Geschmiedete Naben können zwar die in den Zeichnungen angegebenen Toleranzen einhalten, dennoch im Betrieb versagen. Die Ausrichtung der Bohrung, der Rundlauf der Stirnfläche, der Kontakt der Keilnuten, die Geometrie der Schultern und Verformungen durch die Wärmebehandlung müssen aufeinander abgestimmt sein, um eine präzise Drehbewegung und Drehmomentübertragung zu gewährleisten.
Koordination von Ausrichtung und Drehmomentübertragung
Die Ausrichtung bestimmt, ob sich die Nabe um die vorgesehene Achse dreht. Die Merkmale der Drehmomentübertragung legen fest, wie die Drehkraft zwischen Welle, Nabe, Flansch, Rad, Kupplung oder angetriebenem Bauteil übertragen wird.
Werden diese Funktionen unabhängig voneinander konstruiert, können verschiedene Probleme auftreten:
- Ungleichmäßiger Keil- oder Keilnutkontakt
- Lokale Reibverschleißbildung um die Bohrung herum
- Lösen von Schrauben unter wechselnden Belastungen
- Kantenbelastung an Schultern
- Übermäßiger radialer oder axialer Rundlauf
- Geräusche und Vibrationen bei Betriebsdrehzahl
- Vorzeitige Rissbildung in der Nähe von Keilnuten oder Schraubenlöchern
Eine zuverlässige Konstruktion weist diese Funktionen in der Regel klar zu, anstatt zuzulassen, dass ein einziges Bauteil beide Aufgaben ohne ausreichende Kontrolle erfüllt.
Festlegung eines eindeutigen Funktionsbezugspunkts
Das Bezugssystem bildet die Grundlage für die Nabenausrichtung. Es legt fest, in welchem Verhältnis Schmiedezugaben, Bearbeitungsvorgänge, Prüfergebnisse und Montageabmessungen zueinander stehen.
Zu den gängigen Nabenbezugspunkten gehören:
- Fertige Mittelbohrung
- Führungsdurchmesser
- Befestigungsfläche
- Wellenansatz
- Konische Auflagefläche
- Lagersitz
Eine für die Bearbeitung geeignete Fläche kann als Bezugspunkt ungeeignet sein, wenn die Nabe über ihre Bohrung und ihre Befestigungsfläche positioniert wird.
Empfohlene Bezugspunktlogik
| Nabenfunktion | Primärer Bezugspunkt | Sekundäres Bezugssystem | Gesteuertes Merkmal |
| Auf der Welle montierte Nabe | Fertigbohrung | Stirnfläche | Flansch und Außendurchmesser |
| Flanschmontierte Nabe | Führungsdurchmesser | Befestigungsfläche | Bohrung und Lochkreis |
| Konische Nabe | Kegelfläche | Axiale Anschlagfläche | Flanschposition |
| Keilnaben | Referenzdurchmesser der Keilverzahnung | Stirnfläche | Außenprofil und Schraubenlöcher |
| Lagernabe | Lagersitz | Schulterfläche | Positionen von Dichtung und Flansch |
Kritische Merkmale sollten, soweit möglich, ausgehend von demselben funktionalen Bezugspunkt bearbeitet und geprüft werden. Dies reduziert die Notwendigkeit von Bezugspunktumrechnungen und verhindert, dass sich kleine Einrichtungsfehler über mehrere Arbeitsschritte hinweg summieren.
Verwenden Sie ein formschlüssiges Positionierungsmerkmal
Schrauben sollten in der Regel die Verbindung festklemmen, anstatt die Nabe zu positionieren. Wenn die Ausrichtung ausschließlich über die Durchgangsbohrungen für die Schrauben erfolgt, kann sich die Nabe vor oder während des Anziehens verschieben.
Eine formschlüssige Positionierung sorgt für eine besser wiederholbare Montage.
Positionierungsmethoden
- Führungsdurchmesser
Ein gefräster Führungsdurchmesser zentriert die Nabe relativ zum Gegenstück. Er eignet sich für Flanschverbindungen, Radnaben, Kupplungen und Getriebebaugruppen.
- Wellenschulter
Die Schulter regelt die axiale Position und bietet eine stabile Auflagefläche. Ihr Eckenradius muss mit der Fase oder der Entlastungsnut der Nabe kompatibel sein.
- Zylindrische Passung
Eine kontrollierte Passung zwischen Bohrung und Welle sorgt für eine direkte radiale Positionierung. Die Passung sollte die Montagehäufigkeit, die Betriebstemperatur, die Belastungsrichtung und die Wartungsanforderungen berücksichtigen.
