geklemmt

Eine gekeilte Verbindung nutzt einen rechteckigen Metallkeil, genannt Keil, der in entsprechende Nuten an der Welle und der Nabe passt, um Drehmoment zu übertragen und relative Drehung zu verhindern. Die Nut in der Welle heißt Wellennut; die Nut in der Nabe oder dem Rad heißt Nabennut. Wenn der Keil vollständig in beiden Nuten sitzt, bewegen sich die beiden Teile als eine Einheit, wobei der Keil die Scherkraft zwischen ihnen aufnimmt.

Keile gibt es in mehreren Standardprofilen. Der häufigste ist der Quadratkeil, ein einfacher rechteckiger Stab mit einer Tiefe, die üblicherweise ein Viertel des Wellendurchmessers beträgt. Parallelnuten-Keile haben ebene Ober- und Unterseiten und leicht schräge Flanken; sie werden von der Wellenende eingeschoben. Woodruff-Keile sind halbkreisförmig und sitzen in einer gewölbten Wellennut, was bessere Konzentrizität für hochdrehende Anwendungen bietet. Keile mit Hakenkopf haben einen vorstehenden Kopf zum Herausschlagen mit Hammer oder Abzieher, nützlich bei montageintensiven Arbeiten.

Die gekeilte Verbindung überträgt Leistung durch Reibung und direkten Kontakt zwischen den Keulflanken und den Wänden beider Nuten. Die Tragfähigkeit hängt von der Keillänge, der Werkstoffestigkeit und dem senkrecht auf den Keil wirkenden Druck ab. Ein kurzer Keil an einer Welle, die Stoßlasten trägt, kann abscheren; eine zu kleine Wellennut kann unter zyklischer Belastung verformen. Umgekehrt wird eine überauslegete Keilverbindung zu einer starren Verbindung, die möglicherweise Lagerausfälle an anderer Stelle des Systems verschleiert.

Typische Ausfallarten und Auslegung

Keile versagen durch Abscheren, wenn das Drehmoment ihre Querschnittsfestigkeit überschreitet, durch Druckverformung, wenn das Material in der Wellennut oder Nabennut unter konzentriertem Druck nachgibt, oder durch Verschleiß durch Fretting, wenn trotz des Keils relative Bewegung auftritt. Das Keilmaterial ist fast immer gehärteter Stahl, um Verformungen zu widerstehen; die Werkstoffe von Welle und Nabe sind unterschiedlich. Richtige Passung erfordert minimale Spiele; ein lockerer Keil verursacht Verschleiß und Geräusche, ohne volles Drehmoment zu übertragen.

Gekeilte Baugruppen werden in Anwendungen bevorzugt, bei denen regelmäßige Demontage erforderlich ist und Konzentrizität nicht kritisch ist, wie Riemenscheiben, Zahnkränze und Zahnräder an allgemeinen Maschinen. Bei Präzisionsspindeln oder hochdrehenden Wellen ersetzen Keilwellen oder Schrumpfsitze oft Keile, weil Keile Spannungskonzentrationen am Nutgrund erzeugen und das Dauerfestigkeitsrisiko erhöhen. Der Begriff gekeilte wird auch auf das fertige Produkt angewendet: eine gekeilte Welle, eine gekeilte Nabe oder eine gekeilte Kupplung.