Der Kegelpressverband gehört zu den ältesten und zugleich vielseitigsten Verfahren, um Welle und Nabe kraftschlüssig miteinander zu verbinden – ganz ohne Schweißen, Kleben oder zusätzliche Formelemente wie Passfedern. Im Gegensatz zu zylindrischen Pressverbänden lässt sich diese Fügeart nachträglich nachstellen, gezielt lösen und mehrfach wiederverwenden, was sie im Maschinenbau, Vorrichtungsbau und in der Antriebstechnik besonders beliebt macht. Wer eine solche Welle-Nabe-Verbindung auslegen muss, stößt bei der Recherche fast immer auf dieselben Fragen: Wie unterscheidet sich das Verfahren vom Zylinderpressverband? Welche Norm ist maßgeblich? Und wie lässt sich der erforderliche Aufschubweg zuverlässig berechnen, ohne stundenlang in der DIN 7190-2 zu blättern? Genau hier setzt dieser Beitrag an – inklusive einer praktischen Auslegungshilfe für den Arbeitsalltag.

Bei dieser Fügeart wird ein kegelförmiges Innenteil – meist eine Welle oder ein Wellenzapfen – axial in eine passgenaue Kegelbohrung des Außenteils, meist eine Nabe, eingeschoben. Weil beide Fügeflächen konisch statt zylindrisch ausgeführt sind, wirkt der Kegel als mechanischer Kraftverstärker: Bereits ein vergleichsweise geringer axialer Aufschubweg erzeugt einen hohen, radial gleichmäßig verteilten Fugendruck. Maßgeblich für dieses Verhalten ist das Kegelverhältnis C nach DIN 254, das den Öffnungswinkel des Kegels beschreibt.

Ist der Kegel selbsthemmend ausgeführt – üblicherweise bei einem Kegelverhältnis C kleiner als 1:20 –, hält die Verbindung allein durch den Reibschluss zwischen den Fügeflächen, ohne dass eine zusätzliche axiale Sicherung nötig ist. Bei flacheren Kegeln, etwa 1:4 bis 1:10, wie sie unter anderem bei Lichtmaschinenrotoren oder Turbinenläufern vorkommen, reicht die Selbsthemmung dagegen häufig nicht aus; hier wird die notwendige Flächenpressung stattdessen über eine stirnseitige Verschraubung erzeugt, die die axiale Presskraft dauerhaft aufbringt.

In der Praxis wird diese Verbindungsart häufig dem Zylinderpressverband gegenübergestellt – beide zählen zur Gruppe der reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen, unterscheiden sich aber deutlich in Fügeverfahren und Eigenschaft:

• Nachstellbarkeit: Die Presskraft lässt sich bei dieser Verbindungsart über den Aufschubweg gezielt nachstellen, etwa um Verschleiß oder ein Setzverhalten der Fügeflächen auszugleichen. Beim Zylinderpressverband ist das Übermaß dagegen konstruktiv fest vorgegeben.
• Lösbarkeit: Diese Verbindung lässt sich in der Regel zerstörungsfrei demontieren und erneut fügen, sofern die Kegelflächen unbeschädigt bleiben. Zylinderpressverbände sind dagegen meist auf eine einmalige, dauerhafte Montage ausgelegt.
• Zentrierung: Durch den Kegel zentrieren sich Welle und Nabe beim Aufschieben selbsttätig – ein Vorteil gegenüber dem Zylinderpressverband, bei dem Fluchtungsfehler beim Fügen schwerer zu vermeiden sind.
• Herstellungsaufwand: Kegelige Fügeflächen erfordern eine präzisere Fertigung und Messung des Kegelwinkels als zylindrische Passflächen, was die Herstellkosten pro Bauteil tendenziell erhöht.

Welche Verbindungsart im konkreten Fall sinnvoller ist, hängt von Stückzahl, Wartungskonzept und Belastungsart ab. Überall dort, wo eine Welle-Nabe-Verbindung im Betrieb wiederholt gelöst, geprüft oder nachgestellt werden muss, spielt diese Fügetechnik ihre Stärken voll aus.

Zu den zentralen Vorteilen zählen die selbstzentrierende Wirkung beim Fügen, die nachträgliche Einstellbarkeit der Presskraft sowie die Möglichkeit, die Verbindung ohne Erwärmen oder Abkühlen der Bauteile herzustellen. Zusätzliche Verbindungselemente wie Passfedern oder Stifte entfallen häufig komplett, was Bauteilanzahl und Kerbwirkung reduziert.

Auf der anderen Seite steht ein spürbar höherer Fertigungs- und Prüfaufwand: Der Kegelwinkel muss exakt eingehalten und in der Regel per Tuschierverfahren auf ein vollflächiges Tragbild kontrolliert werden, da bereits kleine Winkelabweichungen die Kontaktfläche und damit die übertragbare Kraft deutlich verringern. Zudem besteht bei nicht ausreichend gesicherten, selbsthemmenden Verbindungen das Risiko, dass sich die Presskraft durch Vibrationen im Betrieb über die Zeit langsam löst, weshalb regelmäßige Kontrollen sinnvoll sind.

