Beim Einbau eines Motors in ein Gerät können bei unsachgemäßer Befestigung der Welle Drehmomentübertragungsverluste durch Schlupf sowie abnormale Schwingungen auftreten. Im schlimmsten Fall kann nicht ausgeschlossen werden, dass es zu Unfällen durch herabfallende Bauteile oder zu Schäden an der Anlage kommt.Bei medizinischen Geräten und industriellen Präzisionsgeräten kann bereits eine geringfügige Befestigungsfehler die Produktleistung und Sicherheit beeinträchtigen; daher ist die Auswahl einer präzisen Befestigungsmethode entsprechend der Wellenform unerlässlich.
Bei Motorwellen kommen hauptsächlich drei Arten zum Einsatz: D-Profil-Wellen, Rundwellen und Keilnutwellen. Diese unterscheiden sich hinsichtlich der geeigneten Befestigungsarten, des übertragbaren Drehmoments und des Bearbeitungsaufwands.In diesem Artikel werden die Merkmale der einzelnen Wellenformen sowie typische Befestigungsmethoden (Schraubbefestigung, Klemmbefestigung, Passfederbefestigung, Stiftbefestigung usw.) aus technischer Sicht erläutert und Auswahlkriterien für verschiedene Anwendungsbereiche aufgezeigt.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation Dieser Artikel wurde auf der Grundlage der hochentwickelten technischen Kompetenz und des Fachwissens erstellt, die wir seit unserer Gründung im Jahr 1919 als führendes Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung erworben haben.Unsere Abteilung analysiert kontinuierlich die Markttrends und neuesten Technologien im Bereich ultrakompakter, hochpräziser Mikromotoren und konzentriert sich darauf, Konstrukteuren und Entwicklern Informationen mit hohem Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Als Expertenteam mit fundierten Kenntnissen der Produkteigenschaften unterstützen wir Sie durch die Bereitstellung präziser und praxisorientierter Inhalte bei der Lösung Ihrer Herausforderungen und bei technologischen Innovationen. |
Unterschiede bei den Befestigungsmethoden je nach Form der Motorwelle
Die Art der Befestigung der Motorwelle hängt von der jeweiligen Wellenform ab, da je nach dieser unterschiedliche Befestigungsverfahren zur Anwendung kommen. Im Folgenden werden die drei gängigsten Wellenformen sowie deren jeweilige Aufbau und Befestigungsmethoden erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Aufbau und Befestigungsweise der D-Cut-Achse
- Aufbau und Befestigung der runden Welle
- Aufbau und Befestigungsmethoden von Keilnutenwellen
Wenn Sie die Merkmale der einzelnen Wellenformen kennen, können Sie die geeignete Befestigungsmethode entsprechend den Konstruktionsbedingungen und den Belastungen auswählen.
Aufbau und Befestigungsweise der D-Cut-Achse
Bei einer D-Cut-Welle ist an einem Teil der Welle eine ebene Fläche (D-Cut-Fläche) eingearbeitet, die zur Befestigung genutzt wird. Da es für die D-Cut-Abmessungen selbst keine einheitlichen Normen gibt und diese häufig von den Herstellerspezifikationen abhängen, ist es erforderlich, die Bearbeitungsform der Welle im Einzelfall zu überprüfen. Es gibt auch Doppel-D-Cut-Wellen, bei denen an beiden Seiten der Welle ein D-Cut eingearbeitet ist.
Die wichtigsten Befestigungsmethoden, die bei D-Cut-Wellen angewendet werden können, sind die folgenden:
| Befestigungsmethode | Merkmale |
| Schraubbefestigung | Die gängigste Methode, bei der die ebene Fläche mit einer Stellschraube (Zylinderschraube) fixiert wird |
| Klemmbefestigung | Bei diesem Verfahren wird die Welle zwischen bearbeiteten Teilen eingeklemmt und mit Schrauben festgezogen, wodurch eine stabile Befestigung gewährleistet wird |
| Befestigung durch Flächenpressung | Ein Verfahren, bei dem die Welle mit einer Klemme eingespannt und festgezogen wird. Bei runden Wellen ist die Klemmkraft höher als bei D-Profil-Wellen; da bei D-Profil-Wellen die Gefahr von Spiel besteht, ist eine Überprüfung erforderlich. |
| Stiftbefestigung | Bei diesem Verfahren wird ein Loch in die Welle gebohrt und ein Stift eingepreßt; dabei ist auf eine mögliche Verringerung der Wellenfestigkeit zu achten |
Die Getriebemotoren von C.I. Takiron sind für die Lieferung mit D-Cut-Welle ausgelegt und können in Kombination mit den oben genannten Befestigungsmethoden verwendet werden.
