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Maschinenelemente 1 - Klemmverbindungen

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Maschinenelemente 1

Klemmverbindungen

Inhaltsverzeichnis

Als vorletzte Gruppen von Verbindungen behandeln wir die Klemmverbindungen. Die Klemmkräfte in Klemmverbindungen erzeugen eine über den Umfang ungleichmäßige Flächenpressung. Aufgrund dieser Unsicherheit in der Flächenpressung und der Reibungszahl setzt man Klemmverbindungen nur dann ein, wenn relativ kleine, nicht dynamische Belastungen auftreten. 

Die Vorteile einer Klemmverbindung liegen in der kostengünstigen Herstellung und der einfachen Justierbarkeit. Als nachteilig lässt sich festhalten, dass die Qualität meistens unzureichend ist und die übertragbaren Drehmomente vergleichsweise begrenzt ausfallen. 

Methode

Hier klicken zum AusklappenKlemmverbindungen eignen sich im Normalfall nicht für eine Leistungsübertragung.

In den nächsten Abbildungen siehst du je eine bildliche und schematische Darstellung einer Klemmverbindung. 

Klemmverbindung
Klemmverbindung
Schema einer Klemmverbindung
Schema einer Klemmverbindung

 

Es handelt sich in der Darstellung um eine geteilte Nabe, die als Verbindungselement zwei Wellen miteinander verbindet. Die Klemmwirkung erfolgt hierbei über die vier vorhandenen Schrauben, die nacheinander angezogen werden und somit eine Flächenpressung erzeugen. Eine andere Gestaltungsmöglichkeit ist die geschlitzte Nabe. In dieser Variante kann auf zwei Schrauben verzichtet werden. 

Methode

Hier klicken zum AusklappenOft wird lediglich eine Schraube in Klemmverbindungen eingesetzt.

Berechnungsgrundlage

In der nächsten Abbildung ist erneut die obige Klemmverbindung dargestellt, nun aber mit den eingezeichneten Kräften.

Kräfte in einer Klemmverbindung
Kräfte in einer Klemmverbindung

 

Die Klemmverbindung wird durch zwei angezogene Schrauben erzeugt. Die dabei enstehenden Schraubenkräfte $ F_S $ erzeugen eine Normalkraft $ F_N $ und eine Umfangskraft bzw. Reibkraft $ F_R $. Der Durchmesser der Welle beträgt $ d $.

Mit den eingezeichneten Größen kann nun das übertragbare Drehmoment bestimmt werden:

Merke

Hier klicken zum AusklappenDrehmoment: $ T = F_R \cdot 2 \cdot \frac{d}{2}$ 

Aus den vorangegangenen Kurstexten wissen wir, dass man die Reibkraft $ F_R $ alternativ beschreiben kann durch:

Merke

Hier klicken zum AusklappenReibkraft: $ F_R = \mu_H \cdot F_N $ 

Gleichermaßen verfahren wir mit der Normalkraft $ F_N $:

Merke

Hier klicken zum AusklappenNormalkraft: $ F_N = 2 \cdot F_S \, \, \, $ (bei zwei Schrauben)

Merke

Hier klicken zum AusklappenNormalkraft (mehrere Schrauben i): $ F_N = i \cdot F_S $ 

Setzt man die Gleichungen nun von unten nach oben ineinander ein, so erhält man schließlich für das resultierende Drehmoment:

Merke

Hier klicken zum Ausklappenresultierendes Drehmoment: $ T = F_S \cdot i \cdot \mu_H \cdot d $