Pressverbindungen

Pressverbindungen entstehen durch das Fügen von Teilen. Beide Teile haben vor der Fügung ein Übermaß $ Ü $, d. h. ohne Krafteinwirkung lassen sich die beiden Bauteile nicht in eine Verbindung bringen. Dies erzeugt eine gleichmäßige Fugenpressung $ p_F $, die wiederum eine Haftkraft enstehen lässt, die wechselnde und stoßartige Drehmomente sowie Längkräfte übertragen kann. 

Eigenschaften

Pressverbindungen haben die Eigenschaft, dass sie im Normalfall nicht zu lösen sind und nachträgliche Einstellungen nicht mehr vorgenommen werden können. Bereiche in denen Pressverbindungen häufig auftreten sind:

• Schwungräder
• Riemenscheiben
• Lagerbuchsen
• Kupplungen mit Wellen

Nachfolgend siehst du einen kurzes Video eines Schwungrades, in welchem zwei unterschiedliche Pressverbindungen vorliegen:

Am Rad selbst ist die Pressverbindung durch Keile realisiert worden. Im Bild rechts wurde eine Aufweitung der Nabe bzw. Schrumpfung der Welle zur Herstellung der Pressverbindung genutzt.

Kategorisierung

Die hauptsächlichen Vorteile einer Pressverbindung liegen in der kostengünstigen und einfachen Herstellung. Die Herstellung dieser Verbindungsart kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Besonders vier Verfahrenswege sind dabei zu nennen:

• Aufschieben zylindrischer Teile mit gefertigten Übermaßen
• Aufschieben kegeliger Teile
• Fügen durch Temperaturdifferenzen (Schrumpfen)
• Pressverbände (mit dem Montagemittel Öl)

Jeder dieser teilweise sehr unterschiedlichen Verfahrenswege hat gemein, dass das Ziel die Herstellung eines rotationssymetrischen Spannungszustandes ist.  

Möchte man eine andere Typisierung der Verbindungsart vornehmen, so kann man unterscheiden zwischen:

1. Längspressverbände: 

• Die Fügung erfolgt durch Einpressen in Längsrichtung.
• Hohe Presskräfte treten auf.
• Es kann zu Oberflächenbeschädigungen kommen.
• einmalige Montage
• möglicher Übermaßverlust
• einfache Einsatzfälle
• Nicht für zu hohe Kraftmomente geeignet.

2. Querpressverbände: 

• Die Fügung erfolgt durch Schrumpfen der Welle (Abkühlen) oder Aufweiten der Nabe (Erwärmung).
• Es wird warm gefügt oder es erfolgt eine Aufweitung mit Drucköl.
• hohe realisierbare Vorspannung
• große Übertragungsfähigkeit von Momenten

3. Ölpressverbände:

• Fügung durch Öl, dass mit hohem Druck zwischen die meist sehr schwach kegeligen Fugenflächen gepresst wird. 
• Eine Montage und anschließende Demontage ist möglich.

In der nachfolgenden Abbildung siehst du die Druckerzeugung bei einem Pressverband durch elastische Dehnung der mit einem Übermaß versehenden Teile. 

Erzeugung einer Pressverbindung

Berechnungen

In nächsten Schritt greifen wir ein wenig vor: Hat man die elastischen Dehnungen berechnet, so lässt sich daraus das erforderliche Übermaß zur Erreichung eines Passfugendrucks $ p $ ermitteln: 

• $ S $ = Übermäß $ \rightarrow $ Unterscheidung in $ S_{erf} $ (erforderliches Übermaß) und $ S_{zul} $ (zulässiges Übermaß), dabei muss die Gleichung entsprechend angepasst werden mit $ p_{erf} $ (erforderlicher Druck) und $ p_{zul} $ (zulässiger Druck)
• $ p $ = Passfugendruck
• $ r_p $ = Passfugenradius
• $ E_N $ = Elastizitätsmodul der Nabe
• $ E_W $ = Elastizitätsmodul der Welle
• $ q_N = (\frac{r_{iN}}{r_{aN}})^2 $ = Quotient aus Innenradius zu Außenradius der Nabe zum Quadrat
• $ q_W = (\frac{r_{iW}}{r_{aW}})^2 $ = Quotient aus Innenradius zu Außenradius der Welle zum Quadrat
• $ \nu_N $ = Querkontraktionszahl der Nabe
• $ \nu_W $ = Querkontraktionszahl der Welle
• $ \Delta S $ = Übermaßverlust durch Glättung

Beim Fügevorgang werden Oberflächenspitzen von Welle und Nabe eingeebnet. Dadurch entsteht ein Verlust an Übermaß, der aus praktischen Erfahrungen abgeschätzt werden kann, aber nicht vernachlässigt werden darf:

• $ R_z $ = gemittelte Rautiefe von Welle und Nabe von $ \approx 2 - 8 \, \mu m $