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Keile

[426] Keile sind entweder Stellkeile oder Befestigungskeile.

Als Stellkeile benutzt man sie in Lagern zur Nachstellung der Lagerschalen, besonders in Kurbellagern (s.d.), Pleuelstangenköpfen (s.d.), auch an Führungen, Kreuzkopfschuhen u.s.w. Zur Verschiebung und Festhaltung des Keiles dienen Schrauben; man bemißt diese für eine Kraft P = Q · tg α, entsprechend dem Anzugwinkel des Keiles, als ob er reibungslos wäre, sofern die Schrauben nicht unter dem Betriebsdruck angezogen werden. Andernfalls sind nach Fig. 1 die Reibungen bei Q, R und F zu berücksichtigen; wenn die Reibziffer an den drei Stellen gleich tg ρ gesetzt wird, ist P = Q tg (α + 2 ρ). Die Kraft zum Lösen des Keiles unter Belastung ist Q · tg (2 ρ – α).

Befestigungskeile erhalten so geringen Anzug, daß sie sich nicht von selbst lösen, 1 : 20 bis 1 : 100, allenfalls Sicherung durch Splinte oder Schrauben (Fig. 3 und 4). Wenn ein Keil durch Hammerschläge eingetrieben wird, so durchläuft ihn bei jedem Schlage eine elastische Welle, so daß er trotz der Reibung weiter vordringt. Dadurch entsteht eine »Spannungsverbindung«, bei der die Betriebskräfte keine weiteren elastischen Formänderungen hervorrufen.

Querkette durchdringen diametral ein Stangenende, das in einer Hülfe nach Fig. 2 mit Kegelform von 5–6° ganzem Spitzenwinkel eingeschliffen ist, oder nach Fig. 3 zylindrisch eingepaßt und mit dem Stirnende (oder außen mit einer Schulter) anliegt. Für eine Kolbenstange kann man die in Fig. 2 gegebenen Verhältnisse annehmen und danach rechnen: Die Zugspannung des Stangenquerschnittes neben dem Keilloch s = P/(π d²/4 – b d) muß unterhalb des normalen Wertes von etwa 500 kg/qcm bleiben. Der Keil wird durch die Stangenkraft P im wesentlichen auf Biegung beansprucht, wobei man die Kraft zu beiden Seiten der Mittellinie verteilt denken kann (Fig. 3). Aus der Biegungsformel P a/2 = s b h²/6 ergibt sich die Spannung s, die bis 1500 kg/qcm für den Gußstahlkeil betragen darf. Die Schubspannung t = P/2 b h wird daneben gering. Der Flächendruck zwischen dem Keilrücken und der Laibung des Keilloches in der Stange p = P/b d kommt auf etwa 1000 kg/qcm. Ebenso ist der Flächendruck in der Hülfe p = P/2 b w innerhalb der zulässigen Druckspannung, z.B. 900 für Gußeisen, zu halten, und die Wandstärke w der Hülfe am Keilauflager danach zu bemessen. Zum Austreiben der Stange steht man eine Oeffnung des Kreuzkopfes in der Achsenrichtung vor. – Streitkeile, Fig. 4, in den Enden einer gegabelten Pleuelstange streifen den Kreuzkopfbolzen an einer angefeilten ebenen Fläche und liegen am Rücken über die ganze Länge auf; Lochränder und Keilrücken sind halbkreisförmig abgerundet.

Nabenkeile zur Befestigung von Naben auf Wellen tragen die schräg geneigte Keilfläche außen an der Nabenseite; der Anzug beträgt 1 : 40 bei bequemer Handarbeit, bis 1 : 100 bei maschinenmäßiger Herstellung. Ueber Federkeile ohne Anzug s. Bd. 3, S. 654. – Nasenkeile, Fig. 5, verwendet man nur, wo die hintere Nabenseite zum Austreiben des Keiles nicht zugänglich ist, überdeckt aber die Nase zum Schutz der Arbeiter mit runden Hülsen, Fig. 6. Die[426] Herstellung der Nasenkeile erfolgt nicht durch Auftauchen, sondern durch Ausstrecken eines Stahlstabes von der Höhe der Nase.

Nutkeile, Fig. 7, dienen ganz allgemein zur Beteiligung von Zahnrädern, Kupplungen, Riemscheiben, kleinen Schwungrädern u.s.w. Sie liegen mit der Breite b passend in Nuten der Welle und Nabe, und zwar so tief, daß der Mittelpunkt ihres Querschnittes gerade in den Wellenumfang fällt. Die Keilhöhe, am dicken Ende gemessen, ist h = 0,6 b. Die Breite wird nach der Welle oder Bohrung d bestimmt, wenn diese normal, d.h. dem von der Nabe zu übertragenden Moment gerade angemessen ist; b = ¹/₅ d + 5 mm bis ¹/₄ d + 4 mm. – Flachkeile, Fig. 8, die auf einer ebenen Fläche der Welle aufliegen, bieten etwas größere Sicherheit der Kraftübertragung als die dem Wellenumfang angepaßten Hohlkeile, Fig. 9, die für leichte Riementriebe genügen. Sie erhalten beide h = 0,5 b.

