Gelenke

Gelenke sind moderne Übetragungselemente die heute in der industriellen Fertigung jederzeit an fast jedem zuverbindenen Ort eingesetzt werden können. Diese Arten der Antriebsweiterleitung bzw. der Antriebsrichtungsumlenkung können Maschinengelenke oder auch Gelenke an Bauteilen auf eine ganz besondere Art problemlos umsetzen. In diesem Beitrag möchten wir Ihnen einige Details zu allen Gelenken mitteilen, die heute in fast auschließlich allen mechanischen Antriebseinheiten oder technischen Lösungen eingesetzt werden können. Dabei gibt es in der Industrie viele Anwendungsgebiete, wo Richtungsänderungen durch Gelenkverbindungen aus den verschiedensten Werkstoffen umgesetzt werden müssen. Dabei werden besonders Hohe Anforderungen an die Verbinder gesetzt, die durch immer genauer werdende Übertragungsspielräume gekennzeichnet sein müssen. Früher war das Thema "Spiel" an Gelenken an Maschinen und technischen Anlagen kein größeres Problem gewesen, weil die geforderten Toleranzen lange noch nicht so hoch waren,wie diese heute an Anspruch genommen werden müssen. Was ist eigentlich genau ein Gelenk welches in Maschinen und technischen Anlagen verbaut wird und welche Aufgaben müssen diese Gelenke erfüllen? Aus diese und viele weitere Fragen möchten wir genauer eingehen. Beginnen möchten wir mit der Aufgabe von Gelenken? Ein Gelenk ist ein Bauteil, welches an einem anderen Bauteil befestigt werden muss um damit eine Kraftübertragung, an ein weiteres angeschlossenes Bauteil, zu übertragen. Das klingt vielleicht nicht einmal besonders schwierig, soch es werden dabei besondere Anforderungen an diese kraftübetragenden Elemente gestellt. Durch den Zusammenschluss von drei Bauteilen, das kraftfühtrende Bauteil, das Gelenk und das kraftweiterleitende Bauteil, müssen dabei so fest und trotzdem flexibel miteinander verbunden werden, dass eine maximale Wirkung erziehlt werden kann und dabei ein minimales "Spiel" erzeugt wird. Dabei muss durch das Gelenk an einem Maschinenteil ein Kraftrichtung umgelenkt werden um in eine andere Richtung weitergleitet zu werden. Für diese Richtungsänderung sind spezielle Gelenke entwickelt worden, die ganz bestimmte Anforderungen erfüllen müssen. Im Maschinenbau werden heute unzählige Gelenke verbaut, die Bewegungen umlenken und weiteleiten und dadurch eine Kraftübertragung ermöglichen. Im nachfolgenden Beitrag gehen wir noch auf die unterschiedlichen Gelenkmaterialien ein, die bei technischen Anlagen und Maschinen eingesetzt und verbaut werden können.

Die Stahlgelenke sind die wahrscheinlich am meisten eingesetzten Industriegelenke die an Maschinen, geräten und technischen Anlagen verbaut werden. Dabei erfüllen diese Gelnkarten besondere Eigenschaften, die gern verbaut werden. Diese Gelenke aus Stahl sind besonders kostengünstig und sind für die meisten der Anforderungen vollkommen ausreichend. Natürlich sind nicht wirklich korrosionsbeständig und müssen dabei mit einem Schutzüberzug versehen werden, damit diese nicht durch die Korosion zerstört oder beschädigt werden. Grundsätzlich sind diese günstigen Oberflächenbehandlungen immer aus Nickel oder gar einer dünnen Chromschicht versehen, die aber selten eingesetzt wird. Solche Stahlgelenke haben immer zweierlei Befestigungsmöglichkeiten. An der einen Seite kann ein Bauteil angeschraubt werden und an der zweiten, kann das weitere Bauteil verschraubt werden. Dazwischen befindet sich das Gelenk bzw. der Gelenkausgleich, der in axialer Richtung kein Spiel zulässt, doch in radialer Richtung bis zu einem gewissen Grad, drehbar gelagert ist. Somit kann eine Kraftübertragung erfolgen, aber trotzdem kein axiales Spiel aufweist und keine Starre Verbindung ist. Genau dazu sind Stahlgelenke gemacht. Der Aufbau von Stahlgelenken ist in der Regel immer sehr ähnlich und weist nur geringe Unterschiede auf. Dabei besteht solch ein Gelenk immer aus einer Art Kugelkopfverbindung, die einen gewissen Spielraum zulässt. Dieser Kugelkopf mündet in einer Kugelkopfpfanne. Dabei passt die Kugel genau in die Kugelkopfpfanne, so dass kein Spiel erlaubt ist. Lagegesichert werden diese meistens durch einen Spannring oder einer anderen zulässigen Verbindung, die ein Lösen auch wieder zulässt. So können diese Stahlgelenke einfach montiert werden und bei Bedarf auch wieder demontiert werden.

