Was versteht man unter einer Passfederverbindung und wie wird sie ausgelegt?

Michael · 25 Sep. 2026

Eine Passfederverbindung ist eine formschlüssige Wellen-Naben-Verbindung, bei der eine Passfeder in eine Nut der Welle eingelegt wird und in eine entsprechende Nut der Nabe eingreift. Sie überträgt Drehmoment durch Flächenpressung zwischen Feder und Nutflanken. Die Auslegung erfolgt nach DIN 6892 auf Basis des zu übertragenden Drehmoments, der Wellengeometrie und des Werkstoffs. Die folgenden Abschnitte beantworten die wichtigsten Fragen zur Funktion, Anwendung und Berechnung dieser Verbindungsart.

Welche Bauteile bilden eine Passfederverbindung?

Eine Passfederverbindung besteht aus drei Elementen: der Welle, der Nabe und der Passfeder selbst. Die Passfeder ist ein genormtes, prismatisches Maschinenelement, das in eine Längsnut der Welle eingelegt wird. Die Nabe besitzt eine korrespondierende Nut, in die die Feder formschlüssig eingreift.

Die Geometrie der Passfeder richtet sich nach dem Wellendurchmesser und ist in DIN 6885 standardisiert. Man unterscheidet zwischen der hohen Form A mit abgerundeten Enden, der Form B mit geraden Enden und der Form C mit einer geraden und einer abgerundeten Seite. Die Nuttiefe in Welle und Nabe ist so bemessen, dass zwischen Feder und Nutgrund in der Nabe ein Spiel verbleibt. Das Drehmoment wird ausschließlich über die seitlichen Flanken übertragen, nicht über den Nutgrund.

Werkstoffe für Passfedern sind in der Regel Stähle mit ausreichender Streckgrenze, typischerweise C45 oder 42CrMo4, abhängig von der Belastungshöhe und dem Einsatzbereich.

Wie überträgt eine Passfederverbindung Drehmoment?

Die Passfederverbindung überträgt Drehmoment durch Formschluss. Wenn die Welle dreht, drückt die Nutflanke der Welle gegen die Seitenfläche der Passfeder. Diese gibt die Kraft an die Nutflanke der Nabe weiter. Die maßgebliche Beanspruchung ist die Flächenpressung an den Kontaktflächen zwischen Feder und Nut.

Dabei entsteht keine Reibkraft in Umfangsrichtung, wie es bei einer kraftschlüssigen Verbindung der Fall wäre. Die Verbindung ist rein formschlüssig und funktioniert unabhängig von einer Vorspannung oder Oberflächenreibung. Das bedeutet: Selbst bei Öl- oder Fettbenetzung bleibt die Drehmomentübertragung erhalten, was in vielen Getriebegehäusen und Antriebssträngen ein Vorteil ist.

Axiale Kräfte überträgt eine Passfederverbindung in der Standardausführung nicht. Soll die Nabe axial gesichert werden, sind zusätzliche Elemente wie Sicherungsringe, Wellenmuttern oder Passschrauben notwendig.

Wann sollte eine Passfederverbindung verwendet werden?

Eine Passfederverbindung eignet sich überall dort, wo Drehmoment zwischen Welle und Nabe formschlüssig und zuverlässig übertragen werden soll, ohne dass eine axiale Kraftübertragung erforderlich ist. Typische Einsatzfälle sind Zahnräder, Riemenscheiben, Kupplungshälften und Lüfterräder auf Antriebswellen.

Gegenüber einer Pressverbindung bietet die Passfederverbindung den Vorteil der leichteren Montage und Demontage, da keine hohen Fügekräfte oder Temperaturunterschiede erforderlich sind. Gegenüber einer Keilwellenverbindung ist sie kostengünstiger herzustellen, auch wenn sie bei sehr hohen oder wechselnden Drehmomenten an ihre Grenzen stößt.

Nicht geeignet ist die Passfederverbindung bei stark wechselnden oder stoßartigen Belastungen, da die Flanken der Nut dann zum Einarbeiten neigen. In solchen Fällen sollte eine Kerbverzahnung oder eine Schrumpfverbindung in Betracht gezogen werden.

Wie wird eine Passfederverbindung nach DIN ausgelegt?

Die Auslegung einer Passfederverbindung erfolgt nach DIN 6892. Die Norm legt fest, wie die Flächenpressung an den Flanken von Feder und Nut berechnet und mit den zulässigen Grenzwerten verglichen wird. Ausgangsgröße ist das zu übertragende Drehmoment, aus dem in Verbindung mit dem Wellendurchmesser die Umfangskraft ermittelt wird.

