Keil (Technik)

Historische Keilverbindungen

Ein Nasenkeil am Zapfen und Segmentzahnrad eines Gießereiofens

Holzverbindung-Längsverbindung der Deutsche Keil

Holzverbindung-Längsverbindung der Französische Keil

Der Keil ist ein Maschinenelement und dient als Welle-Nabe-Verbindung. Der Keil ähnelt optisch einer Passfeder, ist jedoch mit einem Winkel von 34' angeschrägt (entspricht einem Tangens von 1:100) und wird mit dem Hammer in die zugehörige Nut eingetrieben. Im Gegensatz zur Passfeder, bei der die Kraftübertragung zwischen Welle und Nabe durch Formschluss erfolgt, erfolgt diese bei einer Keilverbindung durch Kraftschluss auf seinen angeschrägten Flächen in radialer Richtung. Eine spezielle Form ist der Nasenkeil, der an einem Ende verstärkt ist, sodass man ihn leicht mit einem Keilzieher lösen kann. Eine weitere Bauform ist der Hohlkeil, der ohne Nut in der Welle auskommt.

Zu dieser Gruppe von Maschinenelementen gehört weiterhin der Einlegekeil, bei dem die zugehörige Nabe auf den in die Welle eingelegten Keil getrieben wird.

Der Nachteil dieser Keile liegt in der Tatsache, dass kein korrekter Rundlauf von Welle und Nabe erreicht werden kann. In axialer Richtung lässt sich die Nabe nur mit einer durchgehenden Nut in einer exakten Stellung auf der Welle fixieren. Deshalb wird die Keilverbindung nur bei Verbindungen verwendet, bei denen keine hohe Genauigkeit notwendig ist, beispielsweise bei langsam laufenden Wellen. Die maximale Drehzahl bei Keilverbindungen liegt bei etwa 1200/min, wobei dann bereits eine starke Unwucht des Systems spürbar ist. Von Vorteil ist, dass keine weitere axiale Sicherung der Nabe auf der Welle erforderlich ist.

Als Werkstoff für Keile wird meist C45K verwendet, die Fertigung erfolgt nach DIN 6880.

Anwendungsbereiche

Keilverbindungen werden hauptsächlich in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Landmaschinen
• Baumaschinen
• Förderanlagenbau

Der Vorteil von Keilverbindungen ist die große Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen.

Keile bewirken aufgrund ihres Einbaus ein sehr ungünstiges Belastungsprofil, da es nur zwei Berührungsflächen zwischen Welle und Nabe gibt: die erste beim Einsatzpunkt des Keiles und die zweite an der genau gegenüberliegenden Stelle der Welle. Werden zwei Keile eingesetzt, so werden diese um 120° versetzt angeordnet, wodurch sich drei Berührpunkte von Welle und Nabe ergeben. Dadurch ist die Verbindung für Wechsel- und Stoßbeanspruchung besser geeignet.

Auslegung der Keilverbindung

Die Auslegung einer Keilverbindung erfolgt über die zulässige Flächenpressung an den Flanken, da eine exakte Berechnung aufgrund der unbekannten tatsächlich wirkenden Eintreibkräfte nicht möglich ist. Daher wird diese Vorspannung in der weiteren Berechnung vernachlässigt, und man greift für die zulässigen Flächenpressungswerte auf Erfahrungswerte zurück. Die tatsächlich wirkende Flächenpressung errechnet sich wie folgt: $p={F_{u} \over {t_{2}l_{t}i}}$ Flächenpressung an den Flanken in $N \over {mm^{2}}$. Wobei

• $F_{u}$ die Umfangskraft an der Welle ist, welche sich aus dem zu übertragenenden Drehmoment ergibt,
• ${t_{2}}$ die Nabennuttiefe ist,
• $l_{t}$ die tragende Keillänge ist und
• $i$ die Anzahl der am Umfang angeordneten Keile ist.