Aufbau und Befestigungsweise der Rundwelle
Da der runde Schaft eine durchgehende kreisförmige Außenkontur aufweist, handelt es sich um eine Schaftform, deren Befestigungseigenschaften sich je nach Wahl der Befestigungsmethode ändern. Zu den gängigen Befestigungsmethoden zählen die Flächenpressbefestigung, die Schraubbefestigung und die Stiftbefestigung. Insbesondere bei der Flächenpressbefestigung, wie sie beispielsweise bei Klemmen zum Einsatz kommt, kann der Schaft über seinen gesamten Umfang gleichmäßig eingespannt werden, wodurch unter geeigneten Befestigungsbedingungen eine stabile Drehmomentübertragung gewährleistet ist.
Aufbau und Befestigungsverfahren von Keilnutenwellen
Eine Keilnutwelle ist eine Wellenform, die durch den Einsatz von Keilen eine hohe Drehmomentübertragungskapazität gewährleistet. Sie wird in Anwendungen eingesetzt, bei denen an der Abtriebswelle hohe Drehmomente auftreten. Durch die Konstruktion, bei der der Keil (ein vorstehendes Metallteil) in die Nut der Welle und des rotierenden Teils eingepasst wird, ist eine zuverlässige Drehmomentübertragung möglich.
Die Keilabmessungen sind gemäß der JIS-Norm standardisiert; sobald der Wellendurchmesser feststeht, stehen auch die Keilabmessungen fest. Für die Bearbeitung der Keilnut am rotierenden Bauteil sind jedoch spezielle Werkzeugmaschinen erforderlich, wie im Folgenden beschrieben.
| Bezeichnung der Anlage | Merkmale |
| Brotschneidemaschine | Eignet sich für die Serienfertigung von Keilnuten mit Innendurchmesser. Es sind Spezialmaschinen und Spezialwerkzeuge erforderlich. |
| Schlitzmaschine | Die Bearbeitung von Keilnuten mit Innendurchmesser ist möglich. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist geringer als bei einer Räummaschine. |
| Draht-Funkenerosionsmaschine | Geeignet auch für komplexe Geometrien. Die Bearbeitungszeit ist lang und die Kosten hoch. |
Da die Bearbeitungsmöglichkeiten begrenzt sind, muss bereits in der Konstruktionsphase geprüft werden, ob eine Bearbeitung möglich ist. Für Anwendungen wie Industrieanlagen oder Pumpenantriebe, bei denen eine hohe Drehmomentübertragung erforderlich ist, eignet sich der Einsatz von Wellen mit Keilnut.
*Hierbei handelt es sich um allgemeine Informationen zu Motoren, nicht um Mikromotoren.
Arten von Befestigungselementen zur Verbindung von Motorwellen und Bauteilen
Bei der Verbindung der Motorwelle mit dem anzutreibenden Bauteil lassen sich je nach Art der Befestigungselemente die Demontierbarkeit verbessern und Ausrichtungsfehler ausgleichen. Im Folgenden werden typische Befestigungselemente und deren optimale Kombinationen mit den jeweiligen Wellenformen erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Arten von Kupplungen und Auswahlkriterien
- Merkmale und Anwendungsbereiche von keilfreien Buchsen
- Die optimale Kombination aus Wellenform und Befestigungselementen
Die Auswahl der Befestigungsteile hängt nicht nur von der Form der Motorwelle ab, sondern auch vom übertragenen Drehmoment und der Wartungshäufigkeit.
