Kursangebot | Maschinenelemente 1 | Profilwellenverbindungen

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

  • Innenzentrierung wenn eine genauer Rundlauf gefordert wird
Innenzentrierung einer Keilwellenverbindung
Innenzentrierung einer Keilwellenverbindung

und

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

Eine Außenzentrierung ist dagegen ungewöhnlich und wird sehr selten verwendet.  

Methode

Die Naben sind, je nach vorgesehener Toleranz, relativ zur Keilwelle festgelegt oder verschiebbar angeordnet. 

Ferner sollten Sie sich 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 $\rightarrow $ Meistens Flankenzentrierung.
Passverzahnung mit Kerbflanken
Passverzahnung mit Kerbflanken
  • Passverzahnung mit Evolventenflanken $\rightarrow $ Flanken- oder Außenzentrierung.
Passverzahnung mit Elvolventenflanken
Passverzahnung mit Elvolventenflanken

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 weit aus weniger geschwächt. Daraus ergibt ein weitere Vorteil, der darin besteht, dass die Durchmesser 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

Flächenpressung $ p = \frac{2 \cdot T}{d_m \cdot z \cdot h_w \cdot b \cdot \varphi} $

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

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

Merke

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