Ein Spannsatz ist ein mechanisches Verbindungselement, das eine reibungsschlüssige, lösbare Verbindung zwischen Welle und Nabe herstellt. Durch das Anziehen von Spannschrauben wird eine axiale Kraft erzeugt, die zwei konische Ringe gegeneinander verspannt. So entsteht eine Flächenpressung innen gegen die Welle und außen gegen die Nabe.
Das Ergebnis: eine spielfreie und reibschlüssige Verbindung mit hoher Rundlaufgenauigkeit.
Vorteile:
Hohe Drehmomentübertragung
Einfache Montage/Demontage
Kein Ausschlagen wie bei Passfedern
Spannsätze sind unverzichtbare Maschinenelemente, wenn es um kraftschlüssige und spielfreie Welle-Nabe-Verbindungen geht. Sie überzeugen durch hohe Drehmomentübertragung, einfache Montage und Demontage sowie vielseitige Einsatzmöglichkeiten.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Innenspannsätze. Außenspannsätze (auch Schrumpfscheiben genannt) behandeln wir in einem separaten Beitrag. Hier erfährst du alles Wichtige rund um das Thema „Spannsatz“ – von der Funktion über Typen bis hin zur Auswahl und Hersteller.
Los geht’s!
Spannsätze bestehen in der Regel aus konischen Ringen, die durch axiale Spannschrauben gegeneinander verspannt werden. Der Aufbau ermöglicht eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung der Spannkräfte über die gesamte Kontaktfläche zwischen Welle und Nabe. Das ist ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu Passfederverbindungen die bei Wechselbelastungen zum Ausschlagen neigen.
Wegen der großen Kontaktfläche können Spannsätze hohe Drehmomente und Axialkräfte übertragen. Je nach Hersteller liegt der Standard Wellen- Durchmesserbereich zwischen 6 mm bis über 1.000 mm, das übertragbare Drehmoment zwischen 2 Nm bis über 3.000.000 Nm.
Die Funktion basiert auf dem Verspannen von kegeligen Bauteilen und der daraus resultierenden Flächenpressung (radialen Pressung), die beim Anziehen der Spannschrauben erzeugt wird. Das Verspannen der konischen Ringe sorgt für einen Druck auf die Welle und Bohrung der Nabe. Die Flächenpressung ist von jeweils eingesetzten Spannsatz abhängig. Sie bedingt einen minimalen Nabendurchmesser, der gegen die Flächenpressung wirken muss. Der minimale Nabendurchmesser ist dabei von der Form und vom Material der Nabe abhängig.
Für die Berechnung des minimalen Nabendurchmessers kannst du die Herstellerkataloge oder Online- Berechnungstools verwenden.
Funktionsprinzip eines Spannsatzes erklärt in einem Video der Firma Ringfeder
Montage in der Nabenbohrung, Druck von innen nach außen gegen die Nabe. Kompakte Bauweise.
Montage außen um die Nabe. Druck von außen nach innen gegen die Nabe. Ermöglichen meist höhere Drehmomente und einfachere Montage. Ein separater Artikel folgt.
Selbstzentrierende Spannsätze benötigen keine zusätzliche Zentrierung. Für die Selbstzentrierung eines Spannsatzes ist der Konuswinkel und die Länge der Konuse ausschlaggebend. Selbstzentrierende Spannsätze sind gleichzeitig selbst hemmend.
Bei nicht selbst zentrierenden Spannsätzen ist dagegen eine Zentrierung zwischen Welle und Nabe nötig. Diese sollte mindestens doppelt so lange sein wie die Breite des Spannsatzes. Nicht selbst zentrierende gleichen größere Passungstoleranzen aus.
Die Verteilung der Anpresskräfte / Spannkräfte auf die Welle ist Spannsätzen bei selbst hemmenden Spannsätzen (Spannsätze mit kleinem Steigungswinkel = Kegelwinkel) gleichmäßiger als bei nicht selbst hemmenden Spannsätzen.