Arten von Kupplungen und Auswahlkriterien
Eine Kupplung ist ein mechanisches Bauteil, das die Antriebswelle – beispielsweise eines Motors – mit der Abtriebswelle verbindet und so die Kraft überträgt. Sie kommt zum Einsatz, wenn die Motorwelle verlängert werden soll oder wenn keine Bearbeitung direkt an der Motorwelle vorgenommen werden soll. Es gibt Produkte, die für verschiedene Befestigungsarten geeignet sind, darunter Schraubbefestigung, Flächenpressbefestigung und Passfederbefestigung.
Die gängigsten Arten von Kupplungen sind die folgenden.
| Arten | Merkmale |
| Starre Ausführung | Weist keine Durchbiegung auf und verfügt über eine hohe Torsionssteifigkeit. Eine hochpräzise Zentrierung der Welle ist erforderlich |
| Oldham-Ausführung | Erlaubt Exzentrizität und Winkelabweichungen und lässt sich leicht montieren. Bei Anwendungen mit hohen Drehzahlen ist eine Überprüfung der Spezifikationen erforderlich |
| Scheibenausführung | Ermöglicht eine Konstruktion mit geringem Spiel und ist für hohe Drehzahlen geeignet. Dank der einfachen Bauweise lässt sich das Teil leicht anbringen und abnehmen |
| J-Form | Das elastische Material absorbiert Stöße und Schwingungen. Hohe Vielseitigkeit |
Bei der Auswahl wählen Sie den für die Konstruktionsbedingungen geeigneten Typ auf der Grundlage des zulässigen Drehmoments, der zulässigen Fehlausrichtung (Achsenversatz) und der Drehzahl aus.Bei medizinischen und industriellen Geräten ist es effizient, auch die Wartungsfreundlichkeit beim Austausch des Motors im Blick zu behalten. Die Mikromotoren von C.I. Takiron sind sowohl mit D-Profil-Welle als auch mit Rundwelle erhältlich und lassen sich mit verschiedenen Kupplungen verbinden.
Merkmale und Anwendungsbereiche von keilfreien Buchsen
Die keilfreie Buchse ist ein Bauteil, das die Welle direkt mit rotierenden Bauteilen wie Zahnrädern oder Riemenscheiben (Naben) verbindet.Sie nutzen das „Keilprinzip“ aufgrund ihrer konischen Form und verfügen über eine Konstruktion, die das Drehmoment durch Flächenpressung überträgt. Beim Anziehen der Schraube erzeugt die konische Fläche eine hohe Reibungskraft zwischen Welle und Aufnahmekörper, wodurch eine feste Befestigung auch ohne Keilnut möglich ist.
Keyless-Buchsen bieten die folgenden Vorteile.
[Die wichtigsten Vorteile von keyless-Buchsen]
- Vermeidung von Spannungskonzentrationen an Welle und Nabe durch den Verzicht auf die Herstellung von Keilnuten
- Einfaches Anbringen und Abnehmen allein durch das Nachziehen der Schrauben
- Sicherstellung einer hohen Drehmomentübertragungskapazität durch die Entstehung von Reibungskräften über die gesamte Kontaktfläche
Es handelt sich um Befestigungselemente, die in Anwendungen wie Industriepumpen und Förderbändern zum Einsatz kommen, bei denen eine häufige Montage und Demontage erforderlich ist.
Die optimale Kombination aus Wellenform und Befestigungsteilen
Durch die richtige Kombination von Wellenform und Befestigungselementen lässt sich die für den jeweiligen Anwendungszweck optimale Befestigungsmethode realisieren. Im Folgenden sind die empfohlenen Befestigungselemente und Befestigungsmethoden für die einzelnen Wellenformen zusammengefasst.
| Wellenform | Empfohlene Befestigungselemente und -verfahren | Geeignete Anwendungsbereiche |
| D-Cut-Welle | Kupplungen mit Schraub- oder Klemmbefestigung | Einfacher Anschluss an handelsübliche Kleinmotoren und einfache Auswahl der Komponenten |
| Wellen mit Keilnut | Kupplung mit Passfederbefestigung | Anwendungen mit hoher Belastung, bei denen an der Abtriebswelle ein hohes Drehmoment auftritt |
Darüber hinaus eignet sich für Anwendungen mit hoher Belastung die Kombination aus einer Wellen mit Passfedernut und einer Passfederverschlusskupplung. Es wird empfohlen, eine den Anwendungsbedingungen entsprechende Kombination auszuwählen und die Leistungsfähigkeit bereits in der Prototypenphase zu überprüfen.
