Verbindungselemente in der Mechanik

1. Nietverbindungen

Nietverbindungen sind feste Verbindungen, die zum Fügen von dünnen, flachen Werkstücken verwendet werden. Sie kommen zum Einsatz, wenn Schweißverbindungen nicht möglich sind oder innere Spannungen im Material verursachen und es verformen könnten.

Arten von Nietverbindungen

• Überlappungsstoß: Die beiden Werkstücke überlappen sich und werden direkt miteinander vernietet.
• Stoßverbindung mit einfacher Lasche: Die beiden Werkstücke liegen auf derselben Ebene und werden durch eine einzelne, vernietete Platte (Lasche) verbunden, die beide zu fügenden Teile aufnimmt.
• Stoßverbindung mit doppelter Lasche: Die Werkstücke liegen auf derselben Ebene und werden durch zwei vernietete Platten (Laschen), je eine auf jeder Seite, verbunden.

2. Gewindeverbindungen (Schrauben)

Gewindeverbindungen sind lösbare Verbindungen, die hauptsächlich zum Klemmen und Fügen von Bauteilen dienen. Eine Schraubverbindung besteht typischerweise aus einer Schraube, einer Mutter und einer Unterlegscheibe.

Bestandteile einer Schraube

Eine Schraube besteht aus einem zylindrischen Schaft mit einem spiralförmigen Gewinde und einem Kopf.

Das Gewinde

Ein Gewinde ist eine spiralförmige Rille, die sich um einen Zylinder windet und ein Profil (Filet) bildet. Befindet sich das Gewinde in einem Loch, spricht man von einem Innengewinde.

• Steigung: Die Steigung beschreibt den axialen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gewindegängen.
• Gewinderichtung:
  • Rechtsgewinde: Die Spirale steigt von links nach rechts an.
  • Linksgewinde: Die Spirale steigt von rechts nach links an.

Gewindegeometrie

Es gibt verschiedene Gewindeformen, die je nach Anwendungszweck gewählt werden:

• Dreieckige Gewinde: Werden hauptsächlich zum Halten von Werkstücken verwendet.
• Trapez- und Quadratgewinde: Dienen zur Übertragung großer Kräfte.
• Abgerundete Gewinde: Finden Anwendung bei Dichtungen, zum Schneiden oder für sehr feine Platten.

Gewindenormen

Das metrische ISO-Gewinde ist die am häufigsten verwendete standardisierte Form für Maschinenelemente. Es hat eine dreieckige Geometrie und gehört zum SI-System.

Unterlegscheiben

Eine Unterlegscheibe ist in der Regel ein ringförmiges Bauteil aus Stahl, dessen Außendurchmesser den Schraubenkopf oder die Mutter um etwa 2 bis 3 mm überragt. Scheiben werden üblicherweise zwischen dem Schraubenkopf und dem Werkstück oder zwischen der Mutter und dem zu befestigenden Werkstück platziert.

Einsatz von Unterlegscheiben

Der Einsatz von Unterlegscheiben ist erforderlich, wenn:

• das zu verbindende Material sehr weich ist und nicht beschädigt werden soll.
• die Auflagefläche für Mutter oder Schraubenkopf unregelmäßig ist.
• Kratzer auf der Oberfläche durch das Anziehen der Mutter vermieden werden sollen.
• die Spannfläche vergrößert werden soll, um ein Einsinken des Schraubenkopfes oder der Mutter zu verhindern.

Definition für den Kauf von Schrauben und Muttern

Beim Kauf müssen folgende Merkmale definiert werden:

• die Gewindemetrik
• die Kopfform
• die Länge

Typen von Schraubenköpfen

Gängige Schraubentypen sind:

• Schlitzschrauben
• Zylinderschrauben mit Senkkopf
• Innensechskantschrauben (Allen-Schrauben)
• Vierkantschrauben
• Rundkopfschrauben
• Flügelschrauben

3. Keilverbindungen

Keile sind in der Regel aus Stahl gefertigt und werden in Nuten oder Aussparungen (Passfedernuten) in der Welle und der Nabe eingesetzt. Die Form der Keile hängt von den zu übertragenden Kräften ab.

Arten von Keilen und Stiften

• Querkeile: Werden verwendet, um zwei zylindrische Teile zu verbinden, die Zug- oder Druckkräfte übertragen müssen und austauschbar sein sollen. Ihre geometrische Form ähnelt einem Keil.
• Stifte: Bei geringen Kräften können Keile durch Schrauben oder Stifte ersetzt werden, was eine der einfachsten und ältesten Verbindungsmethoden ist.
  • Elastische Stifte: Eine Variante sind elastische Stifte, die Torsionskräfte übertragen können. Sie sind zylindrisch, in der Mitte offen und haben einen größeren Durchmesser als das Loch, wodurch sie eine hohe Elastizität aufweisen.
• Längskeile: Dienen dazu, ein Drehmoment zu übertragen und gleichzeitig die axiale Unbeweglichkeit der verbundenen Teile zu gewährleisten.
  • Passfedern: Passfedern sind Keile, die eine axiale Verschiebung der gekoppelten Teile ermöglichen und gleichzeitig das Drehmoment übertragen.
  • Woodruff-Keile (Scheibenfedern): Eine weitere Art von Keilen sind Woodruff-Keile, die eine halbkreisförmige Basis haben.

4. Keilwellenverbindungen

Keilwellenverbindungen sind ein Verbindungssystem für die feste Montage von Teilen, die große Kräfte übertragen müssen. Dabei wird eine Reihe von Nuten (Kerben) in den Umfang der Welle eingebracht, die mit entsprechenden Nuten in der Nabe korrespondieren.