Zuverlässig (formschlüssige) Welle-Nabe Verbindung

[FREYSUCKER]

Hallo zusammen,

ich bin gerade dabei das Konstruieren zu lernen und wurde bald gerne
einige kleine Maschinen konstruieren. Ein großes Problem was ich zur
Zeit sehe, ist wie man eine zuverlässige Verbindung zwischen Bauteilen
schafft.

Ich würde zum Beispiel gerne eine Vorrichtung bauen, mit der ich die
Bahn der Sonne verfolgen kann, wie soetwas:
https://grabcad.com/library/dual-axis-solar-tracker-2

Ich habe mit meinem Prusa-3D Drucker schon ein Zahnrad gedruckt, dass
von einem Metallzahnrad angetrieben wird, welche mit einer kleinen
Schraube gegen den Schaft befestigt wird.

So ähnlich wie das hier:
https://www.google.de/search?q=zahn...5#imgdii=aqe... (https://www.google.de/search?q=zahn...5#imgdii=aqeil5iykyDCoM:&imgrc=-7Yko2bztIAMZM:)

Mein Problem dabei ist aber, dass das ja nur eine Kraftschlüssige
Verbindung ist. Wenn ich jetzt etwas bauen wil, dass 30 Jahre auf einem
Dach ohne Wartung auskommen soll, finde ich soetwas nicht geeignet.

Die meisten Eletromotoren die ich so gefunden habe haben einen runden
Schaft. Weiss jemand warum es so wenige Schafte gibt, die zum Beispiel
eine abgeflachte Seite haben, damit die Verbindung formschlüssig und
damit (meiner Meinung nach) zuverlässiger wird?
Oder werden solche Motoren einfach nur dort verwendet, wo ein Nachziehen
der Schrauben akzeptabel wäre? Kennt jemand Formeln um zuverlässig zu
berechnen, wie fest die Schraube angezogen werden muss?

Viele Grüße

[vohopri]

Weiss jemand warum es so wenige Schafte gibt, die zum Beispiel
eine abgeflachte Seite haben, damit die Verbindung formschlüssig und
damit (meiner Meinung nach) zuverlässiger wird?

Ja, das ist einfach zu beantworten:

Das Konstruieren und Bauen von Maschinen ist kein Legospiel. Maschinenbau - auch in der hobymässigen Bastelform beinhaltet Metallbearbeitung. Wenn ein Lieferant einen Motor anbietet, macht er das meist mit einer runden Welle, die jeder Kunde nach seinen eigenen Plänen bearbeiten kann. In jedem Lehrbuch für Maschinenbau steht drin, welche Möglichkeiten gebräuchlich sind. Einige davon wirst wohl erlernen müssen, wenn du selbst konstruierte Maschinchen bauen willst. Lehrbücher sind auf jedem Niveau erhältlich: Berufsschul Lehrbücher, Fachschul Lehrbücher, bis hin zu den Universitäts Lehrbüchern.

Jede der üblichen Möglichkeiten hat so ihre Vor- und Nachteile. Jede Variante muss an die Situation im Gesamtkonzept angepasst werden. Deine Meinung, dass eine kraftschlüssige Verbindung grundsätzlich weniger zuverlässig ist, als eine formschlüssige, ist falsch. Jede Variante muss man beherrschen und RICHTIG, situationsgerecht anwenden.

Ich selbst habe jahrelang professionell Metallbearbeitung betrieben. Aber jetzt, wenn ich auf dem Küchentisch ein Spielzeug bastle, dann habe ich ganz andere Möglichkeiten. Ich habe andere Maschinen und anderes Werkzeug. Jetzt baue ich Einzelstücke und muss nicht so rationell auf jede Minute schauen. Aber Zuverlässigkeit und Genauigkeit sind nach wie vor gefragt und leicht erreichbar.

In diesem Thread hab ich das mal vorgezeigt:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=36497
hier siehst du unter vielen anderen Maschinenbaudetails auch die Rad - Welle Befestigung mit einem Mitnehmer. Die ist dort so kräftig ausgeführt, dass sie besser funktioniert, als so manche formschlüssige Verbindung in der GLEICHEN GRÖSSENORDNUNG. Blättere mal in Ruhe die Darstellungen durch. Mit der Suchfunktion des Forums und mit den Suchmaschinen des Internet ist das aber auch ganz leicht zu finden. Nur suchen musst du selbst.

[damfino]

Mit Wellenverbindungen zum klemmen kann man einige Nm übertragen. Sicherer als mit einer kleinen Schraube die gegen einen Schaft drückt.