*Hierbei handelt es sich um allgemeine Angaben zu Motoren und nicht um unsere Mikromotoren.
Praktische Hinweise zur Befestigung der Motorwelle
Bei den verschiedenen Methoden zur Befestigung der Motorwelle sind jeweils bestimmte praktische Aspekte zu beachten. Wenn Sie die Eigenschaften der einzelnen Befestigungsverfahren verstehen und bereits in der Konstruktionsphase entsprechende Maßnahmen ergreifen, können Sie Probleme nach der Montage vermeiden.
Inhalt dieses Abschnitts
- Mechanismen der Schraubenlockerung und Gegenmaßnahmen
- Technische Herausforderungen und Kostenaspekte bei der Herstellung von Keilverbindungen
- Risiko einer verminderten Festigkeit bei der Befestigung mit Stiften und Anwendungsbereich
Bitte machen Sie sich mit den Schwachstellen der einzelnen Befestigungsmethoden und den entsprechenden Gegenmaßnahmen vertraut und wählen Sie eine Befestigungsmethode aus, die den Einsatzbedingungen entspricht.
Mechanismen der Schraubenlockerung und Gegenmaßnahmen
Die Schraubverbindung (Feststellschraube) ist zwar eine einfache Methode, es besteht jedoch die Gefahr, dass sich die Schraube löst. Da Feststellschrauben eine geringe Haltekraft aufweisen, eignen sie sich für Anwendungen mit geringer Belastung; bei Anwendungen mit hoher Belastung ist jedoch eine sorgfältige Prüfung erforderlich.
Einer der Hauptgründe für das Lösen von Schrauben ist der Rückgang der Reibungskraft zwischen der Auflagefläche und dem Bauteil.Die Muster des Lösens lassen sich in zwei Arten unterteilen: Fälle, in denen sich die Mutter löst, ohne sich zu drehen ( Anfangslockerung, Einfallen, Vibrationen, Temperaturunterschiede ), und Fälle, in denen sich die Mutter durch Rückdrehung löst.
Eine Maßnahme zur Verhinderung des Lösens besteht darin, die Axialkraft durch regelmäßiges Nachziehen wiederherzustellen.Darüber hinaus sind die Verwendung von Federscheiben oder gezahnten Unterlegscheiben, das Festziehen mit Doppelmuttern sowie das Auftragen von Schraubensicherungsmittel auf den Gewindebereich wirksame Maßnahmen. Da Feststellschrauben (Stellschrauben) keine Auflagefläche aufweisen, können die bei gewöhnlichen Schrauben und Muttern verwendeten Unterlegscheiben nicht eingesetzt werden.Als Maßnahme gegen das Lösen von Stellschrauben wird ein Schraubensicherungsmittel auf den Gewindebereich aufgetragen. Bei D-Profil-Wellen ist das Lösen aufgrund der Konstruktion, bei der die flache Fläche durch die Schraube festgeklemmt wird, weniger wahrscheinlich als bei Rundwellen; bei Anwendungen mit hoher Belastung sollten Sie jedoch den Wechsel zu einer Klemmverbindung oder einer Flächenpressverbindung in Betracht ziehen.
Technische Herausforderungen und Kostenaspekte bei der Herstellung von Keilverbindungen
Die Passfederbefestigung ist ein Verfahren, das eine hohe Drehmomentübertragung gewährleistet; für die Bearbeitung der Passfedernuten sind jedoch spezielle Anlagen erforderlich. Insbesondere für die Bearbeitung der Passfedernuten an rotierenden Bauteilen stehen nur begrenzt geeignete Anlagen zur Verfügung, sodass dies für Einzelpersonen oder kleine Betriebe unter Umständen schwierig umzusetzen ist.
