Spannsätze für einen beständigen Antrieb


Ob in Werkzeugmaschinen, Windkraftanlagen oder in Verpackungssystemen – überall wo statische, wechselnde oder stoßartige Antriebskräfte wirken, ist der Einsatz passgenauer Welle-Nabe-Verbindungen elementar. Sie gewährleisten, dass Drehmomente spielfrei zwischen Welle und rotierender Nabe übertragen werden. Für den Gesamtablauf der Antriebsmechanik sind sie von zentraler Bedeutung.

„Je nach Anwendungsfall müssen die Verbindungen korrosiven Umgebungen und starken Schwingungen oder Stößen standhalten, um eine hohe Maschinenleistung und einen ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten“, weiß Sven Karpstein aus langjähriger Erfahrung.
Für Karpstein, Vertriebsleiter bei KBK Antriebstechnik, sind kraftschlüssige Spannsätze daher die ideale Lösung. Aufgrund ihrer radialen Pressung vermeiden sie Kerbwirkungen oder Passungsrost und damit Nachteile, wie sie laut Karpstein bei der Verwendung von Passfedern auftreten können. Dadurch garantieren die Spannelemente von KBK sehr gute Rundlauf-eigenschaften – „ein Vorteil, der sie für viele Anwendungen in der Antriebstechnik prädestiniert“, wie Karpstein betont.

Für jedes Einsatzgebiet die perfekte Welle-Nabe-Verbindung
KBK Antriebstechnik deckt mit seinem Angebot an kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen sämtliche Standards bei Innen- und Außenspannsätzen ab. Ist eine Standardlösung nicht optimal, konzipiert das fränkische Unternehmen aus Klingenberg am Main jedes gewünschte Maß passend zur jeweiligen Anwendung. Zum breitgefächerten Sortiment zählen selbstzentrierende und nicht selbstzentrierende Spannsätze, chemisch vernickelt oder aus Edelstahl. Sie gewährleisten eine reibschlüssige, lösbare Welle-Nabe-Verbindung in zylindrischen Wellen und Bohrungen ohne Passfeder. Ihr Einsatzgebiet erstreckt sich von der Werkzeugmaschine bis zur Krananlage. Auch bei Förderbandtrommeln oder Seiltrommeln spielen die Spannsätze und Schrumpfscheiben ihre Stärken aus.

Sven Karpstein: „Welcher Spannsatz für die individuelle Anwendung am besten geeignet ist, hängt von den jeweiligen Anforderungen an Kraft- und Drehmomentübertragung sowie auftretenden Axialkräften und dem vorhandenen Platzangebot ab.“ Jeder Konstrukteur habe da seine eigene Philosophie. „Doch in Applikationen, in denen es auf eine hohe Präzision ankommt, sind selbstzentrierende Spannsätze die bessere Wahl“, betont er. Die Spannelemente gewährleisten eine hohe Rundlaufgenauigkeit – ohne, dass eine zusätzliche Zentrierung der Welle direkt auf der Nabe erforderlich ist. Sie sind immer lösbar, dynamisch belastbar und es tritt kein Spiel auf. Für den Vertriebsleiter schneiden diese Spannelemente daher im Vergleich aller Welle-Nabe-Verbindungen am besten ab.

Die Montagezeit fest im Blick
Für die manuelle Montage der selbstzentrierenden Spannsätze KBS56, 57, 58 und 59 reicht ein Maulschlüssel, damit eine kraftschlüssige Verbindung von Ritzeln, Stirnrädern, Kettenrädern oder Riemenscheiben auf Wellen und Achsen entsteht. Die Verbindung lässt sich mit nur einem Werkzeug und ohne viel Kraftaufwand schließen und öffnen. Die Schnellspannelemente decken mit vier verschiedenen Geometrien und einer ganzen Reihe von Baugrößen einen breiten Einsatzbereich ab. Sie erreichen eine Rundlaufgenauigkeit von 0,02 bis 0,04 mm und eignen sich insbesondere für niedrige bis mittlere Drehmomente von 3 bis 1.340 Nm. „Mit ihnen sinken die Montagezeiten in der Serienfertigung deutlich gegenüber solchen Spannsätzen, die mit mehreren Inbusschrauben angezogen werden müssen“, sagt Sven Karpstein.

Auch die selbstzentrierenden Serien KBS61 und KBS52 ermöglichen einen schnellen Einbau und zentrieren sich sehr gut auf der Welle. Erstere ist ab einem Wellendurchmesser von fünf Millimetern und für einen Drehmomentbereich von 6 bis 1.900 Nm erhältlich – und damit optimal auf die Anforderungen der Lineartechnik und von Verpackungsmaschinen ausgelegt. Spannsätze der Baureihe KBS52 sind für mittlere Drehmomente von 60 bis 8.300 Nm konzipiert. Ihr Einsatz erfolgt vorzugsweise in Getrieben und Zahnradbefestigungen, wie sie in der Fördertechnik oder Handlingeinheiten vorkommen. Für Verbindungen auf Naben mit geringer Wandstärke, beispielsweise in Textilmaschinen, eignen sich Innenspannsätze für Wellendurchmesser ab sechs Millimeter wie die selbstzentrierende KBK-Baureihe KBS80. Sie lassen sich sehr präzise positionieren. Die langen und flachen Kegel sorgen für einen schlagfreien Lauf in einem Drehmomentbereich von 12 bis 17.500 Nm.