Jul. Roemmele in Freiburg i. B. fertigt Flußstahlkeile mit Rillen längs der Mitte der Druckflächen (Fig. 5–9) zur besseren Anlage der seitlichen Flächenteile und zur Einflößung von Petroleum beim Lösen. Seine bewährten Normalmaße gibt folgende Tabelle wieder:

100 Stück Nutkeile von b cm Breite und l cm Länge kosten ungefähr b (l + 6) ℳ., Nasenkeile 1,4 b (l + 10) ℳ.; Flachkeile 5% weniger, Hohlkeile 10% mehr. Stahlblechlehren zum Vorreißen der Nuten an Welle und Nabe kosten für d = 20–200 mm oder 300–500 mm 80ℳ., für 20–100 oder 200–300 mm 50 ℳ.

Quadratkeile, Fig. 10, finden sich seltener, z.B. an schweren Wasserrädern und auch bei kleinen Modellen; b = h = 0,1 d + 10 mm. – Rundteile, Fig. 11, für Kurbelnaben lassen sich nur an Stirnenden und bei gleicher Härte von Welle und Nabe anbringen, weil das Loch erst nach dem Aufziehen der Nabe gebohrt und konisch aufgerieben wird. Keilstärke = 0,1 d + 10 mm.

Doppelteile benutzt man, um starke Momente an Schwungrädern, Seilscheiben und großen Zahnrädern zu übertragen und um einseitiges Verspannen der Räder durch einen Keil zu vermeiden, und zwar: einen Nutten und einen Flachkeil mit Versetzung um 90° am Wellenumfang, und bei geteilten Naben vorzugsweise die Tangentialkeile, Fig. 12; hierbei liegen zwei Paar Keile, deren Symmetrieachse in die Nabenfuge fällt, je mit schräger Fläche aneinander zwischen parallelen Druckflächen von Welle und Nabe. Die ganze Keilhöhe ist h = ¹/₄ d + 4 mm, die Breite b = 0,3 h + (1–2) mm.

Die Keile sind in dreierlei Art wirksam: 1. durch Reibung, die beim Hohlkeil ausschließlich wirkt, Fig. 13. Die Kraft p l b drückt sowohl zwischen Keil und Welle als auch am gegenüber liegenden Wellenumfang auf die Nabe und überträgt das Moment p l b μ 2 d/2 = M₁ entsprechend einem Torsionsmoment der Welle 0,2 d³ t₁. Mit p = 600 kg/qcm Flächendruck, l = 1,33 d, b = 0,3 d, μ = ¹/₆ wird t₁ = 200 kg/qcm. – Wenn die Welle nur einen Teil M₀ des ihrer Stärke zukommenden Torsionsmomentes an der Nabe absetzt, hätte man den Keil für den Durchmesser d₀ zu bemessen, der sich aus M₀ = 0,2 d³ t mit t = 200 ergibt und nach den vorstehenden Annahmen zu setzen b = 0,3 d₀ √d₀/d. – 2. Einseitige Klemmung des Keiles [1] kommt besonders dem Flachkeil zu, Fig. 14. Unter Annahme von Dreiecksbelastung mit 2 p = 1200 kg/qcm Druck längs der einen Kante geht die Resultierende der Kraft 2 p l b/2 im Schwerpunktsabstande b/6 neben der Mitte hin und äußert das Moment M₂ = p l b²/6. Im günstigsten Falle kann man hier die Reaktion am gegenüber liegenden Wellenumfang wieder um b/6 jenseits der Mittellinie wirksam annehmen und erhält dabei M₂ = 2 p l b²/6 = 0,2 d³ t₂, daraus t₂ = 60–120 kg/qcm 0,3 t₁ bis 0,6 t₁. – 3. Seitlicher Flankendruck [2] ist bei Federkeilen ausschließlich wirksam, bei Tangentialkeilen hauptsächlich und tritt auch bei Nutkeilen auf, Fig. 15. Setzt man den Druck gleich 2 p und die Höhe des Nutrandes an der Welle ¹/₃ h = 0,2 b, so wirkt die Kraft 2 p l 0,2 b mit dem Hebelarm d/2, so daß M₃ = 2 p l 0,2 b d/2 = 0,2 d³ t₃ wird, und t₃ = 240 kg/qcm = 1,2 t₁. – Ein Nutten wirkt hiernach, ohne Sicherheit für den Betrieb gerechnet, bis zu einem Moment, das t = 200 entspricht, nur mit Reibung, darüber hinaus, bis etwa t = 300, auch mit Klemmung und schließlich, bis t = 500, noch mit Flankendruck.[427]

Segmentkeile, Fig. 16, nach Woodruff werden durch Absägen von einem in Segmentprofil gezogenen Stahlstäbe hergestellt, und die Nut wird durch einen passenden Fräser mit radialem Vorschub in die Welle eingeschnitten. In langen Naben liegen zwei solche Keile hintereinander.

Ziehkette, Fig. 17 [3], lassen sich durch eine Stange innerhalb einer hohlen Welle so verschieben, daß sie eines von mehreren losen Zahnrädern mit der Welle kuppeln, um verschiedene Geschwindigkeit auf den Vorschub einer Werkzeugmaschine zu übertragen. Zur Erleichterung des Eingreifens erhält jedes Rad mehrere Nuten.

Halbrunde, durch Verdrehung ausrückbare Keile s. bei Kupplungen.

Literatur: [1] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1888, S, 1029; 1889, S. 492 – [2] Ebend. 1906, S. 1634. – [3] Ebend. 1904, S. 546.

Lindner.

Fig. 1., Fig. 2., Fig. 3., Fig. 4., Fig. 5., Fig. 6.

Fig. 7., Fig. 8., Fig. 9., Fig. 10., Fig. 11., Fig. 12., Fig. 13–15., Fig. 16., Fig. 17.