Passfedern und Keilfedern - Standards und Normen

Passfedern und Keilfedern sind zwei gängige Verbindungselemente im Maschinenbau. Sie dienen dazu, eine kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Bauteilen herzustellen. In diesem Artikel werden die beiden Federtypen genauer betrachtet und ihre Anwendungsbereiche erläutert.

Was sind Passfedern?

Eine Passfeder ist ein flaches Element aus Stahl oder Edelstahl mit einer rechteckigen Form, das in eine Nut auf einem Wellen- oder Bohrungsdurchmesser eingesetzt wird. Die Feder hat normalerweise einen 90-Grad-Winkel an den Enden und kann entweder als gerade oder konische Ausführung geliefert werden.

Eine Passfeder wird hauptsächlich verwendet, um Drehmoment von einer Welle auf ein anderes Bauteil zu übertragen.

Im Bereich industrieller Anwendungen finden sich zahlreiche Beispiele für den Einsatz von Passfedern zur Sicherung von Achsen und anderen rotierenden Teilen wie Getrieben oder Pumpengehäusen.

Es gibt verschiedene Arten von Passfedern wie Keil- oder T-förmige Federn, wobei jede Art speziell für bestimmte Anwendungen entwickelt wurde. So können beispielsweise Keilpassfedern höhere Kräfte übertragen als T-Passfedern.

Bei der Auswahl einer geeigneten Passfeder ist darauf zu achten, dass sowohl Größe als auch Material an die jeweilige Anforderung angepasst werden - je nach Belastbarkeit und Umgebungstemperatur des Systems.

Insgesamt bieten Passfederverbindungen viele Vorteile gegenüber anderen Verbindungstechniken wie Schweißen oder Kleben: Sie sind einfach zu montieren, können bei Bedarf schnell ausgetauscht werden und bieten eine hohe Belastbarkeit. Zudem ist die Verbindung durch Passfedern sehr präzise und ermöglicht somit ein genaues Arbeiten.

Was sind Keilfedern?

Eine Keilfeder besteht aus einem kegelförmigen Stück Metall mit geraden Seitenflächen (Keilschnitt). Der größere Durchmesser des Kegels passt genau in die entsprechende Bohrung bzw. Wellennut am anderen Teil.

Eine Keilfeder findet häufig bei Werkzeugmaschinen wie beispielsweise Fräsmaschinen oder bei Getrieben Einsatz.

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Keilfedern ist ihre Fähigkeit, große Lasten auf kleinem Raum zu tragen. Das bedeutet, dass sie sehr effektiv bei der Übertragung großer Kräfte sind und gleichzeitig Platz sparen können. Dies macht sie ideal für den Einsatz in eng begrenzten Räumen oder dort, wo es auf Gewichtseinsparung ankommt.

Ein weiterer Vorteil von Keilfedern ist ihre hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Im Gegensatz zu vielen anderen Federtypen neigen sie nicht dazu, sich schnell abzunutzen oder auszufransen - was besonders wichtig ist, wenn die extrem hohen Belastungen beim Einsatz dieser Komponenten betrachtet werden.

In Bezug auf die Konstruktion gibt es verschiedene Arten von Keilfederdesigns. Zur Verfügung stehen: Einfache Spannkeile mit geraden Kanten; Doppeltwirkende Spannkeile mit konischen Seitenflächen; Kegelfederscheiben, welche als Scheibenform ausgeführt werden können, um somit auch größere Durchmesserbereiche abzudecken.

Wann Passfedern oder Keilfedern verwenden?

Die Wahl zwischen Pass- oder Keilverbindungen hängt oft davon ab, welche Anforderungen für die spezielle Anwendung vorliegen: Wenn hohe Belastbarkeit erforderlich ist (beispielsweise bei großen Motoren), dann empfehlen sich eher Keilverbindungen; Bei kleineren Bauteilen wie Zahnrädern oder Pumpenwellen sollten dagegen eher Passverbindungen bevorzugt werden.

Bei Linearwellen kommen Passfedern zum Einsatz, um eine Verbindung zwischen der Welle und dem dazugehörigen Lager herzustellen. Die Passfeder wird dabei in eine Nut auf der Welle eingesetzt und fixiert das Lager durch ihre Form an Ort und Stelle.

Wellenkupplungen oder Ausgleichskupplungen dienen zur Übertragung von Drehmomenten zwischen zwei Wellenenden. Auch hier spielen Passfedern eine entscheidende Rolle: Sie sorgen für einen festen Sitz des Kupplungsbauteils auf den Wellendurchmessern.

Kettenräder wiederum benötigen ebenfalls passgenaue Befestigungselemente wie etwa Sicherungsringe oder eben auch Passfedern. Diese halten das Kettenrad am Ende der Welle fest und gewährleisten so einen stabilen Betrieb des Systems.