Von kraftvoll bis besonders platzsparend
Sollen mit einem einzigen Spannsatz gleichzeitig zwei Naben beziehungsweise zwei Zahn- oder Kettenräder auf einer Welle befestigen werden, kommen Innenspannsätze der Serie KBS62 zum Einsatz. „Üblicherweise sind solche Spannelemente Spezialanfertigungen. KBK bietet sie jedoch in seinem Standardproduktprogramm an“, so Sven Karpstein. Die selbstzentrierenden Welle-Nabe-Verbindungen können hohe Biege- und Drehmomente übertragen, wie sie bei Gurtfördertrommeln auftreten. Die Baureihe ist jedoch nicht nur auf diese Einsätze beschränkt, sondern flexibel einsetzbar, beispielsweise in Riemenscheiben oder Kettenrädern. Der Bereich für das Gesamtdrehmoment der Spannelemente liegt zwischen 950 und 1.071.000 Nm.

Speziell für kleine Nabenbohrungen – wie beispielsweise bei der Befestigung von Riemenscheiben, Lüfterrädern oder Hebeln – empfehlen sich zwei weitere Baureihen von KBK: Die lange Bauform der selbstzentrierenden Serie KBS55 für Drehmomente zwischen 70 und 1.360 Nm – oder wenn es besonders kompakt sein muss – die kurz gebaute Welle-Nabe-Verbindung der Serie KBS51. Letztere weist das niedrigste Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser auf, ist nicht selbstzentrierend und für Drehmomente zwischen 52 und 1.433 Nm geeignet. „Zwar sprechen die guten Rundlaufeigenschaften immer für den Einsatz selbstzentrierender Spannsätze; doch wenn wenig Platz zur Verfügung steht und große Kräfte übertragen werden müssen, kann die nicht-selbstzentrierende Variante die bessere Wahl sein,“ erklärt Sven Karpstein. In diesem Fall muss der Konstrukteur eine Zentrierung der Welle, beispielsweise durch eine Schiebepassung zwischen Welle und Nabe, sicherstellen.

Schrumpfscheiben für raue Umgebungen
Wo Naben, beispielsweise Hohlwellen, auf eine Welle gespannt werden müssen, rücken Schrumpfscheiben wie die KBS19-Baureihe von KBK in den Vordergrund. Sie erzeugen eine spielfreie Verbindung, indem sie die Nabe auf die Welle pressen. Die Montage erfolgt durch Aufschieben der Schrumpfscheibe auf die Hohlwelle und dem anschließenden Anziehen der Schrauben. Dabei erzeugen sie durch Reduzieren ihres Innendurchmessers über kegelförmige Pressflächen der beiden Außenteile eine Spannung auf die Nabe. „Der Presssitz dieses lösbaren Außenspannsatzes macht das Eindringen von Schmutz unmöglich und die hohe Flächenpressung verhindert Spaltkorrosion“, führt Sven Karpstein die Vorteile aus. Die Spannelemente sind damit auch für raue Umgebungen bestens geeignet. Sie finden ihre Verwendung vor allem in Hohlwellengetrieben, Zerkleinerungsanlagen, Pressen und Stanzmaschinen oder Kupplungsnaben. Auch nach Jahren unter härtesten Bedingungen lassen sich Schrumpfscheiben leicht demontieren und bei Bedarf austauschen. Sie sind in der Regel selbstzentrierend und verfügen über gute Rundlaufeigenschaften.

Info: Welle-Nabe-Verbindungen
In der Antriebstechnik erfolgt die Übertragung von Kräften und Momenten mithilfe von Maschinenteilen wie Riemenscheiben, Kupplungen, Zahn- und Kettenrädern. Diese werden auf Wellen befestigt, deren Naben radial und zum Teil axial mit der Wellenachse fest verbunden sind. Grundsätzlich lassen sich hierbei form-, stoff- und reib- beziehungsweise kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen unterscheiden. Stoffschlüssige Verbindungen kommen eher selten zum Einsatz: Die Klebe- beziehungsweise Lötverbindungen sind unpräzise und können meist nur geringe Kräfte übertragen. Geschweißte Verbindungen, die zwar große Kräfte übertragen können, lassen sich dagegen genau wie andere stoffschlüssige Verbindungen nur sehr schwer demontieren. Formschlüssige Verbindungen wie Passfedern sind genauer als stoffschlüssige und lassen sich vergleichsweise einfach demontieren. Sie sind die am häufigsten anzutreffende Welle-Nabe-Verbindung und ermöglichen es, sehr hohe Kräfte zu übertragen. Nachteilig ist ihre Kerbwirkung auf die Welle. Ebenso ist die Verbindung für reversierenden und stoßartigen Betrieb weitgehend ungeeignet. Bei kraftschlüssigen Verbindungen, zu denen auch Spannsätze zählen, erfolgt die Drehmomentübertragung dagegen über den Reibungswiderstand. Zum Einsatz kommen Spannsätze mit einem kegeligen Innen- und Außenring. Beim Spannen der Ringe erweitert sich der Radius des Außenrings, während der Radius des Innenrings sich verkleinert. Es wird eine Pressverbindung zwischen Welle und Nabe erzeugt. Die dadurch entstehende Haftreibung überträgt das Drehmoment und die gleichmäßige radiale Pressung ermöglicht sehr gute Rundlaufeigenschaften.

von Thomas Walzel, Sales KBK Antriebstechnik GmbH

Bild: Die Schrumpfscheiben der KBS19-Baureihe gewährleisten eine spielfreie Verbindung von Hohlwellen; Foto: KBK Antriebstechnik GmbH