Hab die beim Wohnwagen, Motoren an die Kurbelstützen geflanscht, 5 Nm sind kein Problem

[hbquax]

Mit Madenschrauben direkt auf der Welle klemmen macht man nur bei Spielzeug. Schau hier mal durch:
http://se.maedler.de/product/1643/spannsaetze-spannbuchsen-taperbuchsen

Wenn es nie wieder demontiert werden muss, kann man auch hochfeste Schraubensicherung (Loctite 648 u.ä.) verwenden und das Teil auf die Welle kleben, wenn die Drehmomente nicht zu groß sind.

[vohopri]

Da muss man einfach unterscheiden: Mit Madenschrauben auf die Welle klemmen kann schon sinnvoll sein. Das macht man durchaus bei Stellringen, Zeigern und ähnlichem. Aber nennenswertes Drehmoment kann man damit nicht sinnvoll übertragen. Also für Mitnehmer, Wellenflansche, Räder aller Art eignet sich das nicht. Entweder rutscht das bald durch, oder man verformt die Welle bzw. die Verbindung, wenn man mehr Druck als üblich anwendet.

[Geistesblitz]

Eine gute Möglichkeit ist auch Aufschrumpfen, man fertigt das Zahnrad also mit einer zu kleinen Bohrung (bei Kunststoff sollten das schon so 0,1-0,2mm Untermaß sein), erwärmt es dann und schiebt es auf die Welle. Beim Abkühlen schrumpft es wieder und klemmt dann richtig fest. Da sich Kunststoff viel stärker mit der Wärme dehnt als zB. Stahl könnte man es auf diese Art auch wieder lösen, um es abzubekommen. Es darf natürlich nicht anfangen zu schmelzen, also nur mit einem Fön erwärmen oder so.

Das Problem bei Madenschrauben ist auch, dass diese nur einseitig auf die Welle drücken und gerade bei Kunststoff dazu führen, dass die Nabe eiert. Aber auch bei Metall kann das passieren, wenn beispielsweise die Bohrung etwas zu groß ist.

Achja, man kann auch Nabe und Welle gemeinsam quer durchbohren und mit einem Federstift sichern.

[oberallgeier]

Eine gute Möglichkeit ist auch Aufschrumpfen ..Das ist eine der wirklich weit verbreiteten Verbindungsarten von Wellen und Abtriebselementen. Man kann ja nicht nur aufschrumpfen - auch der Abbau geht ganz ordentlich. Da muss man eben schnell und "punkt"genau das Abtriebselement hochheizen, sodass der zeitliche Verzug beim Wärmeübergang auf die Welle dem werten Montageteam nicht in die Suppe spuckt. Das Verfahren lässt sich ziemlich gut rechnen. Weit verbreitet sind Keilverbindungen bzw. Passfedern - ist halt viel Kantenwirkung in der Welle-Nabenverbindung dabei.

Aufklemmen ist ein gutes Stichwort, siehe z.B. unter taperlock oder (konische) Spannhülsen.

Unterschiedliche Verfahren sind oft gekennzeichnet durch die Abmessungen - ist ja oben schon öfters angeführt. Und z.B. bei den kleinen CNC-Fräsen oder 3D-Druckern sind unterschiedliche Welle-Welle-Verbindungen schön zu sehen.

[hbquax]

Aufschrumpfen und alle anderen reibschlüssigen Verbindungen werden bei Kunststoff wenig Erfolg haben, das funktioniert nur bei hinreichend festen und harten Werkstoffen. Für Motorritzel ist meistens das einfachste, ne Flachstelle an die Welle zu feilen und ein Metallritzel mit Madenschraube zu verwenden.

[Slowly]

optimal ist eine Passfeder Mitnahme Verbindung.
Im Hobbybereich nur schwer zu realisieren.

[UlrichC]

Du hast das Rad hoffentlich in ABS oder Nylon gedruckt.

In PLA und PET usw. .. (unter umständen auch mit ABS) verformt und schmilzt es dir schon im ersten Sommer vom Dach.
(Wobei ich dir da jetzt keine Erfahrungen nehmen mag. Das Thema ist ziemlich Spannend.)

Bei Druckteilen heißt die Devise gerne stärker dimensionieren der Verbindung. Was bei Metall hält gilt für Kunststoffe und besonders Druckteilen nicht gleichbedeutend.

Klemmen mit Schrauben ist schon ein guter Ansatz.
Aus der Welle verbohren..
Praktischer Tipp: Schraube komplett durch Radflansch und Welle und beim zusammenbauen Kleben hilft. Form- und Kraftschluss.

Schwachpunkt ist dann das Druckteil selbst.

