Welle (Maschinenelement)
Eine Welle ist ein Maschinenelement, das zum Weiterleiten von Drehbewegungen und Kräften, sowie zur Lagerung von rotierenden (sich drehenden) Teilen Verwendung findet.
Wellen übertragen im Unterschied zu Achsen ein Drehmoment. Sie werden daher auch auf Torsion beansprucht.
In der mechanischen Konstruktion ist nicht nur die Welle an sich, sondern auch die Welle-Nabe-Verbindung sorgfältig auszulegen.
Die Technik kennt diverse Sonderbauformen von Wellen:
Hohlwelle
Hohlwellen werden vor allem eingesetzt, wenn Gewichtseinsparung und/oder Platzeinsparung aus konstruktiven oder funktionalen Gründen dies erfordern. Im Inneren von Hohlwellen können zum Beispiel auch andere Bauteile, weitere Wellen oder Achsen untergebracht werden. Sie sind allerdings aufwändiger in der Fertigung und ihr Einsatz wird durch physikalische Gesetzmäßigkeiten begrenzt. Bei Unterschreitung einer bestimmten Wandstärke und Überschreitung einer gewissen Länge im Verhältnis zum Durchmesser und zum angreifenden Drehmoment werden sie (auch abhängig vom Material) instabil. Auch die Art der überwiegenden Belastung (gleichmäßig in einer Drehrichtung oder häufig wechselnd in Richtung und Stärke) muss berücksichtigt werden.
Da das Gesamtdrehmoment als Hebelkraft tangential am Umfang einer Welle angreift, ist der Anteil des übertragenen Moments umso geringer, je näher er am Mittelpunkt des Querschnitts (der Drehachse) liegt. Im Mittelpunkt selbst beträgt das Drehmoment Null. Deshalb ist es möglich, Wellen mit nur geringfügiger Einschränkung des übertragbaren Drehmoments bei gleichem Außendurchmesser (Umfang) hohl - ähnlich einem Rohr - zu gestalten. Die Einschränkung des Drehmoments wird teilweise kompensiert durch die Material- und Gewichtsreduktion und die damit verbundene Verfügung von zusätzlicher Antriebsenergie, die sonst zum Antrieb der größeren Masse einer Vollwelle gebunden wäre.
biegsame Welle
Biegsame Wellen finden Verwendung, wenn das anzutreibende Element beweglich ist (z.B. handgeführte Geräte) und die Antriebsquelle nicht mitbewegt werden kann oder soll. Sie bestehen aus mehreren Lagen entgegengesetzt schraubenförmig umeinander gewundener Drähte, die in einem Metallschutzschlauch rotieren. Die Schmierung erfolg mit Fett. Biegsame Wellen haben eine Vorzugsdrehrichtung, die von der Richtung der obersten Drahtlage abhängt. Bei entgegengesetzter Drehrichtung können nur etwa 40-70% der Leistung übertragen werden. Die Anschlussmaße sind in DIN 42995 genormt. Anwendungen: z.B. Feinmechanikergeräte (Ausnahme: Die Bohrer beim Zahnarzt werden in der Regel pneumatisch (ohne flexible Welle) angetrieben.)
Kurbelwelle
Kurbelwellen werden verwendet, um eine rotatorische (drehende) Bewegung in eine translatorische (geradlinige) Bewegung oder umgekehrt umzuwandeln. Die bekannteste Anwendung ist im Kolbenmotor.
Gelenkwelle
Gelenkwellen dienen:
- zur Übertragung von Drehmomenten bei nicht fluchtenden Drehachsen
- zur Übertragung von Drehmomenten bei sich gegeneinander bewegenden Teilen
- zum Längenausgleich
Gelenkwellen werden eingesetzt, wenn flexible Kupplungen nicht mehr ausreichen oder sehr große Leistungen übertragen werden müssen. Sehr bekannt ist die Kardanwelle vor allem im Kraftfahrzeugbereich.
Wellenzapfen
Ein abgesetztes Wellenende, auf dem ein rotierendes Bauteil befestigt ist, nennt man Wellenzapfen.