Kommen wir nun zu den Edelstahlgelenken. Diese sind eine Erweiterung an einem Werkstoff Stahl, der durch eine bestimmte Legierung so widerstandsfähig gegen Rost bzw. Korrosion gemacht wurde. Diese Gelenke aus Edelstahl sind willkommene Helfer in Maschinen und Geräten, die zum Beispiel auf See eingesetzt werden müssen und dabei mit extrem salzhaltigem Wasser in Verbindung kommen und somit extrem geschützt sein müssen um nicht der Korrosion zum opfer zu fallen. Auch in der chemsichen Industrie müssen diese Edelstahlgelenke verbaut werden um Kräfte umzulenken und dabei noch extrem resistent gegen Säuren und Laugen und vieler weiterer Stoffe sein. Genau diesen Anspruch erfüllen die Gelenke aus Edelstahl. Diese sind entweder aus einer Legierung hergestellt die man als V2A bezeichnet oder aber aus V4A. Die V2A Variante ist resistent gegen normales Wasser und Luftfeuchtigkeit. Der Aufbau ist im Prinzip genauso wie bei den Stahlgelenken. Dabei besteht solch ein Gelenk immer aus einem Befestigungsteil an einer Seite und einem Kugelkopf, einer Pfanne und einer ausleitenden Seite. An dieser kann das nächste Bauteil verschraubt werden. Dazwischen liegt der Kugelkopf und die Kugelpfanne. Diese sind genau aufeinander abgestimmt und haben ein sehr geringes Spiel. Sind aber trotzdem keine starren Verbindungen und lassen auch in einem begrenzten Winkel Richtungsänderungen zu. Gesichert werden diese Gelenke aus Edelstahl auch wieder mit einer Edelstahlklammer, die nach dem Einsetzen des Kugelkopfes in die Pfanne, eingeschoben wird.

Im letzten Abschnitt, kommen wir zu den Kunststoffgelenken. Diese Gelenke werden aus Plastik bzw. Kunststoff hergestellt und zeichnen sich durch ihre Leichtigkeit aus. Dabei ist der Aufbau eines Kunststoffgelenkes im wesentlichen der gleiche, wie bei den Stahlgelenken oder den Edelstahlgelenken. Gerade der Werkstoff Kunststoff hat in den letzten Jahren immer weiter zugelegt und an Bedeutung gewonnen. Dabei sind die Eigenschaften der Kunststoff weiterentwickelt worden und die technischen Anforderungen immer weiter gestigen. Genau diesen Anspruch erfüllen heute Gelenke aus Kunststoff. Das Material ist extrem leicht und kann dadurch in Anwendungen verbaut werden, wo es auf das Gewicht ankommt. Gerade im Modellbau oder in anderen viligranen Anwendungen, vereinen solche Kunststoffgelenke zwei wichtige Merkmale. ZUm einen ist der Werkstoff sehr leicht und beanspruchbar und zum zweiten sehr kostengünstig herzustellen. Also ein optimaler Werkstoff um daraus Gelenke für den Modellbau herzustellen. Aber auch in der Medizintechnik kommen Gelenke aus Kunststoffen immer öfter zum Einsatz und dabei steigen auch die Belastungen dieser Karftübertragungselemente. Ein Kunststoffgelenk ist natürlich auch wieder serh ähnlich aufgebaut, wie ein Stahlgelenk oder eine Edelstahlgelenk. Dabei besteht auch solch ein Element aus einer Befestigungsaufnahme an der einen Seite, dann grenzt es an einer Kugel (dem eigentlichen Gelenk) und mündet dann in der Kugelpfanne. Diese hat auch wieder eine Befestigungsmöglichkeit, die es ermöglicht an einem weiteren Bauteil verschraubt zu werden. Die Montage von solchen Gelenken und die Sicherung des Gelenkkopfes in der Pfanne wird meistens durch "Einklipsen" ermöglicht.

Weitere Links zum Thema Gelenke

1. https://www.wlw.de/de/firmen/gleichlauf-gelenke-und-gelenkwellen
2. https://www.wlw.de/de/firmen/gabelgelenke
3. https://www.wlw.de/de/kategorien/gelenk