- Konische Passung
Kegelpassungen gewährleisten eine genaue Positionierung und eine hohe Reibungsdrehmomentkapazität; jedoch müssen Oberflächenbeschaffenheit, Kontaktfläche, axiale Befestigungskraft und Demontageanforderungen sorgfältig berücksichtigt werden.
- Verzahnte oder stirnverzahnte Positionierung
Radiale Stirnverzahnungen oder Riffelungen können sowohl eine Winkelpositionierung als auch eine Drehmomentübertragung gewährleisten. Ihre Leistung hängt stark vom Zahnkontakt und der Klemmkraft ab.
Verbesserung der Schnittstelle zwischen Bohrung und Welle
Die Rundheit der Bohrung, die Zylindrizität, die Oberflächenbeschaffenheit und die Ausrichtung zur Montagefläche beeinflussen alle die endgültige Drehbewegung.
Die bloße Einhaltung einer engen Durchmessertoleranz garantiert noch keine gute Ausrichtung. Eine Bohrung kann zwar innerhalb der Maßgrenzen liegen, dennoch eine Konizität, Unrundheit oder Achsenabweichung aufweisen.
Zu den wichtigsten Kontrollparametern für Bohrungen gehören:
- Durchmesser und Passung
- Rundheit
- Zylindrizität
- Geradheit
- Oberflächenrauheit
- Rechtwinkligkeit zwischen Bohrung und Stirnfläche
- Konzentrizität zwischen Bohrung und Flansch
- Geometrie von Fase und Entlastung
Häufig montierte Naben profitieren eher von Übergangspassungen oder abnehmbaren Positionierungsvorrichtungen als von übermäßig festen Presspassungen. Ein zu großes Pressspiel erhöht den Montageaufwand, verzieht dünne Nabenteile und erschwert die Wartung.
Wählen Sie die richtige Drehmomentübertragungsfunktion
| Drehmoment-Funktion | Ausrichtung | Optimale Anwendung |
| Passfeder | Begrenzt | Mäßiges Drehmoment |
| Keilverzahnung | Gut | Hohes oder wiederholtes Drehmoment |
| Konuspassung | Hoch | Kompakte Präzisionsverbindungen |
| Stirnseitige Verzahnung | Hoch | Indizierte Verbindungen |
| Reibfläche | Führungsstift erforderlich | Flanschverbindungen |
| Querstift | Begrenzt | Leichte Haltekraft |
Größere Passfedern können die Naben schwächen, während Keilnuten die Drehmomentverteilung nur dann verbessern, wenn die Ausrichtung einen gleichmäßigen Kontakt über die gesamte Eingriffslänge gewährleistet.
Kontrolle des Keilnut- und Passfederkontakts
Die Keilnutgeometrie erfordert mehr als nur eine Prüfung der Zahnabmessungen. Steigungsfehler, Teilungsabweichungen, das Zahnprofil, die Bohrungsposition und Verformungen durch Wärmebehandlung können das tatsächliche Kontaktmuster verändern.
Wichtige Prüfpunkte bei Keilnuten sind:
- Effektive Zahnstärke
- Haupt- und Nebendurchmesser
- Steigungsgenauigkeit
- Zahnsteigung
- Zahnprofilzustand
- Eingriffslänge
- Kontaktmuster
- Konzentrizität zur Montagefläche
Die Keilnut aus der fertigen Bohrung herausbearbeiten; die Seitenflächen übertragen das Drehmoment, während die Passung Stoßbelastungen verhindert und den festen Sitz der Welle gewährleistet.
Auslegung des Schmiedeteils entlang des Drehmomentpfads
Glatte geometrische Übergänge sind für geschmiedete Naben unerlässlich. Scharfe Profiländerungen, dünne Stege, tiefe Keilnuten und eng beieinander liegende Schraubenlöcher beeinträchtigen die Drehmomentübertragung und verkürzen die Lebensdauer.
Nützliche Maßnahmen bei der Schmiedekonstruktion sind:
- Sanfte Übergänge von der Bohrung zum Steg
- Ausreichende Verrundungsradien
- Ausgewogene Flanschdicke
- Ausreichend Material um Keilnuten und Keilnuten
- Allmähliche Übergänge zwischen dicken und dünnen Abschnitten
- Bearbeitungszugabe an allen Funktionsflächen
- Symmetrische Vorformgestaltung, soweit möglich
Verformungen durch Wärmebehandlung kontrollieren
Durch die Wärmebehandlung können Bohrungen, Stirnflächen, Schraubenlochreihen und Keilnuten verformt werden. Um eine präzise Ausrichtung zu gewährleisten, sollten Wandstärken ausgeglichen, Bearbeitungszugaben vorgesehen sowie Erwärmung und Abschreckung reguliert werden; anschließend sind die Referenzebenen nach Messung der Verformung zu bearbeiten.
