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Maschinenelemente 1

Profilwellenverbindungen

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

Keilwellenverbindung
Keilwellenverbindung

 

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 ein, sobald die zu übertragenden Drehmomente größer, wechselnd und stoßartig werden. 

Schema einer Keilwelle
Schema einer Keilwelle

 

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.
Innenzentrierung einer Keilwellenverbindung
Innenzentrierung einer Keilwellenverbindung

 

  • Flankenzentrierung: bei stoßhaftem Betrieb oder wechselnden Drehmomenten
Flankenzentrierung einer Keilwellenverbindung
Flankenzentrierung einer Keilwellenverbindung

 

  • Außenzentrierung: Ist ungewöhnlich und wird sehr selten verwendet.

Methode

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

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
Passverzahnung mit Kerbflanken
Passverzahnung mit Kerbflanken

 

  • Passverzahnung mit Evolventenflanken: Flanken- oder Außenzentrierung
Passverzahnung mit Evolventenflanken
Passverzahnung mit Evolventenflanken

 

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:

Merke

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

Merke

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