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Hohlwelle

Hohlwelle - Die Welle als unverzichtbares Element des Maschinenbaus

Ohne Zweifel zählt die Antriebswelle mit all ihren Sonderbauformen zu den fundamentalen Elementen der Antriebstechnik. Aufgrund ihrer Fähigkeiten, Drehmomente zu übertragen und rotierende Teile axial zu tragen, stellt sie in beinahe jedem Antrieb eine signifikante Komponente dar. Optisch nehmen Wellen einen länglichen, stabförmigen Charakter ein und werden in unterschiedlichen Baugrößen produziert. Der genutzte Werkstoff gründet in erster Linie auf der Anwendung und auf den hierbei gestellten Anforderungen. Grundlegende Anforderungen wie Werkstofffestigkeit, Härtbarkeit und Duktilität werden von diversen Baustählen gewährleistet. Darüber hinaus finden bei großer Belastung und zusätzlichen Voraussetzungen an die Welle meist Vergütungs- und Einsatzstähle Verwendung.

Sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch der Funktion verfügt die sogenannte Hohlwelle, eine alternative Bauvariante des gewöhnlichen Modells, über selbige Eigenschaften. Im Gegensatz zur typischen Welle, auch Vollwelle genannt, ist die Hohlwelle in ihrem Inneren allerdings nicht ausgefüllt, sondern hohl. Besagtes Merkmal führt zu einigen positiven Attributen, welche die Hohlwelle als weit verbreitetes Maschinenelement auszeichnen.

Hohlwelle - Eigenschaften und Vorzüge

In erster Linie bedeutet die spezielle Bauweise der Hohlwelle eine enorme Gewichtseinsparung, die aus konstruktiver und funktionaler Sicht oftmals einen nutzbringenden Faktor einnimmt. Des Weiteren bringt der Hohlraum der Hohlwelle einen weiteren Vorteil mit sich: Platzersparnis. Betriebsmittel, Medien oder gar zusätzliche Maschinenelemente wie Achsen und Wellen können im Inneren der Hohlwelle angebracht werden oder den gegebenen Arbeitsraum als Kanal nutzen. Des Weiteren besitzen Hohlwellen in der Regel eine verhältnismäßig hohe Eigenfrequenz. Auch Servoantriebe der Baureihe CanisDrive® der Harmonic Drive AG verfügen über eine große zentrale Hohlwelle, die maßgeblich zum vielfältigen Anwendungsspektrum der Produktreihe beiträgt.

Der Fertigungsprozess der Hohlwelle ist deutlich aufwändiger als die Produktion einer gewöhnlichen Vollwelle. Maße wie Durchmesser und Länge haben neben Wandstärke, Material und der auftretenden Belastung beziehungsweise dem angreifenden Drehmoment einen großen Einfluss auf die Stabilität der Hohlwelle. Stehen Wandstärke und Durchmesser beispielsweise nicht in einem Verhältnis, welches den physikalischen Gesetzen entspricht, so entsteht ein gegebenenfalls labiles Konstrukt. Vergleicht man Hohlwelle und Vollwelle bei gleichem Durchmesser miteinander, ist das übertragbare Drehmoment der Hohlwelle nur geringfügig kleiner.

Die Hohlwelle stellt ein essentielles Element des Hohlwellen-Antriebs, welcher in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wie unter anderem Eisenbahnen zum Einsatz kommt, dar. Hohlwellen sind außerdem für den Vorrichtungs- und Automatenbau geeignet. 

Unterschiede zwischen Welle und Achse

Während die Begriffe Welle und Achse im Alltag oftmals synonym verwendet werden, verfügen sie als Maschinenelemente – auch in Anbetracht ihrer Funktionalität – über unterschiedliche Eigenschaften. Im Gegensatz zur Welle überträgt die Achse nämlich keinerlei Drehmoment, sondern stützt lediglich umlaufende oder schwingende Bauteile. Die Hauptaufgabe aller Achsen ist somit das Lagern von rotierenden Maschinenteilen. Dabei ruhen sie im Regelfall im Maschinengestell und werden von Querkräften und Biegemomenten teils stark beansprucht.

