Es gibt diverse Welle-Nabe-Verbindungen. Die gebräuchlichsten seien hier aufgelistet:

Welle-Nabe-Verbindungen: Formschluss

Passfedern

Welle-Nabe-Verbindungen
Welle-Nabe-Verbindungen – Passfeder

Passfeder-Verbindungen sind Welle-Nabe-Verbindungen, die formschlüssig als reine Mitnehmerverbindungen arbeiten. Für stoßartige Belastungen ist diese Verbindung nicht geeignet, da es hier aufgrund der Stöße im schlimmsten Fall zur Abscherung kommen kann.

Passfedern gibt es nach DIN 6885 in verschiedenen Formen, wobei nicht alle davon regelmäßige Anwendung finden:

  • A – rundstirnig
  • B – geradstirnig
  • C – rundstirnig mit 1 Bohrung für Halteschraube
  • D – geradstirnig mit 1 Bohrung für Halteschraube
  • E – rundstirnig mit 2 Bohrung für Halteschraube
  • F – geradstirnig mit 2 Bohrung für Halteschraube
  • G – geradstirnig mit 1 Bohrung für Halteschraube und Schrägung
  • H – geradstirnig mit 2 Bohrung für Halteschraube und Schrägung
  • J –  geradstirnig mit 1 Bohrung für Spannhülse und Schrägung

Passfedern werden in Nuten für Passfedern eingesetzt. Diese werden meist für „Gleitsitz“, „Übergangssitz“ oder „festen Sitz“ mit Toleranzen versehen. Für die Oberflächen werden in der DIN keine gezielten Vorgaben gemacht.

SitzcharakterNutenbreitePassungscharakter
WelleNabe
beweglichH9D10Gleitsitz
leicht montierbarN9JS9Übergangssitz (auch leichter Sitz)
für wechselseitiges DrehmomentP9P9Festsitz

Berechnung von Passfedern

Formelzeichen
FormelzeichenBezeichnungEinheit
pmaxmaximale FlächenpressungN/mm²
pzulzulässige FlächenpressungN/mm²
Tmaxmaximales DrehmomentNmm / Nm
Teqäquivalentes NennrehmomentNmm / Nm
KλLastverteilungsfaktor (siehe RM TB 12-2C)oE
KRReibschlussfaktor (1 bei Spiel und Übergangspassung)oE
Kttechnologischer Größeneinflussfaktor (siehe RM TB 3-11a,b)oE
dWellendurchmessermm
DNabendurchmessermm
htrtragende Nuttiefemm
ltrtragende Passfederlängemm
lPassfederlänge (siehe RM TB 12-2)mm
bPassfederbreite (siehe RM TB 12-2)mm
hPAssfederhöhe (siehe RM TB 12-2)mm
nAnzahl der PassfedernoE
φTragfaktor zur Berücksichtigung der Passfederanzahl
n = 1 → φ = 1
n = 2 → φ = 0,75 bei peq, φ = 0,9 bei pmax
oE
fLLastspitzenhäufigkeitsfaktor (siehe RM TB 12-2doE
fSStützfaktor (siehe RM TB 12-2b)oE
fHHärteeinflussfaktor (siehe RM TB 12-2b)oE
fWLastrichtungswechselfaktor (siehe RM TB 12-2e)oE
QDurchmesserverhältnisoE
qmaxKorrekturfaktor für ReibschlussoE
ReStreckgrenzeN/mm²

Es gibt verschiedene Methoden zur Passfederberechnung. Wir werden hier nur die Methode B betrachten, bei der die Pressung genauer betrachtet wird. Methode A dient nur zum experimentellen Nachweis und Methode C darf nur bei einseitig wirkendem Torsionsmoment verwendet werden. Außerdem betrachten wir hier nur die Spiel, bzw. Übergangspassung, da diese der Regelfall sind.

In der Regel ist ein Nachweis der Passfeder nicht notwendig wenn das Durchmesserverhältnis QA = d / D < 0,6 ist.

Bei Passfedern wird in der Praxis der Nachweis gegen die Flächenpressung geführt. Zwar wird auch die Grundfläche der Passfeder auf Abscherung beansprucht, verwendet man aber Passfedern nach Norm ist die Grundfläche deutlich größer als die zu überprüfende Fläche der Flächenpressung. Deshalb wird darauf verzichtet.

Formeln

maximale Flächenpressung (statisch)

pmax2·Tmax·Kλ·KRd·htr·ltr·n·φfL·pzul

äquivalente Flächenpressung (dynamisch)

peq2·Teq·Kλ·KRd·htr·ltr·n·φ fW·pzul

zulässige Flächenpressung

pzul=fS·fH·ReSF bzw. fS·RmSF

tragende Nuttiefe

htr0,47·hrs (h, r siehe RM TB 122a)

tragende Passfederlänge (rundstirnig)

ltr=lb

tragende Passfederlänge (geradstirnig)

ltr=l

Streckgrenze

Re=Kt·ReN
Beispiel

Eine Passfeder (Typ A) aus C45E, mit einer Länge von 45 mm, soll ein Drehmoment von 230 Nm übertragen. Die Welle hat einen Durchmesser von 22 mm und wird statisch beansprucht.

Lösung:

1) Das Drehmoment kennen wir bereits. Es beträgt 230000 Nmm.

2) Den Lastverteilungsfaktor Kλ ermitteln wir mit ltr / d und lesen diesen aus dem Graphen ab.

ltr=lbltr=45 mm  6 mmltr=39 mm

Wert für Kλ

ltrd=39 mm22 mm=1,77

Ablesen aus dem Graph:

Kλ1,37

3) Als nächstes stellen wir fest, dass KR bei einer Übergangspassung 1 beträgt.

4) Nun ermitteln wir die tragende Nuttiefe htr. Eine Fase ist hier nicht gegeben also lassen wir den Wert auf 0

htr0,47·hrshtr0,47·6mm0,4mm0 mmhtr2,42 mm

5) ltr haben wir bereits ermittelt und die Anzahl der Passfedern n ist 1 womit φ ebenfalls 1 ist.

pmax2·Tmax·Kλ·KRd·htr·ltr·n·φpmax2·230000Nmm·1,37·122 mm·2,42 mm·39 mm·1·1pmax303, 51 N/mm²

6) Jetzt berechnen wir die zulässige Flächenpressung.

Re=Kt·ReNRe=0,95·490 N/mm²Re=465,5 N/mm²

Die zulässige Flächenpressung:

pzul=fS·fH·ReSFpzul=1,1·1·465,5 N/mm²1,5pzul=341 N/mm²

Schauen wir uns den Vergleich an:

pmaxfL·pzul303,51 Nmm²1·341 Nmm²

7) Wir halten fest pmax ist geringer als pzul somit ist die Passfeder ausreichend dimensioniert.

Keilwellen

Zahnwellen

Polygonwellen

Welle-Nabe-Verbindungen: Formschluss vorgespannt

Keilverbindungen

Stirnzahn-Verbindungen

Kreiskeil-Verbindungen

Welle-Nabe-Verbindungen: Kraftschluss

Ringfeder-Spannverbindungen

Druckhülsen

Sternscheiben-Verbindungen

Spannbuchsen

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