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Spannsätze

Bei Spannsätzen handelt es sich im Maschinenbau um eine Welle-Nabe-Verbindung. Diese ist kraftschlüssig und vereinigt eine Nabe (z. B. eines Kettenrades) mit einer Welle und das Maschinenelement. Maschinenelemente können auch Passfedern sein. Dadurch entsteht zwischen der Nabe und der Welle ein Drehmoment. Die Sicherung der Nabe erfolgt auf der Welle (axiale Verschiebung).

Funktionsweise von Spannsätzen

Diese stehen in unterschiedlichen Ausführungen je nach Verwendungszweck zur Verfügung. Zu den Spannelementen gehören häufig zwei ringfederförmige Ringe. Diese werden auf kegeligen Flächen übereinander geschoben. Sowohl die Außen- als auch die Innenfläche der Spannsätze sind zylindrisch. Diese werden in die Bohrung der Nabe eingelegt (Spiel). Mehrere Schrauben mit axialer Ausrichtung sorgen dafür, dass die Kegelflächen des Außen- und Innenrings zum Spannen zugezogen werden können. Die Kegelflächen können auch sägezahnförmig in mehrere Teile unterteilt werden. Diese werden entweder aus einem Stück oder mehreren Teilen gedreht.

Die Kegelflächen (axiale Vorspannkraft) bewirken, dass sich der Außenring weitet und der Innenring schrumpft. Somit wird eine Pressung auf der Welle erzeugt. Bei manchen Varianten werden geschlitzte Außen- und Innenringe verwendet, um den Vorgang zu erleichtern. Dadurch entsteht eine sehr große Reibung an Welle und Nabe. Es kommt zu einer festen Verbindung. Somit lassen sich Drehmomente bestens übertragen. Sind die Kegelwinkel ziemlich flach ausgeführt, kommt es zur Selbsthemmung. Ein Öffnen der Spannsätze ist dann nicht mehr möglich.

Eine der möglichen Ausführungen bedient sich diverser Schrumpfscheiben. Diese wird von außen auf eine Hohlwelle oder Nabe aufgesetzt. Sie erzeugt dann durch Verringerung ihres Innendurchmessers Druck auf die Hohlwelle. Das geschieht über kegelförmige Pressflächen der Außenteile. Somit wird eine Presspassung erzeugt. Dabei handelt es sich um eine komplett spielfreie Verbindung zwischen Nabe und Welle. Die notwendige Vorspannung wird hydraulisch oder durch hochfeste Schrauben aufgebracht.

Wo kommen Spannsätze zur Anwendung und worin liegen die Vor- und Nachteile?

Für den Einbau müssen Spannsätze über eine zylindrische Bohrung an der Nabe und ein zylindrisches Ende an der Welle verfügen. Diese können einfach hergestellt werden und sind leicht einzubauen. Die Fertigung von komplizierten Nuten oder Profilen fällt somit weg, was einen großen Vorteil darstellt. Der einzige Nachteil liegt im größeren Bedarf an Einbauraum im Vergleich zu stoff- und formschlüssigen Verbindungen. Zu den Voraussetzungen für den Einbau gehören geeignete Baumaße des Spannsatzes sowie eine ausreichende Wandstärke der Nabe. Ist zu wenig Platz für den Innensechskantschlüssel (Montagewerkzeug), stehen radial montierbare Modelle zur Verfügung (Spezialschlüssel). Für Wellendurchmesser stehen Spannsätze in einem sehr großen Bereich zur Verfügung. Der Standardbereich liegt zwischen 5 mm und 1.000 mm.

Durch die guten Rundlaufeigenschaften lassen sich Spannsätze sehr gut für Präzisionsarbeiten einsetzen, wie zum Beispiel bei Werkzeugmaschinen. Mit entsprechender Auslegung sowie konstruktiven Maßnahmen lassen sich Spannsätze als Überlastschutz für diverse Maschinenteile verwenden.

Weitere Vorteile von Spannsätzen:

Das Spiel zwischen angetriebenem Organ und der Welle wird beseitigt. Die Last wird gleichmäßig auf dem gesamten Durchmesser verteilt. Es ist relativ einfach, mit einander verbundene Organe zu synchronisieren. Der Spannungsquerschnitt der Antriebswelle wird erhöht. Der Zusammenbau der Maschinen geht rasch vonstatten. Maschinenstillstandzeiten fallen durch vereinfachte Wartung weg. Ersatzteile verschiedener Hersteller können zusammen verbaut werden.

Sonderformen

Anstelle der achsparallelen Spannschrauben können der Außen- und der Innenring miteinander verschraubt werden (Schnellspannelemente). Darüber hinaus gibt es Membran-förmige Spannsätze. Taper-Buchsen funktionieren wie kegelige Spannsätze. Diese kommen mit einem Ring aus. Die Nabenfläche muss allerdings kegelig ausgestaltet sein.

Tipps im Umgang mit Spannsätzen

Kraftschlüssige Verbindungen sind nur so sicher, wie die berechnete und erzeugte Pressung. Darüber hinaus sind die Beanspruchung der Bauteile sowie die zulässigen Grenzwerte im Auge zu behalten. Es ist wenig sinnvoll nicht exakt passende, bereits leicht beschädigte oder nicht für diese Beanspruchung geeignete Teile zu verbauen. Werden produktspezifische Gegebenheiten berücksichtigt, können Spannsätze auch dort verbaute werden, wo es früher nicht möglich war (Biegebeanspruchung).