[hbquax]

Was noch relativ einfach herzustellen ist und auch auf runden Wellen gut funktioniert, ist so etwas: http://www.maedler.de/product/1643/1625/geschlitzte-klemmringe-aus-aluminium
Das Beispiel zeigt zwar nur einen Stellring, das Prinzip ist aber auch auf Welle-Nabe-Verbindungen anwendbar. Gegenüber einer Madenschraube, die direkt auf die Welle drückt, ist das hier die viel bessere Lösung.
Erstens drückt sich die Schraube nicht in die Welle, die Welle wird also auch nicht beschädigt und man kann es jederzeit lösen und beliebig fein verstellen und wieder anziehen.
Zweitens kann man größere Schrauben verwenden und viel mehr Anpressdruck erzeugen, als das mit einer Madenschraube möglich wäre.
Drittens hat diese Lösung den Vorteil, dass durch wechselnde oder stoßweise Beanspruchung die Schraube nicht losgewackelt wird, selbst wenn das Drehmoment mal so stark ist, daß die Nabe durchrutscht. Wenn man dann noch etwas Schraubensicherung auf der Schraube verwendet, hat man eine sehr zuverlässige und haltbare Verbindung. Man kann sich solche Stellringe auch fertig kaufen, die kosten nicht viel, und ein scheibenförmiges Rad daran anflanschen.

[oberallgeier]

.. zeigt zwar nur einen Stellring, das Prinzip ist aber auch auf Welle-Nabe-Verbindungen anwendbar ..Gibts sogar in dieser Art *gg* - drittes Beispiel von oben (https://www.konstruktionsatlas.de/antriebstechnik/welle-nabe-verbindung-kraftschluss.shtml). Dazugehörige Berechnungen/Formeln mit etwas Theorie (https://www.schweizer-fn.de/maschinenelemente/klemmverbindung/klemmverbindung.php) werden gleich mitgeliefert. Möglicherweise ist das eine simple Varian (http://deutsch.ruland.com/klemmringe-breite.asp)te? In jede Hälfte eine Welle Antrieb/eine Welle Abtrieb.

[UlrichC]

Ja nun, bei den Druckteilen sind Klemmverbindungen und sonstige kraftschlüssige Verbindung eher schwierig.
(Wenn ich richtig gelesen habe geht es um Druckteile)
Die kannst zu zwar anschrauben bis die Teile vernehmlich Knistern aber bewegen lassen die sich trotzdem.
Die Strukturen im Innern der Teile geben bei Druck nach.
Man könnte zu Welle noch zusätzlich Rändeln um zudem noch Formschluss in die Verbidnung zu bekommen. Aber das macht es nicht einfacher.
Dann besser gleich bei Mädler in Richtung Zahnräder klicken .. und evtl. eines aus Vollmaterial nehmen.

[hbquax]

Ein Kunststoffzahnrad, egal ob gedruckt oder fertig gekauft, wird man nie ohne zusätzliche Metallteile vernünftig auf einer glatten runden Welle befestigen können.

[UlrichC]

Ein Kunststoffzahnrad, egal ob gedruckt oder fertig gekauft, wird man nie ohne zusätzliche Metallteile vernünftig auf einer glatten runden Welle befestigen können.

Interessante These .. wo lernt man sowas?

[oberallgeier]

Ein Kunststoffzahnrad .. wird man nie ohne zusätzliche Metallteile vernünftig auf einer glatten runden Welle befestigen können.
Interessante These ..

Ich habe beim MiniD0 (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=495507&viewfull=1#post495507) die beiden Mikro-Modellbauservos (Antrieb (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=397824&viewfull=1#post397824)) umbauen müssen auf einen niedrigere Untersetzung. Dabei wurde eine Getriebestufe entfernt und das Abtriebsritzel musste mit der vorhandenen Abtriebswelle fest verbunden werden. Zusätzliche Mechanik war da nicht möglich - also dienen jetzt zwei Papierstreifen für den Presssitz. Und das klappt ohne Schlupf *gg*.


.. diese gehackten Servos für MiniD0 .. schon hat man statt der Übersetzung 768 : 1 eine mit 91:1 .. Weglassen eines Zahnrades bei sonst gleichem Aufbau ..
...................31455 ..
.. Wie .. die Zahnräder auf der Welle befelstigt? .. Insbesondere Das Abgangszahnrad ..
.. mit zwei Streifen Papier .. 0,08 mm dick bzw. 80 g/m², 1 mm breit .. Zahnräder .. aus PE-UHMW .. so gut wie garnicht geklebt werden können ..

Einfach problemorientiert und werkstoffgerecht konstruieren .. und bauen.

[UlrichC]

Einfach problemorientiert und werkstoffgerecht konstruieren .. und bauen.
Endlich mal eine reale These!

Stimmt, bei PE ist das kleben von Haus aus eher schwierig.
Wobei ich da schon gute Erfahrungen mit Sekundenklebern in Verbindung mit -Aktivator- gemacht habe. Hatte dazu mal eine Experimentalreihe gemacht. Ging damit auch für PTFE gut.