Prinzipiell überschneiden sich Achse und Welle in einem gewissen Aspekt ihrer Funktionalität – sie beide sind in der Lage, andere Bauteile zu tragen. Die Möglichkeit der Übertragung von Drehmomenten bieten hingegen nur Vollwellen und zugehörige Bauformen wie die Hohlwelle. Eine Verwechslungsursache stellen darüber hinaus optische Gemeinsamkeiten dar. Sowohl Achse als auch Welle sind in ihrer Grundform stabähnlich aufgebaut und nehmen eine längliche Struktur an. 

Weitere Sonderbauformen der Welle

Neben der Hohlwelle existieren weitere Bauformen der herkömmlichen Vollwelle. Diese kommen in der Regel in spezifischen Anwendungsbereichen zum Einsatz und erfüllen die Anforderungen des jeweiligen Bereichs durch besondere Konstruktionsweisen. Zu genannten Sonderbauformen gehören beispielsweise die sogenannten biegsamen Wellen. Hinsichtlich ihrer prinzipiellen Funktion unterscheiden sie sich nicht von Voll- oder Hohlwelle, denn auch biegsame Wellen sind für die elektromechanische Kraftübertragung zuständig. Eine signifikante Differenz ergibt sich jedoch im Aufbau der Welle. So bestehen biegsame Wellen grundsätzlich aus einem Kerndraht, um welchen weitere Drähte, beispielsweise Federstahldrähte, gewickelt werden. Als Strang (im Fachjargon Wellenseele genannt) rotieren besagte Drähte und werden von einem Schutzschlauch ummantelt. Die besondere, flexible Konstruktionsweise biegsamer Wellen ist unter anderem von Vorteil, wenn eine lineare Kraftübertragung nicht möglich ist oder An- und Abtrieb nicht ausreichend fluchten. Vor allem ortsveränderliche Betriebsmittel wie Bohr- oder Schleifmaschinen beruhen oftmals auf biegsamen Wellen, da ihr Einsatz anderenfalls lediglich eingeschränkt möglich ist.

Zur Gruppe der Sonderbauformen gesellt sich ebenfalls die Kurbelwelle. Als Teil des Kurbeltriebs übernimmt die Kurbelwelle hier die Übertragung der Auf-und-ab-Bewegungen von Kolben beziehungsweise die Umwandlung dieser in ein Drehmoment. Während Kurbelwellen in der Gegenwart verstärkt als Komponente des Verbrennungsmotors genutzt werden, reicht ihre Geschichte viele Jahrhunderte zurück. So wird die Sägemühle von Hierapolis aus dem 3. Jahrhundert n. Chr. als erste Maschine angesehen, welche eine Drehbewegung unter Zuhilfenahme einer Kurbelwelle oder Pleuelstange in eine lineare Bewegung übertrug.     

Nach Hohlwelle, biegsamer Welle und Kurbelwelle ist es die Gelenkwelle, welche sich aufgrund ihres spezifischen Aufbaus in bestimmten Anwendungsbereichen etabliert hat. Sie beruht im Wesentlichen auf einer – je nach Modell in ihrer Länge variablen – Längsstange, an deren Enden Gelenke beziehungsweise Anschlussflanschen  eine dynamische Verbindung herstellen. Gelenkwellen zeichnen sich durch ihre präzise Drehmomentübertragung bei räumlich versetzten An- und Abtriebssträngen aus, dienen dem Längenausgleich und erweisen sich als äußerst belastbare Kupplungsalternativen. Zu den meistverwendeten Bauformen der Gelenkwelle zählen die Kardanwelle, die Gleichlaufwelle als auch die Doppelgelenkwelle.

 

Übersicht der Wellenbauformen:

  • Vollwelle
  • Hohlwelle
  • Biegsame Welle
  • Kurbelwelle
  • Gelenkwelle

65 mm Hohlwellen-Durchmesser für ungeahnte konstruktive Möglichkeiten