04_Kraftübertragung

1. formschlüssige Verbindungen

2. kraftschlüssige Verbindungen (auch Reibschluss)

3. stoffschlüssige Verbindungen

• Welle/Nabe (Passfederverbindung)

• Bolzenverbindungen/ Verzahnungen

• Nietenverbindungen

Translatorische oder rotatorische Bewegungen und die daraus resultierenden Kräfte werden senkrecht zur Bewegungsebene durch eine spezifische Formgebung der beteiligten Maschinenelemente (Wirkflächenpaarung) übertragen.

• festigkeitsrelevante Verbindung

• Zusatzfunktionen: Dichten, Isolieren, Leiten

• Flächenpressung (oft auchBiegung und Schub)

• Steifigkeit der Bauteile

• Kerbspannungen

• Relativverformung bei Montage

• Werkstoffpaarung (Spannungsreihe)

• Ausführung der Verbindung: lösbar/ nicht lösbar

• Verbindungen mit federnden Zwischegliedern

• Pressverbindungen

• Klemmverbindungen

Die beteiligten Maschinenelemente werden durch Aufbringen einer äußeren Kraft oder eines äußeren Momentes in einer relativen, aber definierten Position zueinander fixiert. Die Belastung wirkt in Normalrichtung zur Wirkflächenpaarungund erzeugt somit Reibungskräfte, welche letztendlich die Funktion der Verbindung sicherstellen.

Das Übertragen von Kräften zwischen MAschinenelementen erfolgt durch ummittelbaren Kontakt und eine stoffliche Verbindung der beteiligten Materialien. Der Zusammenhalt der Verbindung wird durch die Wirkung von Kräften auf atomarer Ebene realisiert.

• Schweißen

• Löten

• Kleben

• Reibungszahl (werkstoffpaarung)

• Aufbringen der Normalkraft (Vorspannung, Vorspannelement)

• Flächenpressung

• Relativvervormung bei Montage unter Last

• Anzahl der Wirkflächenpaare

• Steifigkeit der Bauteile

• Montage- und Demontagemöglichkeit

• Locherungsmöglichkeit

• Schutzgasschweißen

• Lichtbogenschweißen

• Strahlschweißen

Vorteile:

• wirtschaftlich auch bei kleinen Stückzahlen

• genormtes Halbzeug als kostengünstiges Ausgangsmaterial

• Leichtbau durch Fachwerk-Strukturen

• Nachträgliche Erhöhung der Steifigkeit

Nachteile:

• Werkstück verzieht sich durch lokale Erwärmung

• gute Fähigkeiten des Schweißenden erforderlich

• Eigenspannungen durch lokale Erwärmung

• Verbinden gleicher oder verschiedenartiger Werkstoffen mit (nichtmetallischen) Klebwerkstoffen

  
  

Adhäsion:

• Haftwirkung zwischen Bindemittel und Fügefläche (Nahtkräfte)

Kohäsion:

• Bindekräfte zwischen den Molekülen des Klebstoffs (innere Festigkeit)

• die Fähigkeit Oberflächen zu benetzen

Vorteile:

• einfache Montage und Demontage

• formschlüssige Übertragung der Umfangskraft aus kleineren und mittleren Drehmomenten

Schwächung der Welle durch Nut und ggf. Zusatzsicherungen

• Wellen- und Narbenquerschnitt als Profil

• Im Vergleich zur Passfeder deutlich größere Drehmomente übertragbar, auch bei geringen Nabenwandstärken

• schwellende und wechselnde Drehmo- mente übertragbar

• Ausführung als Keilwellen, Zahnwellen und Polygonprofile

• für Polygonprofile gilt zusätzlich: Übertragung stoßartiger Belastungen bei möglichst hoher Laufruhe

• Formschlüssige Verbindungen von zwei oder mehr Teilen

• Belastungsrichtung senkrecht auf Zylinderachse

• eines der Bauteile bleibt meist unbeweglich

• Gelenkverbindung, z.B. von Gestängen, Brechbolzen als Überlastsicherung

• Bolzen benötigen eine Sicherung

• Einsatz von Bolzenverbindungen in Laschengelenken, Gliederketten, Stangen- Verbindungen, Lagerungen von Laufrollen, Kolbenbolzen

• Übertragung von Kräften / Momenten, mit Sollbruchstelle - Überlastsicherung

• Bolzenwerkstoff (meist) härter als Laschenwerkstoff

  = bei Festkörper- oder Mischreibung: übermäßiger Verschleiß

• Stifte haben ähnliches Anwendungsspektrum wie Bolzen zusätzlich: Halterung von Federn, Riegeln und Hebeln sowie Lagesicherung / Zentrierung von Bauteilen

• Sicherungen für Schrauben, Muttern und Bolzen

• Hohle und längs geschlitzte Stifte (Spannstifte) werden als Hülsen bezeichnet

• Stiftverbindungen eignen sich zur Übertragung kleiner, konstanter Drehmomente, sind aber ungeeignet für wechselnde oder stoßartige Belastungen

• Stiftverbindungen, die hauptsächlich zur Zentrierung und Lagesicherung von Bauteilen eingesetzt werden, werden nicht berechnet.

• Spannstifte

• Zylinderstifte

• Querstiftverbindungen

• Kegelstifte

• Klemmsitze

• Kegelsitze und Längskeile

• Spannsätze

• Presspassungen

• weitere kraftschlussbasierte Maschinenelemente: Keilriemen, Schraube, Zahnriemen

• häufigen und leichten Lösen

• eindeutigen Zuordnen der Bauteile

• Aufnehmen von Relativbewegungen

• Verbinden von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen

• einfaches und kostengünstiges Verbinden von Bauteilen auch aus unterschiedlichen Werkstoffen

• Einstellen der Bauteile zueinander

• Ermöglichen weitgehender Gestaltungsfreiheit für Bauteile

• Aufnehmen von Überlastungen durch Rutschen (nicht als gewollte Funktion!)