Je nach Bauform kann sich die Nabe bei der Montage axial verschieben. Spannsätze ohne axialer Verschiebung fixieren die Nabe axial. Bei Spannsätzen mit axialer Verschiebung muss die Nabe axial frei verschiebbar sein, um die Katalogwerte zu erreichen.
Edelstahl-Spannsätze für korrosive Umgebungen. Achtung: Die geringere Zugfestigkeit von Edelstahl Schrauben bedeutet ein geringeres Schrauben- Anzugsmoment. Das bedeutet ein geringeres übertragbares Drehmoment als mit Standard Spannsätzen aus Stahl.
Hochgeschwindigkeits-Spannsätze mit optimierter Massenverteilung
Spannbuchsen (z. B. ETP) für hohe Rundlaufgenauigkeit. Andere Funktionsweise als bei mechanischen Spannsätzen. Sie basiert auf dem Pascal’schen Prinzip.
Video des Funktionsprinzips einer ETP-EXPRESS® der Firma ETP
Vorteile:
Nachteile:
PRO-TIPP für mehr übertragbares Drehmoment
Reibwert durch Reinigung der Kontaktflächen erhöhen: Katalogwerte sind meist für einen Reibwert µ = 0,12 (geölt) angegeben. Durch Reinigung kann der Reibwert µ auf z.B. 0,15 erhöht werden. Das ergibt eine Erhöhung von über 20%. Eine Erhöhung des Schraubenanzugsmoments führt zu einer linearen Erhöhung des übertragbaren Drehmoments. 10% höheres Schraubenanzugsmoment = 10% höheres Drehmoment, Axialkraft aber auch Flächenpressung.
In beiden Fällen ist vorab unbedingt Rücksprache mit den jeweiligen Herstellern zu halten.
Du bist dir nicht sicher ob ein mechanischer Spannsatz die beste Lösung ist und möchtest andere Spannelemente kennen lernen? in unserem Beitrag Spannelemente – 5 Typen richtig auswählen stellen wir dir unterschiedliche Arten und Auswahlkriterien vor.
Extern wirkende Kräfte, Biegemomente, Temperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzung, chemische Einflüsse, etc. müssen berücksichtigt werden. Für Anwendungen in korrosiven Umgebungen oder in der Lebensmittelindustrie können Spannsätze aus Edelstahl oder beschichtete Spannsätze eingesetzt werden.
Hohe Temperaturen sind für (mechanische) Spannsätze in der Regel kein Problem. Der Einsatz bis zu +300° C ist nach Angaben mehrerer Hersteller möglich. Dabei ist eine unterschiedliche Wärmeausdehnung bei der Verwendung einer unterschiedlicher Materialpaarung von Spannsatz und Nabe zu beachten. Dies kann zur Erhöhung oder Verringerung der Flächenpressung führen.
Spannsätze können eingeleitete Biegemomente in gewissen Maße übertragen. Im Wesentlichen hängt die Fähigkeit dazu von der Größe der Kontaktfläche des Spannsatzes zu Welle und Nabe ab. Je größer die Kontaktfläche, desto größer das maximal zulässige Biegemoment. Durch eingeleitete Biegemomente reduziert sich das übertragbare Drehmoment.
Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen gibt es spezielle Ausführungen mit optimierter Masseverteilung. Die sorgfältige Berücksichtigung dieser Faktoren hilft, einen Spannsatz auszuwählen, der eine lange Lebensdauer und zuverlässige Funktion gewährleistet.
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Montage:
Kontaktflächen reinigen und leicht ölen
Spannsatz in Nabensitz einsetzen und auf die Welle schieben
Spannschrauben gemäß Herstellervorgaben mittels Drehmomentschlüssel anziehen
Anziehdrehmoment kontrollieren
Das Anziehen der Schrauben erfolgt in mehreren Durchgängen. Das Schraubenanzugsmoment wird bei jedem Durchgang erhöht, bis das im Herstellerkatalog definierte Moment erreicht ist. Während des Anziehens sollte der Spannsatz regelmäßig auf korrekte Position und gleichmäßige Verspannung überprüft werden. Eine präzise und korrekte Montage ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Welle-Nabe-Verbindung.
