Betrieb ohne Stütze

Gelenkwellen - Gelenkwellen überbrücken große Wellenabstände. Moderne, hochgenaue Gelenkwellen haben eine sehr gute Laufruhe. Sie können für bis zu sechs Metern Länge ohne Zwischenabstützung betrieben werden.

02. April 2007

Im Aufbau ähneln Gelenkwellen stark den Präzisionskupplungen. Zentrale Komponenten sind ebenfalls Naben, Metallbalg oder Elastomerkranz sowie als zusätzliches Bauteil ein aus Aluminium, Stahl oder Kohlefaser (CFK) bestehendes Zwischenrohr. Gelenkwellen verkürzen Montagezeiten, denn die zeitaufwendige Ausrichtung der Zwischenlager entfällt.

Torsionssteife Gelenkwellen

Torsionssteife Gelenkwellen haben ähnliche Konstruktionsmerkmale wie Metallbalgkupplungen. Sie verfügen wie diese Kupplungen über hohe Torsionssteifigkeit und geringe Rückstellkräfte bei Versatzausgleich. Neben den Naben und dem Edelstahlmetallbalg wird für die Überbrückung des An-/ Abtriebswellenabstands ein hochpräzises Aluminium- oder Stahlrohr eingesetzt. Bei Wellen, die mit sehr hohen Drehzahlen laufen, bewähren sich Rohre aus Kohlefasermaterial (CFK-Rohre). Torsionssteife Gelenkwellen decken einen Drehmomentbereich von 10 bis 4.000 Nm und einen Bohrungsdurchmesser von 5 bis 100 mm ab. Die für Gelenkwellen verwendeten Werkstoff e sind Aluminium, Stahl oder Edelstahl. Diese können durch Eloxieren, Oxidieren, Verchromen oder Vernickeln veredelt werden.

Die spezielle kardanische Innenabstützung der Gelenkwelle ermöglicht eine Überbrückung einer Distanz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle von bis zu sechs Metern ohne Zwischenlagerung. Die se Innenabstützung nimmt das Gewicht des Zwischenrohrs auf, sodass keine zusätzliche radiale Belastung auf die beiden Edelstahlmetallbälge wirkt. Darüber hinaus verhindert die Abstützung durch ein festgelegtes Spaltmaß eine Überschreitung des maximal zulässigen Ausgleichwinkels. Letztlich bedeutet die kardanische Innenabstützung eine zusätzliche Sicherheit für den Anwender. Sollte im schlechtesten Fall die Achse im biegekritischen Bereich betrieben werden und ein Aufschwingen der Welle stattfinden, verhindert sie das unkontrollierte Lösen des Zwischenrohrs. Die Gelenkwelle kann frei auslaufen und beschädigt keine umliegenden Bauteile.

Bei den torsionssteifen Gelenkwellen gibt es zwei Bauarten. Die erste ist für eine Montage geeignet, bei der aufgrund konstruktiver Beschränkungen die Gelenkwelle nicht in ihrer gesamten Länge eingesetzt werden kann. Mögliche Ursachen dieser Beschränkungen können über der Welle angebrachte Glocken oder Schutzabdeckungen sein. Deshalb wird die Gelenkwelle vor der Montage in drei Einzelteile zerlegt. Dies erfolgt in kürzester Zeit durch Lösen der Flanschschrauben. Danach sind die beiden einzelnen Nabenteile auf die An- bzw. Abtriebswelle aufzuschieben, damit abschließend das Zwischenrohr wieder eingesetzt werden kann. Bei der zweiten Bauart erfolgt die Montage ohne Zerlegen der Gelenkwelle. Damit eine radiale Montage der Gelenkwelle möglich ist, erfolgt die Anbindung zu Antriebs- und Abtriebswelle über geteilte Naben (Halbschalenausführung). Die Nabe besteht in diesem Fall aus zwei Komponenten: Die Oberseite wird separat zur Fixierung verwendet. Gelenkwellen können in nahezu allen denkbaren Bereichen eingesetzt werden, bei denen große Wellenabstände überbrückt werden müssen.

Universelle Gelenkwellen

Sie finden sich sowohl in Palettierrobotern, Hubspindeleinheiten und Druckmaschinen als auch in Verpackungsmaschinen, Förderanlagen oder Holzverarbeitungsmaschinen. Der Temperaturbereich, in dem Gelenkwellen absolut spielfrei arbeiten, reicht von -30 °C bis +120 °C. Gelenkwellen mit einem Elastomerkranz als Zwischenelement werden als schwingungsdämpfende Gelenkwellen bezeichnet, da sie über ein gutes Dämpfungsvermögen verfügen und Schwingungen sowie Drehmomentstöße kompensieren.

Schwingung gedämpft

Gelenkwellen können Drehmomente von mehr als 2.200 Nm übertragen und an Wellen mit Bohrungsdurchmessern bis zu 80 mm montiert werden. Die Naben schwingungsdämpfender Gelenkwellen sind als so genannte Halbschalen ausgeführt, die senkrecht nach oben komplett demontiert werden können. Nach dem Einsetzen der Gelenkwelle findet die Fixierung anschließend durch die obere Halbschale statt. Wie bei den Metallbalgkupplungen ist dadurch ebenfalls eine schnelle und einfache Montage gewährleistet. Es können Wellenabstände von mehr als vier Metern ohne den Einsatz weiterer Zwischenlager überbrückt werden. Schwingungsdämpfende Gelenkwellen werden ebenso wie torsionssteife Gelenkwellen weitestgehend aus Aluminium, Stahl oder Edelstahl gefertigt. Zur Oberflächenveredelung stehen Verfahren wie Eloxieren, Oxidieren, Verchromen oder Vernickeln zur Auswahl.

Maschinen- und Anlagenlayouts variieren zunehmend. Deshalb müssen die Anlagenkomponenten auf mehrere Anlagenlayouts ausgelegt sein. Diese Anforderungen erfüllen längenvariable Gelenkwellen, die vielseitig einsetzbar sind. Sie können eine Längenveränderung von über 1.500 mm ausgleichen und Drehmomente bis 800 Nm übertragen. Zur Veränderung der Gesamtlänge müssen lediglich zwei metrische Schrauben an der zusätzlich auf dem Zwischenrohr befindlichen Klemmnabe gelöst werden. Danach lässt sich die Gelenkwelle auf die benötigte Länge ausziehen oder zusammenschieben. Durch Fixierung der beiden Schrauben ist der erforderliche Reibschluss zur Drehmomentübertragung gewährleistet. Durch das gleiche Klemmverfahren, das auch bei den Standardgelenkwellen angewendet wird, können Montage und Demontage in wenigen Minuten erfolgen. Hochdynamische Zwischenachsen werden im gesamten Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt. Einsatzgebiete sind vor allem im Zusammenhang mit Hubspindelgetrieben, Linearführungen, Palettier- und Verpackungsanlagen gegeben. Ein weiteres Beispiel sind Textilmaschinen.

Tobias Wolf,

Produktmanager R+W Antriebssysteme

Erschienen in Ausgabe: 02/2007