Gelenkwelle

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Im Gegensatz zu solchen Maschinen, auf denen die rotierenden Bauteile unmittelbar montiert sind und die sich in der Regel nicht selbst rotieren, geben die Maschinenwellen ein Moment ab. Diese Technologie beherrscht verschiedene Sonderausführungen von Schächten, auf die im weiteren Verlauf genauer eingehen wird. Bei gleicher Außendurchmesser-Hohlkammer - vergleichbar mit einem Schlauch - ist es möglich, die Welle mit nur geringen Einschränkungen des übertragenen Drehmomentes mit erheblichen Gewichtseinsparungen zu konstruieren.

Hohlwelle wird vor allem dann verwendet, wenn das Eigengewicht reduziert werden soll oder die Achse eine höhere Frequenz haben soll. Weiterhin wird der Platz in der Hohlwelle, z.B. auch für andere Komponenten, andere Schächte oder Äxte, oder als Durchflussmenge gefordert. Unterschreiten sie eine bestimmte Wanddicke und überschreiten eine bestimmte Größe im Vergleich zum Querschnitt und dem aufgebrachten Moment, werden sie unstabil (auch materialabhängig).

Der Drehmomentverlust wird zum Teil durch die Reduzierung von Material und Gewicht und die damit einhergehende Verfügbarkeit von zusätzlichen Antriebsenergien ausgeglichen, die sonst für den Betrieb der großen Massen einer Welle erforderlich wären. Biegwellen werden eingesetzt, wenn das abzutreibende Bauteil bewegbar ist (z.B. Handgeräte) und die Antriebseinrichtung nicht mitfahren kann oder soll, oder wenn (mit Schaltwelle oder Schraubendreher) das zu verschiebende Bauteil nicht direkt ansprechbar ist.

Biegwellen haben eine bevorzugte Rotationsrichtung, die von der Ausrichtung der oberen Drahtschicht abhängig ist. Der Wendel im Sinne eines Linksgewinde ist für die Übertragung einer Drehung im Rechtslauf (aus der Ansicht hinter dem Getriebe im Uhrzeigersinn) z. B. für das Anbohren mit einem Wendelbohrer mit der üblichen Rechtsspirale zweckmäßiger. In umgekehrter Rotationsrichtung können nur ca. 40-70% der Kraftübertragung erfolgen, da eine gegenläufig rotierende Wickeldrahtschicht auf Spannung gehen muss, die weiter im Inneren liegen und daher typischerweise weniger Durchzugskraft haben.

Drahtschichten, die auf Druck belastet werden sollen, bewegen sich in radialer Richtung nach aussen, diese machen diese tolerabel limitiert, wenn gegenläufig rotierende Spiralen das Zugmoment auffangen. Der Antrieb der Bohrmaschinen beim Behandler erfolgt nun in der Regel über einen pneumatischen Antrieb - ohne Gelenkwelle - weil so größere Geschwindigkeiten erzielt werden. Als Alternative zu einem Kardangelenk oder Wendegetriebe werden aus Gründen der Kosten oder aus Platzgründen auch Biegewellen zum Kompensieren eines feststehenden Winkels verwendet.

als Kardanwellen dienen: Gelenkwelle wird verwendet, wenn elastische Verbindungen nicht mehr ausreichend sind, um z.B. sehr hohe Kräfte zu transportieren. Die Gelenkwelle setzt sich in der Regel aus zwei Verbindungsflanschen, einem oder zwei Gelenke und einer steifen oder längenverstellbaren Stange zusammen. Abhängig von der Last aus dem Frequenzumrichter summieren sich neben der Schwingungserregung auch die Regelfrequenzen und die Unsymmetrie.

Bei der Konstruktion von Kardanwellen ist besonders auf die Eigenfrequenz zu achten. Daher ist diese Variante für den Einsatz von lenkbaren Rädern nicht geeignet (sie ruckelt in enge Kurven). Bei der Synchronwelle handelt es sich um eine spezielle Form der Gelenkwelle, die auch bei Biegewinkeln am Stoß keine Unregelmäßigkeiten in der Kraftübertragung der Rotationsbewegung hervorruft.

Die bekanntesten Anwendungen für Synchronwellen sind Gelenkwellen an lenkbaren Rädern von Kraftfahrzeugen, d.h. mit getriebenen Vordersitzen. Doch auch die Verbindungen der anderen Gelenkwellen in heutigen Kraftfahrzeugen sind als Gleichlaufgelenk ausgelegt. In der Regel werden diese dann jedoch mit einer Hardy-Scheibe (Gelenkscheibe) statt mit Kardangelenken angeschlossen. In der heutigen Synchronwelle werden homogene Kugelköpfe eingesetzt, bei denen sich die Winkelgeschwindigkeiten des Gesamtsystems nicht mit dem Neigungswinkel ändern.

Beim Vorderradantrieb wird auf der Räderseite (außen) ein Alfred Hans Rzeppa-Gelenk eingesetzt, das große Winkelsprünge des Achsschenkels ermöglicht (typische Maximalbeugungswinkel sind 47 oder 50°), auf der Innenseite (am Differentialgetriebe) wird meist ein Gleitgelenk eingesetzt, das nur moderate Winkelsprünge zuläßt (typische Maximalbeugungswinkel sind 22°, bei Sonderanfertigungen 31°), aber die Änderung der Wellenlängen um etwa 45 Millimeter ausgleicht.

Für den Hinterradantrieb kann grundsätzlich derselbe Aufbau wie beim Vorderradantrieb verwendet werden. Bei hinterradgetriebenen Sportfahrzeugen und Fahrzeugen der Luxusklasse werden vorzugsweise synchronisierte Wellen verwendet, die sowohl auf der Rad- als auch auf der Differentialseite je ein Kugelgelenk vom Typ VL (Löbro-Schiebegelenk) haben. Mit diesen Verbindungen kann das Torsionsspiel durch eine besondere Konstruktion und Montage erheblich reduziert werden.

Hans- Christoph von Seherr-Thoss, Erich Aucktor, Friedrich Schmelz: Gelenk verbindungen und Kardanwellen.