Feine Verbindung

Maschinenelemente

Welle-Nabe-Verbindung – Konische Spannsätze, Schrumpfscheiben und andere Klemmelemente ermöglichen eine sichere Verbindung schmaler Bauteile mit eine Welle. Das reibschlüssige Prinzip gewährleistet Lösbarkeit ohne Materialschwächung.

31. August 2011

Eines der historisch ältesten Maschinenelemente ist die Welle-Nabe-Verbindung, mit der sich Drehmomente von einer Welle oder einem Zapfen auf eine rotierende Nabe übertragen lassen. Weit verbreitet ist die konische Spannverbindung, auch Kegelspannelement oder Spannsatz genannt. Sie ermöglicht eine reibschlüssige und lösbare Verbindung zur Übertragung von Drehmomente sowie von Quer- und Längskräften. Zur Verbindung werden die konischen Elemente durch axiales Verspannen mit integrierten Schrauben radial verformt, bis die Anpresskraft zwischen Spannelement und Nabe bzw. Welle den erforderlichen Reibschluss bewirkt. Die Lage der Nabe kann so axial und tangential frei festgelegt werden. Die reibschlüssige Verbindung gewährleistet dabei eine geringe Kerbwirkung ohne Materialschwächung durch Nuten.

Ein Spezialist für diese Maschinenelemente ist die Hausmann & Haensgen GmbH in Bremen. Das Unternehmen liefert die Welle-Nabe-Verbindungen unter dem Markennamen Hakon wahlweise als außenspannende Schrumpfscheiben, als innenspannende Spannsätze, als Wellenkupplungen oder Einschweiß- oder Klemmnaben, optional auch in zölligen Maßen. Der weite Einstellbereich überbrückt große Passungsspiele. Für Anwendungen unter rauen Umgebungsverhältnissen bieten die Bremer die Spannsätze zudem in verschiedenen rostfreien Edelstahl-Werkstoffen oder mit chemisch vernickelter Oberfläche.

Spielfrei und lösbar

Die Spannelemente gewährleisten die spielfreie und sichere Befestigung von Bauteilen, die Kräfte und Momente übertragen müssen, wie beispielsweise Zahn- oder Kettenräder, Riemenscheiben, Hebelvorrichtungen oder Schaufelräder und eignen sich auch zur axialen Fixierung von Lagern und Gleitringdichtungen. In Windkraftanlagen dienen sie zur Befestigung von Kupplung, Bremsscheibe und Getriebehohlwelle. Daneben ermöglichen sie die biege- und torsionssteife Verbindung koaxialer Wellen, etwa als Wellenkupplung im Antriebsstrang von Schiffen, in Webmaschinen oder zur Befestigung der Bandtrommel in Bandantrieben.

Neben klassischen Spannsätzen bietet das Unternehmen die Schrumpfscheiben der Baureihen 222 und 271 sowie die Klemmnaben der Baureihen KN22 und KNV22. Anwendungsgebiete sind die Befestigung von schmalen Bauteilen auf Wellen und Achsen, beispielsweise in Windkraftanlagen, Förderanlagen und Walzwerken. So ist die zweiteilige Schrumpfscheibe der Baureihe 222 mit selbstzentrierendem Doppelkonus die am häufigsten verwendete Schrumpfscheibe zur spielfreien Verbindung der Rotorwelle mit der Getriebehohlwelle in Windgeneratoren. Die Verbindung ist unempfindlich gegenüber umlaufender Biegung und großen Drehzahlen und gewährleistet damit die dauerhafte Übertragung hoher Drehmomente und Axialkräfte bei wechselnder Belastung und Drehrichtung. Da der Druckring bereits im Zahnrad integriert ist und mit diesem nach der Montage stirnseitig bün-dig abschließt, ermöglicht die Schrumpfscheibe besonders kompakte Konstruktionen.

Die Version 271 ermöglicht zusätzlich durch das Prinzip einer Schrumpfscheibe in halber Ausführung einen sicheren Sitz auf der Welle. Der selbstlösende Spannring steht vor dem Zahnrad, benötigt keine Abdrückschrauben und erlaubt durch dengewähltenKegelwinkeleine noch schnellere Demontage.

Die zweiteilige Klemmnabe der Baureihe KN22 befestigt Bauteile auf Wellen ohne die Verwendung von angedrehten oder angeschweißten Naben. Geeignet sind die standardisierten Antriebselemente für das Anbringen von Kettenrad-, Riemen-, Brems- und Kurvenscheiben sowie Hebeln, Trommeln, Rädern und Kupplungen.

Systeme und Standard

Neben Standardprodukten entwickelt das Unternehmen auch Systemlösungen, die individuell auf die Umgebungskonstruktion abgestimmt werden. So fertigt Hausmann + Haensgen beispielsweise Adapterflansch-Systeme zur spielfreien direkten Befestigung von Stirnädern auf Wellen ohne Zwischenhülse wie bei einer Schrumpfscheibe, mit denen sich zudem auch andere, individuelle Antriebskomponenten montieren lassen.

Eine Sonderlösung der Bremer ist auch ein System zur Befestigung einer Förderbandantriebsrolle, bei der die Befestigung zwischen einer Welle mit 35 Millimeter Durchmesser und einer Nabe mit 130 Millimeter erfolgen muss. Zudem muss die Verbindung das geforderte Drehmoment bei umlaufender Biegung sicher übertragen und darf mit der notwendigen Flächenpressung das dünnwandige Rohr nicht überlasten. Die Ingenieure des norddeutschen Spanntechnikspezialisten entwickelten deshalb aus dem Standardspannsatz der Baureihe 102 eine angepasste Sondertype, die Passungsspiele bis h9/H9 überbrückt und dadurch eine schnelle Montage aller Elemente sichert.

Entscheidend für einen dauerhaften Einsatz der Spannsätze ist jedoch die korrekte Montage sowie das Anzugsmoment der Spannschrauben.Unterstützung bei der Auslegungs- und Konstruktionsarbeit bieten die Bremer dabei durch ihre hauseigeneBerechnungssoftware mit Überprüfung der Umgebungskonstruktion zusammen mitDownload-Möglichkeiten für 2D- und 3D-Daten auf ihrer Internetseite.

Erschienen in Ausgabe: 06/2011