Inhaltsverzeichnis

Modul Verbindungstechnik
Inhaltsverzeichnis
Ausbildungsthema
Einteilung
...............................................3
Unterscheidung zwischen lösbaren und unlösbaren Verbindungen . . . . . 3
Lösbare Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Schrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Gewindeeinsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Muttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Schraubensicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Arbeitsregeln zum Drehmomentsschlüssel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Stiftverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Stift-Arten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Stift-Formen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Welle-Nabe-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Welle-Nabe-Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Formschluss-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraftschluss-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wellensicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pressverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Längseinpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schrumpfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arbeitsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dehnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
17
17
19
20
21
21
21
21
21
Unlösbare Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Nietverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nietformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nietwerkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nieten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Montageanleitung Setzvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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24
24
24
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Lötverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Definition Löten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lötverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Lehrlingsversion, Art.-Nr. 4104
Instruktor-, Lehrmeisterversion, Art.-Nr. 4129
Modul Verbindungstechnik
Ausbildungsthema
Schweissverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Einteilung der Schweissverfahren mit ihren Ordnungsnummern . . . . . . . 30
Nahtdarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Verbindungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Schweisspositionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Arbeitssicherheit bei Schweissarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Farbkennzeichnung von Gasflaschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Gasschmelzschweissanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Gasschmelzschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Arbeitsregeln beim Gasschmelzschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Arbeitssicherheit beim Gasschmelzschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Lichtbogenschmelzschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Schutzgasschmelzschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Arbeitssicherheit beim Lichtbogenhandschweissen und
beim Schutzgasschmelzschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Fehler beim Metalllichtbogenschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Fehler beim Schutzgasschweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Fehler beim Wolfram-Inertgas-Schweissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Beispiel für Schweissnahtfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Trennverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Vorteile des Klebens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Nachteile des Klebens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Adhäsion und Kohäsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Klebstoffarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Klebstoffübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Eigenschaften aushärtender Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Viskosität der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Technische Angaben und Lagerfähigkeit der Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . 76
Arbeitssicherheit bei der Verarbeitung von Klebstoffen . . . . . . . . . . . . . . 76
Vorbereiten der zu verklebenden Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Die Klebeverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Zerstören von Klebeverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Arbeitsvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Konstruktionsvorgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nahtarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schweissnaht-Vorbereitung und Schweissstösse . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Messen einer Schweissnaht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
85
85
86
87
88
Prüfungsfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
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Modul Verbindungstechnik
Welle-Nabe-Verbindungen
Die Welle-Nabe-Verbindung
Maschinenelemente wie Riemenscheiben, Kupplungen und Zahnräder müssen mit Wellen
drehfest verbunden werden. Nach der Art der Kraftübertragung unterscheidet man:
Kraftschluss-Verbindungen:
Formschluss-Verbindungen:
formschlüssig
kraftschlüssig
Sie übertragen Kräfte (Drehmomente) durch
ineinanderpassende Formen. Dabei ist eine axiale
Verschiebung von Welle und Nabe möglich.
Sie übertragen Kräfte durch Reibung
zwischen Welle und Nabe.
Formschluss-Verbindungen
Eine weit verbreitete Formschluss-Verbindung ist die Federkeilverbindung, auch Passfederverbindung genannt.
Nabennutgrund
Federkeil
Welle
Nabe
Seitenflächen
Der Federkeil, dessen parallele Seitenflächen in der Wellen- und Nabennut anliegen, wirkt dabei als
formschlüssiger «Mitnehmer». Bei Zahnrädern, die zum Schalten auf einer Welle verschoben werden müssen, erhalten die Federkeile durch entsprechende Toleranzen einen Gleitsitz.
Bauteile, welche axial verschiebbar sind und grosse Drehmomente übertragen müssen, werden mit
einer Keilwellenverbindung versehen.
Keilnabe
Keilwelle
Nabe
Welle
Keilwellenverbindungen werden für hochbeanspruchte Mitnehmerverbindungen, z.B. Getriebewellen von Werkzeugmaschinen und Kraftfahrzeugen verwendet. Durch eine gerade Anzahl von
Nuten entsteht eine gerade Anzahl von Federkeilen, welche das Drehmoment gleichmässig über
den Umfang verteilt übertragen.
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Modul Verbindungstechnik
Zahnwellenverbindungen besitzen statt des Federkeiles bei den Keilwellen ein Kerbzahn- oder
Evolventenzahnprofil.
Nabe
Nabe
Welle
Welle
Die Kerbverzahnung eignet sich für
Verbindungen, die selten gelöst werden.
Die Evolventenzahnprofile besitzen Flanken wie
bei Zahnrädern. Die Anzahl Zähne ist vom Durchmesser der Welle und vom Modul abhängig.
Durch die feinere Zahnung gegenüber dem Keilwellenprofil werden Welle und Nabe weniger
geschwächt.
Polygonwellenverbindungen sind Welle-Nabe-Verbindungen mit grosser Zentriergenauigkeit. Da
sie praktisch keine Kerbwirkung haben, können gegenüber Federkeil-Verbindungen grössere
Drehmomente übertragen werden.
Nabe
Welle
Polygon (gleich dick)
Quadratpolygon
Weiter werden im Grossmaschinenbau und bei rauhem Betrieb auch Keilverbindungen verwendet.
Durch das Eintreiben der Keile (Neigung 1 : 100) werden Welle und Nabe gegeneinander verspannt.
Die Keile werden unterteilt in Treibkeile (Einlegekeile und Tangentialkeile), Federkeile, und Nasenkeile.
120°
1:100
Treibkeil (Einlegekeil)
Treibkeil (Tangentialkeil)
Kegelverbindungen mit Scheibenfedern
wirken kraftschlüssig durch die Kegelverbindung und formschlüssig durch die
Scheibenfeder.
