Welle-Nabe-Verbindungen

Wozu werden Achsen und Wellen verwendet?

Achsen und Wellen dienen dem Tragen von verschiedensten Maschinenteilen. Je nach Verwendungszweck gibt es unterschiedliche Bauformen, am weitesten vebreitet sind rotationssymmetrische Körper. Hierbei ist i. d. R. die Länge deutlich größer als der Durchmesser.

Wo liegen die Unterschiede zwischen Achsen und Wellen?

AchsenWellen

stillstehend oder umlaufend

umlaufend

überträgt Biegemomente, Quer- u. Längskräfte

überträgt zusätzlich Torsionsmoment
Anwendungsbsp.: Tragen von Laufrädern, Seilrollen

Anwendungsbsp.: Tragen von Zahnrädern, Riemenscheiben, Kupplungen

Spezialanwendungen: Kurbelwellen (Antriebstechnik), biegsame Wellen für kleine Drehmomente bis ca. 15 Nm (Medizintechnik, Tachometer)

 [5] [6]

Schrauben

Was ist eine Schraube?

Schrauben sind die am häufigsten eingesetzten Maschinenelemente und am die vielseitigsten verwendete Verbindungselemente.

Welche Arten von Schrauben gibt es?

Man unterscheidet Schrauben nach Nutzung der Schraubenfunktion in Befestigungsschrauben, Bewegungschrauben, Dichtungsschrauben, Einstellschrauben, Messschrauben, Spannschrauben usw.. Der Einsatz der Schrauben lässt sich meist durch die Bezeichnung ableiten.

Bei Befestigungsschrauben führt die Drehbewegung der Schraube zum Verspannen der Bauteile. Bewegungsschrauben wandeln Drehbewegungen in Längsbewegungen um. Zum Verschließen von Einlauf- und Auslauföffnungen werden die Dichtungsschrauben verwendet. Einstellschrauben dienen zum Ausrichten von Geräten und Instrumenten sowie zum Einstellen in Ventilsteuerungen.

Ausstellungsstücke

Quer- und Längsstiftverbindung

Dieser Demonstrator zeigt zwei Stirnräder auf einer Welle als Schnittdarstellung. Beim grünen Stirnrad wurde ein Querstift, beim grauen Stirnrad ein Längsstift als Welle-Nabe-Verbindung verwendet. Eine Stiftverbindung kann kleine, stoßfreie Drehmomente übertragen. [4]

 

Passfedern

Ein mögliches Maschinenelement für eine Welle-Nabe-Verbindung ist die Passfeder. Das obere Bild zeigt mehrere Passfedern nach DIN 6885 Form A in der Größe 4 x 4 x 10 mm. Im unteren Bild sind eine Passfeder nach DIN 6885 Form A in der Größe 12 x 8 x 56 mm und eine Scheibenfeder nach DIN 6888 in der Größe 6 x 9 mm zu sehen.

Passfedern können eine Welle z.B. mit einer Riemenscheibe oder mit einem Zahnrad verbinden. Sie kommen hauptsächlich bei einseitig wirkenden Drehmomenten zum Einsatz. Wie an den Bildern zu sehen gibt es verschiedene Formen von Passfedern mit unterschiedlichen Einsatzgebieten. [6]

Gewindearten

Darstellung verschiedener Gewindearten [1]

Die Art des Gewindes wird durch mehrere Eigenschaften bestimmt: die Profilform (z.B. Dreieck und Trapez), den Windungssinn der Schraube (links- oder rechtsgängig), die Steigung und die Gangzahl (ein- oder mehrgängig). Die gängigen Gewindearten sind: [1]

  • a) und b) Metrisches ISO-Gewinde
  • c) Rohrgewinde
  • d) Metrisches ISO-Trapezgewinde
  • e) Metrisches Sägengewinde
  • f) Rundgewinde

Ausstellungsstücke

Sechskantschraube mit Mutter

Das erste gezeigte Ausstellungsstück ist eine Sechskantschraube mit einer Unterlegscheibe, einer selbstsichernden Mutter (mit blauem Kunststoffring) und einer Federscheibe (leicht verformt). Beim Aufschrauben der selbstsichernden Mutter verformt sich der Kunststoffring so, dass ein Zurückdrehen verhindert wird. Die Federscheibe soll ebenfalls ein selbstständiges Lösen der Schraubverbindung verhindern bzw. erschweren. Mittlerweile wurden für die Federscheiben die Normen zurückgezogen, da keine ausreichende Sicherungswirkung bei Schrauben größerer Festigkeitsklasse aufgebracht werden kann. [6]

