Spannsätze

Spannsätze

Spannsätze kommen im Maschinenbau zum Einsatz, um eine kraftschlüssige Welle-Nabe Verbindung zu erzeugen. Der Spannsatz verbindet die Nabe z.B. eines Zahnrades mit einer Welle mittels Reibschluss. Durch diese spielfreie Verbindung zwischen Welle und Nabe können zuverlässig Drehmomente sowie Axialkräfte übertragen werden. Abhängig von der Bauart des Spannsatzes lassen sich mit dieser Verbindungsart auch hohe Biegemomente übertragen.

Funktionsprinzip von Spannsätze

Spannsätze (auch „Konus-Spannelemente“ oder „Innenspannelemente“ genannt) bestehen je nach Bauart aus einem oder zwei konischen Druckringen und einer konischen Spannhülse. Durch das Anziehen der Spannschrauben mit dem vorgegebenen Anzugsmoment werden die konischen Druckringe auf die Konusfläche der Spannhülse gezogen. Durch diesen Vorgang wird eine Radialkraft sowohl nach innen als auch nach außen erzeugt. Während sich der Außendurchmesser vergrößert, reduziert sich der Durchmesser im Inneren des Spannsatzes. Dies erzeugt eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Spannsatz (Konus-Spannelement) und der Welle sowie der Nabe.

Im Gegensatz zu einer Nut bei herkömmlichen Passfederverbindungen werden die Spannungen in der Welle bei Anwendung eines Spannsatzes gleichmäßig über die gesamte Kontaktfläche verteilt. Die gleichmäßige Spannungsverteilung erzeugt eine zuverlässige, frei positionierbare und vor allem verschleißfreie Verbindung. Die Welle kann zudem oft kleiner ausgeführt werden, was zu einer Gewichtsreduktion der Konstruktion führen kann.

Arten von Spannsätzen

Spannsätze gibt es in den verschiedensten Ausführungen und Bauformen. Neben den zu übertragenden Dreh- oder Biegemomente spielen auch die vorhandenen Bauräume sowie Belastungen eine wesentliche Rolle für die richtige Produktauswahl. Egal ob selbstzentrierend, niedrige Flächenpressung, hohe Drehzahlen oder rostfreie Ausführungen für die Lebensmittel- und Chemieindustrie – das Produktportfolio der TAS Schäfer GmbH bietet für alle Bereiche eine passende Lösung.

Spannsätze werden in zwei Gruppen unterschieden: Die nachgiebigeren Konus-Spannelemente und die starren Konus-Spannelemente.

Nachgiebigere Konus-Spannelemente

Die nachgiebigen Konus-Spannelemente verfügen über insgesamt vier konische Funktionsflächen und mehreren Einzelbauteilen. Durch die Bauform und der dadurch größeren Konuswinkel, sind die nachgiebigeren Spannsätze nicht Selbsthemmend. Dadurch ist ein Abdrücken der Druckringe während der Demontage nicht nötig. Dadurch, dass die Druckringe während der Montage nicht axial auf der Welle bewegt werden, findet keine axiale Verschiebung zwischen Welle und Nabe statt.

Starre Konus-Spannelemente

Starre Konus-Spannelemente verfügen über nur eine oder zwei konische Funktionsflächen. Dadurch ergeben sich andere technische Eigenschaften als bei den nachgiebigeren Konus-Spannelementen. Bauartbedingt können starre Konus-Spannelemente höhere Biegemomente übertragen. Zusätzlich hat diese Bauform die Eigenschaft einer besseren Selbstzentrierung und Selbsthemmung. Eine weitere Eigenschaft ist, dass die Spannschrauben nach der Montage während des Betriebes nicht weiter durch einfließende Kräfte belastet werden. Dadurch wird die Sicherheit und die Lebensdauer der starren Konus-Spannelemente erhöht.

Beispiele für die starren Konus-Spannelemente sind die Baureihen 3012 und 3006

Generell lassen sich die verschiedenen Spannsätze nach der Art ihrer Anwendung und dem zur Verfügung stehenden Einbauraum unterteilen. Kurze Spannsätze sind meist in der Lage, geringe bis mittlere Dreh- und Biegemomente aufzunehmen. Wohingegen breite Spannsätze für hohe bis sehr hohe Dreh- und Biegemomente eingesetzt werden. Die Eigenschaften einzelner Spannsätze, zu übertragbaren Dreh- und Biegemomenten, sowie zu deren Einbaulänge, finden Sie in der nachstehenden Produktübersicht. Weitere Eigenschaften, wie z.B Selbsthemmung, Selbstzentrierung oder möglicher Biegemomentanteil des Spannsatzes finden Sie auf den jeweiligen Produktseiten im Katalog.

