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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 Drehmoment vergleichsweise begrenzt ausfallen. 

Methode

Klemmverbindungen eignen sich im Normalfall nicht für eine Leistungsübertragung.

In den nächsten Abbildungen sehen Sie zwei Darstellungen 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 mit einander verbindet. Die Klemmwirkung erfolgt hierbei über die vier vorhandenen Schrauben, die nacheinander angezogen werden und somit einer Flächenpressung erzeugen. Eine andere Gestaltungsmöglichkeit ist die geschlitzte Nabe. In dieser Variante kann auf zwei Schrauben verzichtet werden. 

Methode

Oft 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 erzeugen. 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

Drehmoment: $ T = F_R \cdot 2 \cdot \frac{d}{2}$ 

Aus bisherigen Berechnungen wissen wir, dass man die Reibkraft $ F_R $ alternativ beschreiben kann durch:

Merke

Reibkraft: $ F_R = \mu_H \cdot F_N $ 

Gleichermaßen verfahren wir mit der Normalkraft $ F_N $:

Merke

Normalkraft: $ F_N = 2 \cdot F_s $ [bei zwei Schrauben]

Merke

Normalkraft [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

Resultierendes Drehmoment: $ T = F_s \cdot i \cdot \mu_H \cdot d $