Dehnschraube

Das zweite abgebildete Ausstellungsstück ist eine Dehnschraube. Diese zeichnet sich durch ihren dünneren Schaft aus. Sofern Schraube und zu verspannende Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen führt dies bei einer Temperaturänderung zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung und damit zu einer Vorspannkraftänderung. Eine Dehnschraube kann dies in gewissem Rahmen kompensieren. Auch bei hohen dynamischen Beanspruchungen (z.B. im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors) kommen Dehnschrauben zum Einsatz, da sie eine größere elastische Nachgiebigkeit besitzen und somit zur Verbesserung der Dauerhaltbarkeit führen. [6]

Schraubensammlung

Ausstellung von unterschiedlichen Schrauben (v.l.n.r.): Schraube A, B, C, D, E

Mit ausgestellt sind auch selbstschneidende Schrauben. Diese Schrauben schneiden ihr Gewinde selbst, während sie in das Untergrundmaterial eingedreht werden. Meist haben diese Schrauben spitz zulaufende Spitzen, es gibt aber auch selbstscheidene Schrauben mit flacher Spitze. Sie können für Metallbleche, Kunststoffe und Holz verwendet werden.  [2]

Folgende Schrauben sind ausgestellt:

  • A: Linsensenkkopf-Holzschraube mit Schlitzantrieb - DIN 95, Messing - M5 x 70 mm
  • B: Zylinderschraube mit Schlitzantrieb - DIN 84, Messing - M8 x 40 mm
  • C: Senkkopfschraube mit Schlitzantrieb - DIN 963, Messing - M10 x 20 mm
  • D: Flachrundkopf-Fassadenschraube TX20 RAL 7012 (Basaltgrau) - Edelstahl - 4,8 x 38 mm
  • E: Senkkopf-Fassadenschraube - Edelstahl 4 x 30 mm

Die ausgestellten Messingschrauben (A, B, C) stechen dank ihrer golden erscheinenden Farbgebung, welche vom Zinkgehalt abhängt, besonders ins Auge. Messingschrauben werden meist als Holzschrauben verwendet und so auch in Holzbooten verbaut. Diese Boote sollten nicht in Salzwasser fahren, da Messing nur einen begrenzten Korrosionsschutz durch Nickelanteil erreichen kann. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist der Modellbau, da sich Messing gut verlöten lässt. [3]

Selbsthemmende Schraubensicherung

Ausgestellt ist eine selbsthemmende Schraubensicherung von Nord-Lock in der Größe M10. Sie dient dazu, das selbstständige Lösen der Schraubverbindung zu verhindern. Hierzu greifen die beiden Scheiben mit der Verzahnung (Keilflächen) ineinander. Sie werden unter dem Schraubenkopf oder auch zusätzlich unter der Mutter angebracht. Die Außenseite der Keilsicherungsscheibe besitzt Radialrippen, welche sich formschlüssig beim Anziehen in die Gegenauflage einprägen. [6]

Ausstellung Maschinenelemente

Herzlich Willkommen!

Auf dieser Seite des Labors für Maschinenelemente finden Sie weiterführende Informationen zu den im Labor T52 ausgestellten Maschinenelementen. Die aktuelle Website entstand im Rahmen eines technischen Projektes und ist die interaktive Ergänzung zur Ausstellung vor Ort.

Ansprechpartner sind Frau Prof. Dr.-Ing. Kathrin Ottink und Herr Dr.-Ing. Thomas Ebel. Die Kontaktdaten finden Sie hier.

    Die Ausstellung und diese Seite gliedern sich in folgende Bereiche:

    Aufgrund des Umfangs an Informationen sind die Bereiche Getriebe, Kupplungen und Lager jeweils auf einzelnen Unterseiten zu finden.

    Quellenverzeichnis

    [1] Wittel, H., Muhs, D., Jannasch, D., Voßiek, J. (2013). Roloff/Matek Maschinenelemente. Wiesbaden: Springer Fachmedien, 2013.

    [2] CELO Befestigungssysteme GmbH. Unterschied selbst-schneidende und selbstbohrende Schrauben?, unter: https://www.celofixings.de/content/287-unterschiede-selbstschneidende-und-selbstbohrende-schrauben  (abgerufen am 21.10.2022).

    [3] Theo Schrauben Shop GmbH. Schraubenmaterial – welche Materialien gibt es?, unter: https://www.theo-schrauben.de/blog/schraubenmaterial-welche-materialien-gibt-es/  (abgerufen am 21.10.2022).

    [4] Ottink, Kathrin (2022). Vorlesung Maschinenelemente, Welle-Nabe-Verbindungen (Kapitel 6)

    [5] Ottink, Kathrin (2022). Vorlesung Maschinenelemente, Achsen und Wellen (Kapitel 2)

    [6] Wittel, H., Spura, C., Jannasch, D. (2021). Roloff/Matek Maschinenelemente. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2021