Widerstandsfähige Verbindung

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Spannsätze – Der Werkstoff rostfreier Edelstahl bietet zahlreiche Vorteile. Beim Einsatz in kraftübertragenden Welle-Nabe-Verbindungen sind jedoch einige Besonderheiten zu beachten.

15. April 2009

Eines der historisch ältesten Maschinenelemente ist die Welle-Nabe-Verbindung, mit der sich Drehmomente oder Leistungen von einer Welle oder einem Zapfen auf eine rotierende Nabe übertragen lassen. Weit verbreitet unter den zahlreichen Lösungskonzepten ist die konische Spannverbindung, auch Kegelspannelement oder Spannsatz genannt. Diese reibschlüssigen spielfreien und lösbaren Welle-Nabe-Verbindungen eignen sich zur Übertragung statischer, wechselnder oder stoßartig wirkender Drehmomente sowie von Quer- und Längskräften. Die Spannelemente ersetzen Schrumpfsitze, Keil- und Passfedern sowie Polygon- und Vielkeilverbindungen zur Befestigung von Bauteilen, die Kräfte und Momente übertragen müssen.

Zur Verbindung werden die konischen Elemente durch axiales Verspannen mit integrier-ten 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.

Eine Vielzahl dieser Verbindungselemente bietet der Bremer Antriebstechnikspezialist Hausmann + Haensgen in unterschiedlichen Bauformen als einbaufertige Einheiten. Entsprechend ihrer Anwendungsvielfalt liefert das Unternehmen die Welle-Nabe-Verbindungen unter dem Markennamen Hakon wahlweise als außenspannende Schrumpfscheiben, als innenspannende Spannsätze oder als Wellenkupplungen, Einschweiß- oder Klemmnaben, optional in selbstzentrierender Ausführung.

Rostfrei und robust

Neben Standardelementen aus den unlegierten Stahlwerkstoffen ST52 oder C45 bietet das norddeutsche Unternehmen die Spannsätze auch in der Quali-tät Edelstahl rostfrei. Diese hochlegierten, nicht rostenden Stähle mit einem Chromanteil von mehr als zwölf Prozent zeichnen sich durch besondere Beständigkeit gegen chemisch angreifende Gase, Säuren und Laugen aus. Standardmäßig verarbeiten die Hanseaten dabei die rostfreie Chrom-Nickel-Legierung A2 sowie die rost- und säurebeständige Chrom-Nickel-Molybdän-Legierung A4. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo Reinheit und erhöhte Korrosionsgefahr wichtige Kriterien sind, etwa im der Schiffsbau, für Laboreinrichtungen, Verpackungsmaschinen, in der Lebensmittelindustrie oder in der Wäschereitechnik.

Feste Schrauben

Ein Nachteil der Spannsätze aus nicht rostendem Material ist allerdings ihre eingeschränkte Eignung zur Übertragung hoher Kräfte, weil sie trotz ihrer guten mechanischen Eigenschaften im Durchschnitt nur 40 Prozent der Übertragungswerte entsprechender Verbindungselemente aus Normalstahl erreichen. Maßgebend hierfür sind die mechanischen Eigenschaften der rostfreien Spannschrauben, deren Dehngrenze in der Festigkeitsklasse A70 lediglich 450 Newton pro Quadratmillimeter erreicht und damit deutlich unter den Festigkeitswerten hochfester Stahlschrauben liegt. Zwar genügen die möglichen Übertragungswerte in der Regel, jedoch lassen sich die Elemente auch mit im Handel nicht gängigen Schrauben der Festigkeitsklasse A80 (600 N/mm2) ausrüsten, um im Zweifelsfall höhere Werte an Drehmoment und Axialkraft zu erlangen. Durch Verwendung von Spezialschmiermitteln lässt sich zudem der Gewindereibwert der Spannschrauben verringern, sodass bei kleinerem Anzugsmoment eine höhere Vorspannkraft erreicht wird. Durch beide Maßnahmen zusammen lassen sich die Übertragungswerte maximal auf 55 Prozent der üblichen Werte steigern. In der Praxis wird jedoch meist auch die umgebende Konstruktion in rostfreier Qualität ausgeführt, sodass Welle und Nabe nicht zu stark durch das Spannelement belastet werden sollten. In der Regel lassen sich deshalb Riemenscheiben oder andere Naben aus Aluminium auch unter Beachtung der erzeugten Flächenpressungen mit einem Spannsatz gefahrlos auf der Welle befestigen. Eine Alternative bieten hier zudem chemisch vernickelte Elemente, sofern es allein auf den Korrosionsschutz ankommt und dieser den Anforderungen entspricht.

Jörg Meyer, Hausmann+Haensgen/bt

Fakten

- Die Hausmann + Haensgen GmbH & Co. KG mit Sitz in Bremen ist ein führender Anbieter von Komponenten der Antriebstechnik.

- Neben Motoren, Kupplungen und anderen Antriebselementen liefert das Unternehmen unter anderem mechanische Spannelemente, Sicherheitskupplungen, Schwingungsdämpfer, Normteile bis hin zu Schmierstoffen.

Erschienen in Ausgabe: 02/2009