1. Statische Belastung, Naben- bzw. Wellenwerkstoff:

• $ St \rightarrow p_{zul} = 100 - 130 \frac{N}{mm^2} $ 
• $ GG $ (Grauguss) $ \rightarrow p_{zul} = 75 \frac{N}{mm^2} $ 

2. Einseitige dynamische Belastung, Naben- bzw. Wellenwerkstoff:

• $ St \rightarrow p_{zul} = 90 - 110 \frac{N}{mm^2} $ 
• $ GG \rightarrow p_{zul} = 55 - 65 \frac{N}{mm^2} $ 

3. Wechselnde dynamische Belastung, Naben- bzw. Wellenwerkstoff:

• $ St \rightarrow p_{zul} = 45 - 65 \frac{N}{mm^2} $ 
• $ GG \rightarrow p_{zul} = 20 - 40 \frac{N}{mm^2} $ 

Sonderfall Doppelpassung

Liegt eine Doppelpassung vor, also eine Verbindung mit mehr als einer Passfeder, so tritt ein ungleichmäßiges Tragen auf. Der Trageanteil $\varphi $ wird wie folgt angenommen:

Bei einer Passfeder, also $ n = 1 $, beträgt der Trageanteil $ \varphi = 1 $.

Bei zwei Passfedern, also $ n = 2 $, beträgt der Trageanteil $ \varphi = 0,75 $.

Ferner gilt zu beachten, dass nicht mehr als zwei Passfedern eingesetzt werden und dass eine verformungsgerechte Gestaltung der Nabe bedacht wird. Letzeres sorgt für ein gleichmäßiges Tragen. 

Konstruktionshinweis für eine Welle-Nabe-Verbindung

Welche Konstruktionsform (oben oder unten in den Abbildungen?) ist für den Kraftfluss besser? 

Lösung: Richtig ist der untere Teil. Denn hier ist der Verlauf glatter.