Achsen, Wellen und Zapfen

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Baustelle:

Funktion und Wirkung

Achsen

Achsen sind zum Tragen und Lagern von Laufrädern, Seilrollen, Hebel etc.. Sie übertragen kein Drehmoment.
Sie werden durch Querkräfte auf Biegung, weniger durch Längskräfte zusätzlich noch auf Zug oder Druck beansprucht.

Achsen werden unterteilt in:

1. feststehende Achsen
2. umlaufende Achsen
   

Feststehende Achsen:
Auf feststehende Achsen drehen sich die Teile (z.B Seilrollen) lose. Wegen der nur ruhend oder schwellend auftretenden Biegung beanspruchungsmäßig günstig.
Umlaufende Achsen:
Auf ihnen sitzen die Bauteile (z.B. Laufräder) fest. Umlaufende Achsen wechselnd auf Biegung beansprucht, daher ist ihre Tragfähigkeit geringer als bei feststehenden Achsen Bei umlaufenden Achsen ist eine leichte Wartung der Lager möglich

Wellen

Wellen laufen ausschließlich um.
Sie übertragen das Drehmoment auf Zahnräder, Riemenscheiben.
Wellen werden auf Torsion und durch Querkräfte zusätzlich auf Biegung beansprucht.
Durch Kegelräder/schrägverzahnte Stirnräder werden zusätzliche Längskräftein Wellen eingeleitet.

Es gibt zwei Sonderausführungen von Wellen:
Gelenkwellen
Biegsame Wellen

Zapfen

Zapfen dienen zum Tragen und Lagern.
Sie sind meist abgesetzte Enden von Wellen und Achsen oder als Einzelelement (z.B. Kurbelzapfen)vorhanden.
Zappfen können zylindrisch, kegelig oder kugelförmig ausgebildet sein.

Gestalten und Entwerfen

Festigkeit

Gedrängte Bauweise mit kleinen Rad- und Lagerabständen.
Dauerbruchgefahr ausschalten.
Möglichst einfache und kostensparende Fertigung.
Vermeidung gefährdeter Kerbstellen.
Keil- und Passfedernuten nicht bis an die Übergänge heranführen.
Räder und Scheiben gegen axiales Verschieben durch Distanzscheiben- oder hülsen, Stellringe und nicht durch Sicherungsringe sichern.
Möglichst Fertigwellen verwenden.
Feststehende Achsen gegenüber umlaufenden bevorzugen wegen der günstigeren Beanspruchungsverhältnisse.
Lager dicht an Scheibe und Räder setzen.

Elastisches Verhalten

Bei langen Wellen auf Verdrehung achten (Torsion).
Bei hohen Drehzahlen Schwingungen des Systems beachten.
genaue rechnerische Ermittlung der Neigung, Durchbiegung bzw. torsionskritischen Drehzahl ist bei mehrfach abgesetzten Wellen zeitaufwändig. (Es werden Rechnerprogramme benutzt)
Sind steife Wellen gefordert müssen diese kurz gestaltet oder als Hohlwellen ausgeführt werden.
Allgemein ist eine möglichst hohe kritische Drehzahl anzustreben, mindestens 10-20% über Betriebsdrehzahl.

Kritische Drehzahl

Lager dicht an umlaufende Scheiben, Räder setzen, um die Durchbiegung klein zu halten.
Wellen für hohe Drehzahlen sorgfältig auswuchten, um Fliehkräfte klein zu halten.
Umlaufende Scheiben, Räder, Kupplungen usw. leicht bauen, für ein kleines Massenträgheitsmoment.

Werkstoff

Aus wirtschaftlichen Gründen den Werkstoff nicht hochwertiger als unbedingt erforderlich auswählen. Bei besonderen Anforderungen an die Achsen und Wellen kann der Einsatz von hochwertigen Werkstoffen erforderlich werden.

Beanspruchung	Werkstoffe
normal beanspruchte Achsen und Wellen	unlegierte Baustähle z.B. S235, S275
höher beanspruchte Achsen und Wellen	Vergütungsstähle z.B. 25CrMo4, 28Mn6
Beanspruchung auf Verschleiß	Einsatzstähle z.B. C15, 17CrNiMo6

Literatur

Roloff/Matek Maschinenelemente ISBN 978-3-8348-0262-0 Viewegs Fachbücher der Technik

--Teddy 08:10, 30. Aug. 2008 (CEST)