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Maschinenelemente 1

Profilwellenverbindungen

Bei einer Profilwellenverbindung kann auf den Zusatz einer Pass- oder Gleitfeder gänzlich verzichtet werden.

 Die formschlüssige Übertragung des Drehmoments erfolgt durch die Profilierung von Welle und Nabe

  • Bei der Welle fräst oder rollt man das Profil. 
  • Bei der Nabe stösst oder räumt man das Profil.

Keilwellenverbindung

Keilwellenprofile werden als

  • drehstarre Verbindungen von Welle und Nabe wie bei Antriebswellen eines Autos und als
  • längsbewegliche Verbindungen wie bei Verschieberädergetriebe einer Werkzeugmaschine

immer dann eingesetzt, wenn der Einsatz von Pass- oder Gleitfedern nicht in Betracht kommt.Dieser Fall tritt beispielsweise ein, sobald die zu übertragenden Drehmomente größer, wechselnd und stoßartig werden. 

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In den meisten Fällen werden Keilwellenprofile nach DIN ISO 14 und DIN 5464 eingesetzt. Dabei unterscheidet man je nach Betriebsweise zwischen:

  • Innenzentrierung: Wenn ein genauer Rundlauf gefordert wird.
  • Flankenzentrierung: bei stoßhaftem Betrieb oder wechselnden Drehmomenten.
  • Außenzentrierung: Ist ungewöhnlich und wird sehr selten verwendet.
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Merke

Hier klicken zum AusklappenDie Naben sind (je nach vorgesehener Toleranz) relativ zur Keilwelle festgelegt oder verschiebbar angeordnet. 

Ferner solltest du dir merken:

  • Wird ein Schiebesitz gewählt, so sollte dieser mit Öl geschmiert werden.
  • Für die Herstellung der Keilwellenprofile nutzt man Scheibenfräsen oder Abwälzverfahren.

Zahnwellenverbindung

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Anders als Keilwellen sind die Mitnehmer bei den Zahnwellen entweder

  • als Passverzahnung mit Kerbflanken (DIN 5481) oder
  • als Passverzahnung mit Evolventenflanken (DIN 5480)

ausgebildet.

Passverzahnung mit Kerbflanken: meistens Flankenzentrierung

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 Passverzahnung mit Evolventenflanken: Flanken- oder Außenzentrierung

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Die Herstellung dieser Profile erfolgt durch Abwälzverfahren

Vorteile gegenüber Keilwellenverbindungen

Aufgrund der hohen Anzahl von Zähnen können sehr große und stoßhaft wirkende Drehmomente übertragen werden. Zudem erlauben die vielen Zähne eine feinere Verstellmöglichkeit in Drehrichtung. Gegenüber der Keilwellenverbindungen werden hier Welle und Nabe weitaus weniger geschwächt. Daraus ergibt ein weiterer Vorteil, der darin besteht, dass die Bauteildurchmesser kleiner und auch in der Länge kürzer ausgeführt werden können. 

Nachteile gegenüber Keilwellenverbindungen

Durch die schrägen Zahnflanken entstehen Radialkomponenten $ F_r $, die zur einer Aufweitung der Nabe führen können. 

Festigkeitsberechnung

Keil- und Zahnwellen werden in der Festigkeitsberechnung gleich behandelt (DIN 5466). Die vereinfachte Berechnung berücksichtigt nur das Drehmoment $ T $.

Methode

Hier klicken zum AusklappenFlächenpressung:
$$ p = \frac{2 \, \cdot \, T}{d_m \, \cdot \, z \, \cdot \, h_w \, \cdot \, b \, \cdot \, \varphi} $$

$ T $ = Drehmoment
$ z $ = Anzahl der Flankenpaare
$ d $ = Durchmesser
$ h_w $ = wirksame Flankenhöhe
$ b $ = tragende Breite der Verbindung
$ \varphi $ = Traganteil (0,4 bis 0,75 je nach Qualität)

Versuche haben ergeben, dass hier eine zulässige Flächenpressung der einer Passfederverbindung entspricht. Bei einer unter Last verschieblichen Verbindung

Methode

Hier klicken zum Ausklappenzulässige Flächenpressung unter Last:
$$\ p_{zul} = 5, ...,15 \frac{N}{mm^2} $$