Vorteile von Spannsätzen

Für die Industrie spielen die Leistungsfähigkeiten einzelner Komponenten, Kostenvorteile, Reduzierung der Montagezeiten oder die Erhöhung der Lebensdauer bei der Befestigung von Bauteilen auf rotierenden Wellen eine wichtige Rolle.

Eine in der Vergangenheit herkömmliche Methode war die Verbindung über eine Keilnut. Bei dieser Art der Verbindung wird in die Welle eine Nut gefräst. Dies erfolgt ebenfalls in die Nabe. Das Fräsen dieser Nuten ist jedoch kosten- und zeitintensiv. Ein weiterer Nachteil ist zudem die Reduzierung des übertragbaren Drehmoments durch die Schwächung der Welle. Häufig entsteht bei einer genuteten Verbindung auch Bewegung und schlussendlich Spiel, so dass die Genauigkeit eines Maschinensystems beeinträchtigt werden kann und das Risiko eines Ausfalls entsteht.

Mit einer kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung mit einem Spannsatz kann dieses Risiko vermieden werden, da kein Spiel entsteht. Die Verwendung eines Spannsatzes gewährleistet daher Präzision und Sicherheit. Zudem können kostspielige Herstellungsprozesse, wie bspw. das Fräsen oder Stoßen der Nuten eingespart werden.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines TAS Schäfer Spannsatzes ist die Positionierung auf der Welle. Anders als bei einer Nut kann der Spannsatz frei auf der Welle bewegt werden.

TAS Schäfer Spannsätze können ebenfalls für bestehende Wellen mit einer Nut verwendet werden, so dass eine Optimierung bestehender Systeme ermöglicht wird.

Baureihen wie bspw. des Spannsatzes TAS 3015 DK verhindern im Zuge der Montage direkte Bewegungen auf der Welle. Dies vermeidet kostspielige Beschädigungen der Welle bei der Montage.

Montage von Spannsätzen

Die Montage erfolgt durch Einsetzen des Spannsatzes zwischen die Bauteile und dem anschließenden Anziehen der Spannschrauben. Die Schrauben müssen in einer vorgegebenen Reihenfolge und identischem Anzugsmoment angezogen werden. Durch die Verwendung konischer Flächen vergrößert sich der Außendurchmesser und verringert sich der Innendurchmesser des Spannsatzes. Radiale Pressung wird aufgebaut.

Die Spannkräfte werden über die Schrauben bereitgestellt (Kraft gesteuert). Dies ermöglicht den direkten Ausgleich des Spiels zwischen Welle und Nabe. Die Spannsätze der TAS Schäfer GmbH werden einbaufertig geliefert. Für eine einwandfreie Funktion und um einen ausreichenden und gleichmäßigen Reibwert zu erreichen, müssen die Kontaktflächen von Welle und Nabe sauber und mit einem Ölfilm versehen sein.

Entsprechende Montageanleitungen der Spannsätze werden über die Online-Plattform der TAS Schäfer GmbH zur Verfügung gestellt: TAS Schäfer Montageanleitungen

Typische Anwendungsbeispiele von Spannsätzen

Der Einsatz von Spannsätzen ist vielfältig und umfasst viele verschiedene Industriebereiche. Vom klassischen Maschinenbau, sowie der Förder- und Antriebstechnik bis hin zur Verpackungs- und Nahrungsmittelindustrie, um nur einige Beispiele zu nennen. Schlussendlich ermöglicht der Spannsatz eine präzise Befestigung von Nabenköpern auf Wellen oder Achsen, wie zum Beispiel bei der Fixierung von Zahn- und Kettenrädern. Darüber hinaus finden unsere Spannsätze Anwendungen in Förderbandtrommeln oder Brechern. In der Nahrungsmittel- und Petrochemischen Industrie werden rostfreie Ausführungen der Spannsätze häufig in Abfüll- oder Rühranlagen eingesetzt. Zur Befestigung von Riemenscheiben sowie zur Beförderung von Gegenständen innerhalb der Maschine werden Spannsätze in der Verpackungsindustrie genutzt.