Wellenarten im Maschinenbau - Linearwellen, Rotationswellen, Stangen und wie man immer die richtige Wahl trifft

Wellen, Achsen und Stangen sind wichtige Elemente im Maschinenbau. Obwohl sie identisch aussehen können, unterscheiden sie sich in Ihrer Funktion deutlich. In ihrer grundsätzlichen Funktion übertragen als Welle bezeichnete Maschinenelemente eine Drehbewegung und ein Drehmoment. Im Gegensatz dazu wird von Achsen jedoch kein Drehmoment übertragen. Einen Sonderfall bildet hier die Linearwelle. Linearwellen dienen als Führungswellen und übertragen kein Drehmoment, jedoch hat sich der Name Linearwelle für dieses Bauteil am Markt etabliert. Die Hauptfunktion einer Stange ist es als verbindendes Element, Kräfte zwischen Bauteilen zu übertragen und diese Bauteile miteinander zu verbinden.

Wellen als mechanisches Bauteil

Was sind Rotationswellen?

Wellen werden üblicherweise in Anwendungen verwendet, bei denen Drehbewegungen und Drehmomente übertragen werden. Typische Anwendungen sind z. B. Motoren, Werkzeugmaschinen oder Lüfter.

Eine Rotationswelle, auch Motorwelle oder Torsionswelle genannt, läuft um und wird dabei durch Wellenlager auf ihrer Position gehalten. Sie überträgt ein durch z. B. Zahnräder oder eine Kupplung eingeleitetes Drehmoment auf ein anderes Bauteil wie beispielsweise eine Riemenscheibe. Die Rotationswelle (Motorwelle) wird vorrangig auf Torsion beansprucht. Meist treten neben dem Drehmoment auch zusätzliche Querkräfte und somit auch eine Biegebeanspruchung der Welle auf. Die Dimensionierung erfolgt dementsprechend auf Basis der Torsionsbeanspruchung, wobei eine ggf. auftretende Biegebeanspruchung ebenfalls berücksichtigt werden muss.

Rotationswellen bestehen meist aus Metall, können aber bei geringeren Lasten auch aus Kunststoff gefertigt werden. Bei der Auslegung einer Rotationswelle spielen die Festigkeit, Steifigkeit sowie das Schwingungsverhalten und der zu erwartende Verschleiß eine bedeutende Rolle.

Rotationswellen sind in verschiedenen Ausführungen und Dimensionen erhältlich . Bei der Auslegung sollte neben der Welle und deren erforderlichem Mindestquerschnitt auch auf die entsprechend dimensionierte und korrekt ausgerichtete Wellenlagerung geachtet werden. Klicken Sie hier, um mehr über optimale Lager für Dreh- und Torsionswellen zu erfahren.

Was ist eine Drehmomentwelle?

Drehmomentwellen, auch Kugelnutwellen genannt, kombinieren die Funktion der Drehmomentübertragung mit der Funktion einer Führungswelle. Die in Längsnuten der Drehmomentwelle laufenden Wälzkörper des Linearlagers verhindern das Verdrehen, wodurch auch ein Drehmoment auf die Welle übertragen werden kann. Gleichzeitig bietet die Drehmomentwelle die lineare Führung einer Linearwelle. Aufgrund ihrer Bauweise ist die Höhe des übertragbaren Drehmomentes meist geringer als bei reinen Torsionswellen.

Eine Drehmomentwelle sollte vorrangig auf Biegebeanspruchung belastet werden. Die Übertragung des Drehmomentes über die Welle ist zwar möglich, jedoch ist die Einleitung des Drehmomentes vom Linearlager auf die Drehmomentwelle und umgekehrt bauartbedingt begrenzt.

Bei der Dimensionierung muss sowohl das zulässige Drehmoment als auch die auftretende Biegebeanspruchung berücksichtigt werden. Aber auch das Schwingungsverhalten und möglicher Verschleiß spielt bei der Auslegung eine bedeutende Rolle.

Was ist eine Linearwelle?

Im Gegensatz zur Rotationswelle oder Drehmomentwelle dreht sich eine Linearwelle nicht selbst, sondern dient als präzise Führung für ein Linearlager. Linearwellen werden als reine Führungswellen eingesetzt und übertragen keine Drehmomente.

Linearwellen bestehen meist aus Metallen mit gehärteter Oberfläche. Die Dimensionierung und Auslegung erfolgt in Kombination mit dem Linearlager auf Basis der Biegebeanspruchung und erforderlichen Präzision. Je nach Anwendungsfall und Umgebungsbedingungen kann die Verwendung der Linearwelle mit einem Linearkugellager oder einem Gleitlager vorteilhafter sein. Aber auch das Schwingungsverhalten und der Verschleiß sollte bei der Auslegung einer Linearwelle berücksichtigt werden.

Was ist eine Achse?

Es gibt stehende und rotierende Achsen. Allen gemein ist, dass sie kein Drehmoment übertragen. Achsen werden als Elemente zum Tragen und Lagern von Bauteilen wie z. B. Seilrollen oder Laufrädern genutzt. Hauptsächlich werden Achsen daher durch einwirkenden Querkräfte auf Biegung beansprucht.

Was sind Stangen?

Sowohl Stäbe als auch Stangen werden als sogenannte Stangenware gefertigt. Sie weisen eine lang gestreckte Form mit gleichmäßig durchgängigem Querschnitt auf. Umgangssprachlich wird unter einer Stange das Halbzeug verstanden. Die Abgrenzung zum Stab ist nicht so einfach, jedoch haben Stäbe meist eine geringere Länge und einen im Verhältnis zur Länge geringeren Querschnitt als Stangen.

Einsatz von Achsen und Wellen nach Ihrer Funktion

Die wichtigsten Begriffe - Wellenarten schnell erklärt

• Linearwellen sind geeignet für einfache, lineare Bewegungen. Sie dienen sozusagen zum Führen oder als Schiene von angebauten Teilen, z. B. Gleitlagern. Sie nehmen vor allem Biegekräfte auf.

1= Linearwelle / 2= Linearlager

• Rotationswellen / Drehwellen sind geeignet für Drehbewegungen. Zum Beispiel, die rotierende Welle zwischen Motor und Getriebe. Sie nehmen vor allem Torsionskräfte auf.

1= Rotationswellen

• Stangen sind geeignet für steife Befestigungen und Verbindungen einzelner Bauteile.

1= Stangen / Abstandshalter