Demontage:
Spannschrauben entfernen
Schrauben in Abdrückgewinde eindrehen
Schrauben stufenweise und gleichmäßig kreuzweise mit halbem Anzugsmoment anziehen
Bei der Demontage ist es wichtig, keine übermäßige Kraft anzuwenden, da dies zu Beschädigungen führen kann. Wir empfehlen den Spannsatz vorsichtig zu lockern und gegebenenfalls leicht zu erwärmen, um die Demontage zu erleichtern. Nach der Demontage sollten alle Komponenten gründlich gereinigt und auf Verschleiß oder Beschädigungen überprüft werden.
Häufige Fehler vermeiden:
Falsche Anzugsreihenfolge
Überdrehen der Schrauben
Verwendung von Hebelwerkzeugen und „rohe Gewaltanwendung“
Montagevideo eines Spannsatzes der Firma KTR
Hier findest du einen Auszug bekannter Hersteller für mechanische Spannsätze.
Rexnord Tollok (ehemals Tollok) ist Teil des US-amerikanischen Konzern Rexnord (mittlerweile Regal/Rexnord). Das Spannsatz- Produktsegment umfasst Standard Spannsätze und Schrumpfscheiben sowie Sonderanfertigungen für spezielle Anforderungen.
Spannsätze (Standard)
Schrumpfscheiben (Standard)
KTR ist einer der bekanntesten Kupplungshersteller im Maschinenbau und der Antriebstechnik. Neben einem umfangreichen Sortiment von Kupplungen und Drehmomentbegrenzer hat KTR auch Kühlsysteme, Bremssysteme, Hydraulikkomponenten und Spannelemente im Portfolio. Das Spannsatz- Produktsegment umfasst Standard Spannsätze und Schrumpfscheiben sowie Sonderanfertigungen für spezielle Anforderungen.
Spannsätze (Standard)
Schrumpfscheiben (Standard)
Die Firma Ringfeder Power Transmission ist Hersteller von Spannsätzen, Dämpfungstechnik und Kupplungen mit einer über 100 Jahre langen Firmentradition. Das Spannsatz- Produktsegment der Spannsätze umfasst Standard Spannsätze und Schrumpfscheiben, rostfreie Spannsätze sowie Sonderanfertigungen für spezielle Anforderungen.
Spannsätze (Standard)
Schrumpfscheiben (Standard)
Die Firma Ringspann fertigt und vertriebt Freiläufe, Scheibenbremsen, Spannsätze, Schrumpfscheiben, Kupplungen, Drehmomentbegrenzer, und Spannzeuge. Das Spannsatz- Produktsegment umfasst Standard Spannsätze und Schrumpfscheiben sowie Sonderanfertigungen für spezielle Anforderungen.
Spannsätze (Standard)
Schrumpfscheiben (Standard)
Der Produktionsschwerpunkt von Firma Stüwe sind reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen. Das Produktspektrum umfasst Bremsen, Bremsscheiben, Wellenmuttern, Rotor Locks und Stop-Turn-Block-Anlagen. Das Spannsatz- Produktsegment umfasst Standard Spannsätze und Schrumpfscheiben (mechanisch und hydraulisch) sowie Sonderanfertigungen für spezielle Anforderungen.
Spannsätze (Standard)
Schrumpfscheiben (Standard)
Bei TAS Schäfer liegt der Unternehmensfokus auf dem Bereich der Welle-Nabe-Verbindungen (Reibschluss-Verbindungen). Das Spannsatz- Produktsegment umfasst Standard Spannsätze und Schrumpfscheiben (mechanisch und hydraulisch) sowie Sonderanfertigungen für spezielle Anforderungen.
Spannsätze (Standard)
Schrumpfscheiben (Standard)
Ein Spannsatz ist die ideale Lösung für spielfreie, wartungsarme und leistungsstarke Welle-Nabe-Verbindungen. Ob Standardanwendung oder High-End-Einsatz – durch die große Variantenvielfalt findest du für jeden Einsatzbereich den passenden Spannsatz.
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