Kontrolle der Montagefläche und des Schraubenkreises
Montageflächen steuern die axiale Ausrichtung, während Führungsstifte oder Bohrungen die radiale Ausrichtung steuern; beide erfordern Rechtwinkligkeit und Passgenauigkeit, um Rundlaufabweichungen zu verhindern.
Wichtige Kontrollpunkte sind:
- Ebenheit der Fläche
- Rechtwinkligkeit zwischen Fläche und Bohrung
- Axialer Rundlauf
- Position des Lochkreises
- Gleichmäßigkeit des Lochabstands
- Konzentrizität zwischen Führungsbohrung und Lochkreis
- Oberflächenbeschaffenheit der Auflagefläche
- Lokale Grat- und Schadensbegrenzung
Aufrechterhaltung einer stabilen Klemmkraft
Eine gleichmäßige Schraubenvorspannung, bündige Kontaktflächen, saubere Sitzflächen und abgestimmte Führungsabstände sind für eine zuverlässige Drehmomentübertragung unerlässlich. Verbesserte Schrauben können ein Rutschen, Reibverschleiß, Lösen oder Ausdehnen der Bohrungen bei wechselnden zyklischen Belastungen nicht verhindern.
Zu beachtende Aspekte
Betriebsdrehmoment
Spitzendrehmoment, Umkehrdrehmoment, Stoßbelastung und Start-Stopp-Häufigkeit können wichtiger sein als das durchschnittliche Betriebsdrehmoment. Die Verbindung sollte anhand des tatsächlichen Belastungsmusters bewertet werden.
Drehzahl
Mit steigender Drehzahl machen sich kleine Ausrichtungsfehler stärker bemerkbar. Rundlauf, Massenunwucht und Flanschposition erfordern eine genauere Abstimmung.
Montageverfahren
Presspassung, thermische Passung, hydraulische Montage, manuelle Montage und Austausch vor Ort erfordern unterschiedliche Bohrungspassungen und Einführvorrichtungen.
Wartungshäufigkeit
Bei einer nicht wartungsfähigen Baugruppe kann eine dauerhafte Presspassung akzeptabel sein. Bei abnehmbaren Naben ist ein anderes Gleichgewicht zwischen Positioniergenauigkeit und einfacher Demontierbarkeit erforderlich.
Werkstoff und Wärmebehandlung
Das Nabenmaterial muss im Bereich der Bohrung, der Keilverzahnung, der Passfedernut, der Schraubenlöcher und der Stegübergänge eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Die Härte sollte die Verschleißfestigkeit gewährleisten, ohne kritische Bereiche unnötig spröde zu machen.
Produktionsvolumen
Bei wiederkehrenden Aufträgen können spezielle Vorrichtungen und Funktionslehren die Konsistenz verbessern. Bei kundenspezifischen Teilen in kleinen Stückzahlen können flexible Prüfverfahren und sorgfältig definierte Bezugspunkte einen besseren Gesamtnutzen bieten.
Leitfaden zur Verbesserung
| Zustand der Nabe | Empfohlener Schwerpunkt |
| Welle montierte, gekeilte Nabe | Passung der Bohrung, Sitz der Schulter und Kontakt an der Keilseite |
| Nabe mit Keilverzahnung für hohe Drehmomente | Verzahnungskontakt, Festigkeit an den Zahnwurzeln und Verformung durch Wärmebehandlung |
| Flanschkupplungsnabe | Führungsposition, Stirnrundlauf und Schraubenvorspannung |
| Hochgeschwindigkeits-Drehnabe | Konzentrische Bearbeitung, Auswuchtung und Axialrundlauf |
| Nabe mit umkehrbarem Antrieb | Verteilte Drehmomentverteilung und Maßnahmen gegen Reibverschleiß |
| Häufig demontierte Nabe | Wiederholbare Positionierung mit kontrolliertem Montageabstand |
| Große geschmiedete Nabe | Querschnittsauswuchtung, Bezugspunktstabilität und Einrichtungsbedingungen |
| Naben mit dünnem Steg | Verformungskontrolle und allmähliche Lastübergänge |
Die verbesserte Leistung geschmiedeter Naben beruht auf einer Funktionsachse, getrennten Ausrichtungs- und Drehmomentwegen, kontrollierter Verformung sowie der Genauigkeit der Prüfung der Montagebelastung.