Auch bei Rotationswellen finden sich häufig solche Federelemente wieder – insbesondere dann, wenn mehrere Komponententeile miteinander verbunden werden müssen (etwa Riemenscheiben). Hierbei ist darauf zu achten, dass die Breitenmaße sowie Höhen- bzw. Tiefenangaben exakt übereinstimmen – nur so kann ein optimaler Halt garantiert werden.

Stirnzahnräder hingegen setzen meist eher auf andere Arten von Verbindungstechniken. Trotzdem können auch hier gelegentlich Passfedern zum Einsatz kommen. Beispielsweise dann, wenn die Zahnradwelle mit einem Lager verbunden werden muss.

Arten von Passfedern und Keilfedern

Die wohl bekannteste Art ist die Keilpassfeder. Diese besteht aus einem keilförmigen Stück Metall, das zwischen Welle und Nabe eingeführt wird. Durch die Formgebung entsteht eine formschlüssige Verbindung, bei der das Drehmoment übertragen wird.

Eine weitere Variante sind Nut-Keil-Passfedern oder auch Flachkeilverbindungen genannt. Hierbei handelt es sich um flache Federn mit einer rechteckigen Querschnittsform, welche in passende Nuten auf beiden Seiten des Bauteils eingelegt werden können.

Zudem gibt es noch Tonnennut-Passfedern sowie Zahnwellenverbindungen als spezielle Ausführungsvarianten von Passfederverbindungen für besondere Belastungsanforderungen im Maschinenbau.
Je nach Einsatzgebiet müssen unterschiedliche Kriterien beachtet werden wie beispielsweise Tragkraft oder Genauigkeit der Übertragungskräfte sowie Materialauswahl (Stahl, Edelstahl, Kunststoff etc.). Auch spielt oft ein wichtiger Faktor beim Einbau bzw. Austausch von Passfederverbindungen, deren Montagezeit und Aufwand zur Befestigung innerhalb einer Maschine eine Rolle.

Die Wahl des richtigen Designs hängt vom speziellen Bedarf einer bestimmten Anwendung ab - jedoch sollten einige allgemeine Richtlinien beachtet werden:

• Scharfe Kanten an den Federn vermeiden, da dies zu einer Schwächung der Feder führen kann.
• Überbelastungen vermeiden - eine übermäßige Belastung kann dazu führen, dass die Feder bricht oder sich verformt.
• Auf ausreichende Schmierung und Wartung achten, um sicherzustellen, dass alles reibungslos funktioniert.

Welche Normen sind bei Passfedern zu beachten?

Um sicherzustellen, dass Passfedern in der Praxis auch tatsächlich funktionieren und den gewünschten Zweck erfüllen, müssen sie bestimmte Normen erfüllen. Eine dieser Normen ist die DIN 6885 für Keilwellen- und Nutverbindungen mit Passfeder.

In Deutschland gelten für Passfedern die DIN-Normen 6885-1 bis -3 sowie DIN 5464. In Japan hingegen werden JIS-Normen verwendet.

Die deutsche Norm DIN 6885 definiert vier verschiedene Arten von Passfederprofilen: das Keilprofil nach Form A, B oder C sowie das Rechteckprofil nach Form D. Die Profile unterscheiden sich in ihrer Geometrie und Größe, um unterschiedlichen Belastungen gerecht zu werden.

Die japanische Norm JIS B1301 unterteilt ebenfalls in vier verschiedene Profilformen: Das Keilnut-Profil (Form K), das T-Profil (Form T), das Rundbogen-Profil (Form R) sowie eine weitere Variante des Keilprofils mit größerem Steigungswinkel (Form S). Im Vergleich zur deutschen Norm gibt es hier also mehr Auswahlmöglichkeiten.

Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass bei der deutschen Norm standardmäßig nur ungeschlitzte Passfedern vorgesehen sind. Bei Bedarf kann jedoch auch eine Schlitzung angebracht werden. Bei den japanischen JIS-Normen ist dies andersherum – hier wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass alle Passfedern geschlitzt sein müssen.

Diese Norm legt unter anderem fest, welche Abmessungen eine Passfeder haben muss sowie welche Toleranzen bei der Herstellung eingehalten werden müssen. Auch wird darin beschrieben, wie das richtige Maß einer passenden Keilnut bestimmt werden kann, um einen optimalen Sitz zu erhalten.

Doch nicht nur bei Keilwellen- oder Nutverbindungen kommen diese Vorschriften zum Tragen: Für andere Arten von Verbindungsstücken gibt es ebenfalls spezielle DIN-Normen – beispielsweise für Zylinderstifte (DIN 7) oder Kegelzapfen (DIN 1).