Maßgeblich für die Auslegung ist die DIN 7190-2, die im Unterschied zur DIN 7190-1 für zylindrische Pressverbände speziell kegelige, selbsthemmende Pressverbindungen mit einem Kegelverhältnis C kleiner als 1:20 regelt. Zu den wichtigsten Eingangsgrößen zählen:

• Kegelverhältnis C bzw. Neigungswinkel α/2 nach DIN 254
• Mittlerer Fugendurchmesser sowie Außen- und Bohrungsdurchmesser von Welle und Nabe
• Werkstoffkennwerte beider Fügepartner (E-Modul, Streckgrenze, Querkontraktionszahl)
• Reibwerte für das Fügen sowie für die spätere Kraftübertragung im Betrieb
• Haftmaß und Glättung der Oberflächenrauheit zur Ermittlung des wirksamen Übermaßes

Aus diesen Größen lässt sich zunächst der erforderliche Mindestaufschubweg bestimmen, üblicherweise nach dem Zusammenhang (Z + G) / (2 · tan(α/2)), wobei Z das Haftmaß und G die rechnerische Glättung der Rauheitsspitzen beschreibt. Aus dem gewählten Aufschubweg wiederum ergeben sich Fugenpressung, übertragbares Rutschmoment sowie die erforderliche Fügekraft. Für mehrteilige Naben mit mehreren Fugen – etwa bei komplexeren Wellenkonstruktionen – reicht die klassische Berechnung nach DIN 7190-2 nicht immer aus; hier kommen erweiterte Verfahren wie FVA 566 zum Einsatz, die auch elastisch-plastische Beanspruchungen nach der Gestaltänderungsenergiehypothese berücksichtigen.

Damit die Verbindung ihre volle Tragfähigkeit erreicht, muss der Kegelwinkel von Welle und Nabe exakt aufeinander abgestimmt sein. In der Fertigung wird dies meist über eine Tuschierprüfung kontrolliert: Beide Kegelflächen werden mit Farbstoff eingefärbt, gefügt und wieder getrennt, um anhand des Abriebbilds ein vollflächiges Tragen der Fügeflächen sicherzustellen. Weicht das Tragbild deutlich ab, überträgt die Verbindung später weniger Kraft, als die Berechnung vorsieht.

Beim Fügen selbst sollte die Aufschubgeschwindigkeit gering und gleichmäßig gehalten werden, damit sich der Fugendruck kontrolliert aufbaut. Eine definierte axiale Anschlagposition – etwa über einen Wellenabsatz oder eine Mutter mit Wegmarkierung – sorgt dafür, dass der Aufschubweg reproduzierbar eingehalten wird. Bei stirnseitig verschraubten, nicht selbsthemmenden Ausführungen ist zusätzlich das Anzugsdrehmoment der Verschraubung entscheidend, da darüber die gesamte axiale Presskraft der Verbindung erzeugt wird.

In der Praxis kommt diese Fügeart überall dort zum Einsatz, wo Bauteile zentriert, spielfrei und dennoch mit vertretbarem Aufwand wieder lösbar verbunden werden müssen. Typische Beispiele sind Radnaben und Riemenscheiben auf Wellen, Wellenzahnräder in Getrieben, Rotoren von Elektromotoren und Lichtmaschinen sowie Kupplungselemente im Antriebsstrang. Auch im Vorrichtungs- und Werkzeugbau wird die Verbindung gerne genutzt, wenn Bauteile im Servicefall demontiert, nachgeschliffen und erneut montiert werden sollen, ohne die Passgenauigkeit zu verlieren.

Statt jede Berechnung manuell nach DIN 7190-2 durchzuführen, bietet JuS Spanntechnik ein kostenloses Online-Tool, mit dem sich der Aufschubweg, die Fugenpressung und das übertragbare Rutschmoment direkt im Browser ermitteln lassen. Kegelverhältnis, Durchmesser, Werkstoffpaarung und Reibwerte werden eingegeben, das Ergebnis erscheint live während der Eingabe – ganz ohne Anmeldung. So lassen sich unterschiedliche Werkstoffkombinationen und Toleranzen in wenigen Minuten durchspielen, statt Formeln von Hand zu iterieren.

Das Tool ersetzt keine verbindliche technische Freigabe, liefert aber eine verlässliche erste Orientierung für die Konstruktion. Als Spezialist für Spanntechnik, Vorrichtungsbau und Präzisionsfertigung unterstützt JuS Spanntechnik zudem bei der Umsetzung anspruchsvoller Welle-Nabe-Verbindungen in der Serienfertigung – von der ersten Auslegung bis zur passgenauen Fertigung der Kegelflächen.

Nach der Montage lohnt sich der Blick auf die Prozesssicherheit: Die Aufschubkraft lässt sich über den gesamten Fügeweg aufzeichnen und mit einem Sollfenster vergleichen, um Ausreißer frühzeitig zu erkennen. Bei sicherheitsrelevanten Verbindungen empfiehlt sich zusätzlich eine regelmäßige Kontrolle der Presskraft im laufenden Betrieb, insbesondere wenn Vibrationen oder Temperaturwechsel ein langsames Setzen der Verbindung begünstigen können. Stichprobenartige Losbrechversuche geben zusätzlich Aufschluss darüber, ob die berechnete Tragfähigkeit auch in der realen Fertigung erreicht wird.