Die tragende Länge der Passfeder ergibt sich aus der Nabenlänge, abzüglich der Federenden bei Form A. Die Flächenpressung wird auf die projizierte Kontaktfläche bezogen und darf den zulässigen Wert für das schwächste beteiligte Material nicht überschreiten. Bei Nabenmaterialien aus Grauguss oder Aluminium sind die zulässigen Flächenpressungen deutlich niedriger als bei Stahl.

Die Norm unterscheidet außerdem zwischen ruhender, schwellender und wechselnder Belastung. Für jede Belastungsart gelten unterschiedliche Abminderungsfaktoren, die in die Berechnung einfließen. Wer die Auslegung manuell durchführt, sollte zudem prüfen, ob die Passfedernut eine ausreichende Kerbwirkung auf die Welle ausübt, die die Dauerfestigkeit der Welle reduziert. Festigkeitsberechnungen für Wellen berücksichtigen diesen Kerbfaktor explizit, da er in der Praxis häufig unterschätzt wird.

Welche Fehler treten bei der Auslegung von Passfederverbindungen häufig auf?

Bei der Auslegung von Passfederverbindungen treten regelmäßig dieselben Fehler auf: Die Kerbwirkung der Passfedernut auf die Welle wird nicht berücksichtigt, die tragende Länge wird zu optimistisch angesetzt, und das tatsächliche Belastungskollektiv wird durch eine ruhende Ersatzlast vereinfacht.

Ein weiterer häufiger Fehler ist die Verwendung von zwei Passfedern, die um 180 Grad versetzt angeordnet werden, um mehr Drehmoment zu übertragen. In der Praxis zeigt sich, dass durch Fertigungstoleranzen nahezu immer nur eine der beiden Federn die Last trägt. Die Norm erlaubt diese Anordnung zwar, schreibt aber vor, dass nur ein Teil der zweiten Feder als tragend angerechnet werden darf.

Unterschätzt wird auch die Bedeutung der Passungsauswahl. Eine zu locker gewählte Passung zwischen Nabe und Welle führt zu Relativbewegungen, die Passungsrost erzeugen und die Verbindung langfristig schädigen. Die Wahl der richtigen Toleranzklasse ist daher kein Detail, sondern ein wesentlicher Teil der Auslegung.

Wann ist eine FEM-Simulation der Passfederverbindung sinnvoll?

Eine FEM-Simulation ist sinnvoll, wenn die analytische Berechnung nach DIN 6892 nicht ausreicht, um das tatsächliche Spannungsbild zu erfassen. Das ist der Fall bei komplexen Geometrien, kombinierten Belastungen aus Drehmoment und Biegung oder wenn die Verbindung in der Nähe ihrer Auslegungsgrenze betrieben wird.

Die Norm geht von vereinfachten Lastannahmen und gleichmäßiger Druckverteilung über die Federlänge aus. In der Realität ist die Druckverteilung jedoch ungleichmäßig, besonders an den Federenden entstehen Spannungsspitzen. Eine Finite-Elemente-Analyse macht diese Spannungskonzentrationen sichtbar und erlaubt eine gezielte geometrische Anpassung, etwa durch eine Verrundung der Nutenden oder eine modifizierte Federgeometrie.

Auch bei der Bewertung der Wellendauerfestigkeit unter Berücksichtigung der Kerbwirkung der Passfedernut liefert eine FEM-Berechnung genauere Ergebnisse als die tabellierten Kerbfaktoren der Norm. Wer sichergehen will, dass eine Verbindung auch unter dynamischer oder wechselnder Last zuverlässig funktioniert, kommt an einer numerischen Analyse kaum vorbei.

Wie CE-SYS Engineering bei der Auslegung von Passfederverbindungen unterstützt

Wenn die normbasierte Berechnung nicht ausreicht oder eine Verbindung unter anspruchsvollen Bedingungen ausgelegt werden muss, unterstützt CE-SYS Engineering mit numerischer Strukturanalyse und Festigkeitsberechnung. Das Leistungsangebot umfasst:

FEM-Berechnungen zur Ermittlung realer Spannungsverteilungen an Passfederverbindungen unter statischer und dynamischer Belastung
Kerbwirkungsanalysen an Wellen mit Passfedern zur Bewertung der Dauerfestigkeit
Optimierung von Nutgeometrien und Toleranzkonzepten auf Basis numerischer Ergebnisse
Nachweisführung nach einschlägigen Regelwerken für sicherheitsrelevante Bauteile

Schwachstellen werden frühzeitig identifiziert, bevor sie in der Fertigung oder im Betrieb zu Problemen führen. Nehmen Sie Kontakt auf auf, um Ihre Auslegungsaufgabe direkt mit einem Ingenieur zu besprechen.