Die für die Herstellung von Keilnuten erforderlichen Anlagen und deren Merkmale sind wie folgt:
| Bezeichnung der Anlage | Merkmale |
| Brotschneidemaschine | Eignet sich für die Serienfertigung von Keilnuten mit Innenbohrung. Die Anschaffungskosten für die Anlage sind hoch. |
| Schlitzmaschine | Die Bearbeitung von Keilnuten mit Innendurchmesser ist möglich. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist geringer als bei einer Räummaschine. |
| Draht-Funkenerosionsmaschine | Geeignet auch für komplexe Formen. Die Bearbeitungszeit ist lang und die Kosten sind hoch |
Im Allgemeinen steigen die Bearbeitungskosten und der Montageaufwand tendenziell an. Es ist erforderlich, bereits in der Konstruktionsphase zu prüfen, ob eine Keilnutbearbeitung möglich ist, und sich im Voraus über die Ausrüstung des Bearbeitungsbetriebs zu informieren. Bei Anwendungen mit hoher Belastung, bei denen eine zuverlässige Drehmomentübertragung erforderlich ist, ist der Einsatz einer Keilverbindung auch unter Berücksichtigung der höheren Kosten angemessen.
Risiko einer verminderten Festigkeit bei der Befestigung mit Stiften und Anwendungsbereich
Bei der Befestigung mit Stiften wird ein Loch in die Welle gebohrt und der Stift eingepreßt. Es ist zu beachten, dass die Festigkeit der Welle an der Bohrstelle abnimmt und es zu Spannungskonzentrationen kommen kann. Bei mangelnder Bearbeitungsgenauigkeit lässt sich der Stift nicht korrekt einpressen, sodass die Befestigung selbst nicht zustande kommt.
Falls keine ausreichenden Festigkeitsberechnungen und keine ausreichende Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet werden können, ist eine sorgfältige Abwägung erforderlich. Wenn Sie jedoch bei einem Eigenbau eine stabilere Befestigung als mit Feststellschrauben erzielen möchten, besteht auch die Möglichkeit, Passstifte (Parallelstifte, Kegelstifte usw.) zu verwenden. Dies ist eine sinnvolle Option für selbstgebaute Roboter und Prototypen.
Da die kernlosen Motoren von C.I. Takiron keinen Eisenkern besitzen, treten prinzipiell keine Ruckler (Ungleichmäßigkeiten in der Drehbewegung) auf, und sie zeichnen sich durch geringe Vibrationen während des Motorbetriebs aus. Werden die Schwingungseigenschaften bereits bei der Motorauswahl berücksichtigt, ist eine Konstruktion möglich, die die Belastung der Befestigungsstellen verringert.
Zusammenfassung
Die Befestigungsmethode für die Motorwelle und die Abtriebswelle des Getriebekopfes muss entsprechend der Wellenform (D-Profil-Welle, Rundwelle, Keilnutwelle) und den Einsatzbedingungen angemessen ausgewählt werden. Die D-Profil-Welle ist eine Form, die in kleinen Getrieben zum Einsatz kommt, und wird in der Regel in Kombination mit Schraub- oder Klemmbefestigungen verwendet.Da bei Rundwellen ein Kontakt über den gesamten Umfang möglich ist, lässt sich mit dieser Form in Kombination mit Flächenpressverbindungen wie Spannvorrichtungen leicht eine hohe Drehmomentübertragungskapazität gewährleisten. Keilnutwellen ermöglichen eine hohe Drehmomentübertragungskapazität und eignen sich daher für Anwendungen mit hohen Drehmomenten.
Die Schraubbefestigung ist zwar einfach, birgt jedoch die Gefahr des Lösens, während die Passfederbefestigung zwar stabil ist, in der Praxis jedoch nur mit begrenzten Bearbeitungsmöglichkeiten realisierbar ist. Durch den Einsatz von Befestigungselementen wie Kupplungen oder keilfreien Buchsen lassen sich die Montage- und Wartungsfreundlichkeit weiter verbessern.
Machen Sie sich mit den Eigenschaften der jeweiligen Wellenformen sowie den Vorteilen und zu beachtenden Punkten der Befestigungsmethoden vertraut und prüfen Sie bereits in der Konstruktionsphase die optimale Kombination.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