Scheibenfeder
Einlegekeil
1:100
Treibkeil
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Passfeder
Nasenkeil
Stirnzahnverbindungen sind selbstzentrierende
Verbindungselemente. Sie werden wegen der
hohen Teilgenauigkeit für Rundschalttische eingesetzt.
Stirnverzahnung
Kegelrad
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1:100
Welle
Modul Verbindungstechnik
Kraftschluss-Verbindungen
Bei den Kraftschlussverbindungen können Nabe und Welle in jeder Winkelstellung verspannt werden. Die Wellen werden glatt ausgeführt und sind nicht durch Nuten oder Querbohrungen geschwächt.
Klemmverbindungen besitzen geschlitzte
oder geteilte Naben, die durch Schrauben
mit der Welle verspannt werden.
geschlitzte Nabe
Kegelverbindungen bestehen aus einem WellenAussenkegel und einem Naben-Innenkegel. Durch
axiales Spannen werden grosse Kräfte hervorgerufen, die entsprechend grosse Reibungskräfte
verursachen.
Wellenkegel
Ringfederspannverbindungen entstehen durch gegenseitiges Verspannen ringförmiger
Spannelemente. Durch eine mit Schrauben erzeugte Axialkraft werden die Ringe radial geweitet
bzw. zusammengedrückt und verspannen so Welle und Nabe miteinander.
kegelige Spannelemente
Druckhülsen sind Spannelemente aus federhartem Stahl mit mehreren Eindrehungen am
Aussendurchmesser und in der Bohrung. Durch das Anziehen der Schrauben werden die radial
leicht schräg stehenden Wandungen aufgerichtet und die Durchmesser geringfügig verändert.
Druckhülse
Spannschraube
Sternscheibenverbindungen entstehen durch axiales Spannen von flachkegeligen, radial geschlitzten Ringscheiben. Diese richten sich auf und pressen sich gegen die Bohrung des Aussenteils und
gegen die Wellen. Die Anzahl der Scheiben ist abhängig vom zu übertragenden Drehmoment.
Sternscheibe
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Modul Verbindungstechnik
Lichtbogenschmelzschweissen
Lichtbogenschmelzschweissverfahren haben in der Fügetechnik besondere Bedeutung. Sie gliedern
sich in Metalllichtbogenschweissen, Schutzgasschweissen, Unterpulverschweissen.
Lichtbogenschmelzschweissen
Metalllichtbogenschweissen
Lichtbogenhandschweissen
Schutzgasschweissen
…
Metall-Schutzgasschweissen
Unterpulverschweissen
Wolfram-Schutzgasschweissen
Stromkreis bei Lichtbogenschmelzschweissen:
Beim Lichtbogenschmelzschweissen wird mit Hilfe des elektr. Stromes durch die Wirkung eines
Lichtbogens die Schweisstemperatur erzeugt. Dabei bilden während des Schweissvorganges die
Spannungsquelle, der Lichtbogen und das Werkstück einen Stromkreis.
Stromfluss im Lichtbogen:
Wenn beim Heranführen der Elektrode an das Werkstück der Abstand genügend klein ist oder gar ein
Kurzschluss herbeigeführt wurde, so bleibt der Lichtbogen über eine gewisse Länge erhalten, denn
Atome der Umgebung werden in elektrisch positiv geladene Ionen und Elektronen aufgespalten und
ermöglichen die bessere Leitung. Sie findet im violett leuchtenden Kern des Lichtbogens statt.
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Modul Verbindungstechnik
Bewegung der Ladungsträger im Lichtbogen:
Elektrode (Minuspol)
Elektronen
Ionen
Werkstück (Pluspol)
• Durch Spaltung von Atomen entstehen im Lichtbogen Ionen und Elektronen. Diese Ladungsträger ermöglichen den Stromfluss.
Die Elektronen werden im Lichtbogen besonders hoch beschleunigt und geben beim Auftreffen auf
den positiven Pol dort ihre Energie ab. Darum ist beim Schweissen mit Gleichstrom die Temperatur
am Pluspol etwa 600°C höher als am Minuspol.
Temperaturen beim Schweissen mit Gleichstrom:
Elektronenbewegung
Pole
fest
Gleichspannung
3600°C
4200°C
• Beim Schweissen mit Gleichstrom ist der Pluspol heisser.
Im Lichtbogen entstehen zusätzlich Wärmestrahlen und besonders ultraviolettes Licht Haut und
Augen müssen durch entsprechende Schutzgläser, Schutzhauben und Schutzkleider vor dieser
Strahlung geschützt werden.
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Modul Verbindungstechnik
Lichtbogenhandschweissen:
Beim Lichtbogenhandschweissen brennt der Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem
Werkstück. Lichtbogen und Schmelzbad werden vor dem Zutritt der Atmosphäre nur durch Rauch
und Schlacke abgeschirmt, die von der Elektrode stammen.
Zur einwandfreien Durchführung einer Lichtbogenhandschweissung muss der Schweisser die folgenden Hilfsmittel sachgerecht auswählen bzw. einstellen:
–
–
–
–
Schweissstromquelle und Schweissstromkennlinie
Art der Schweisselektrode (Werkstoff, Umhüllung)
Durchmesser der Schweisselektrode
Schweissstrom
Kernstab
Umhüllung
Übergang
von Metall
und Schlacke
schützender
Gasmantel
Wahl der Schweisselektrode:
Bei der Auswahl der Elektroden sind folgende Gesichtspunkte zu berücksichtigen:
Schweiss-Strom
Schweiss-Position
Werkstückdicke
Material der zu verbindenden Bauteile
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