Was ist eine bearbeitete Welle?
Eine bearbeitete Welle ist ein zylindrisches oder rundes Teil, das die Übertragung von Drehbewegungen und Kraft ermöglicht. Sie sind in verschiedenen Anwendungen sehr nützlich, unter anderem in Automobilen und Flugzeugen. Maßgefertigte Wellen werden aus Stangen hergestellt, die lineare Bewegungen ausführen, die für die Genauigkeit der Maschine erforderlich sind. Beide Arten von Wellen müssen innerhalb enger Grenzen hergestellt werden. Sie müssen besonderen Belastungen standhalten und auch unter schwierigen Bedingungen effizient arbeiten.
Die Herstellung von Schächten hat einen langen historischen Hintergrund. Die frühesten Belege stammen aus Persepolis im Iran, wo Maschinen Metallstangen zu Schächten formten. Dieses Verfahren hat sich im Laufe der Jahrhunderte weiterentwickelt. Es entspricht den Anforderungen der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie des Maschinenbaus. Heute werden mit den aktuellen Techniken und Materialien verschiedene Wellen für unterschiedliche Anwendungen hergestellt.
Bearbeitete Wellen nutzen die Rotationskraft und übertragen ein Drehmoment, das den reibungslosen Betrieb und die Effizienz von Maschinen ermöglicht. Maßgefertigte Wellen können die beste lineare Bewegung liefern. Dadurch werden Probleme wie Rundlauffehler vermieden. Beide Arten sind von entscheidender Bedeutung. Sie verbessern die Leistung und Funktionalität von Maschinen. Daher sind sie in vielen Bereichen unverzichtbar.
Bearbeitung kundenspezifisch bearbeiteter Wellen
Die kundenspezifische Fertigung von Wellen hat drei wesentliche Vorteile. Sie haben präzise Abmessungen, Genauigkeit und eine hervorragende Oberflächengüte. Am Anfang des Prozesses steht die Festlegung des Verwendungszwecks der Welle. Dazu gehören die Bedingungen, denen sie ausgesetzt sein wird, und die Projektanforderungen. So wird sichergestellt, dass jede Welle genau ist und wie gewünscht funktioniert.
Auswahl des Materials
Die Wahl des Materials ist entscheidend. Aluminium, Kohlefaser, Stahl und Kunststoff sind Materialien, die für andere Zwecke verwendet werden. In der Industrie wird zum Beispiel Stahl verwendet, weil er sehr robust ist. Aluminium wird in Freizeitfahrzeugen vor allem wegen seiner Leichtigkeit verwendet.
Gestaltung und Programmierung
In der Entwurfsphase sollten das Material, aus dem die Welle gefertigt wird, sowie ihr Durchmesser und ihre Länge festgelegt werden. Anschließend wird mit CAD-Software ein detaillierter Entwurf erstellt. Nach diesem Bearbeitungsprozess wird eine CAM-Software programmiert, um Werkzeugwege und ein CNC-Programm (G-Code) zu erstellen.
Schneiden und Gestalten
Dieses Material wird mit Sägen oder Lasern in Form geschnitten, bevor es mit CNC-Fräsen auf die richtige Größe gebracht wird. Beim Schruppen wird das Material in kleinere Stücke geschnitten und mit einer Fräsmaschine gedreht, um es präzise zu formen.
Machine Setup
Um eine CNC-Maschine einzurichten, müssen Sie unter anderem einen geeigneten Maschinentyp – eine Fräsmaschine oder eine Drehmaschine – auswählen, das Werkstück vorbereiten und Schneidwerkzeuge auswählen. Es geht darum, die Teile mit Vorrichtungen zu sichern und scharfe Schneidewerkzeuge zu verwenden, damit die Präzision gewährleistet ist.
Prozess der Wellenbearbeitung
CNC-Drehen eignet sich gut für zylindrische Teile. Sie ist ideal für die Herstellung kundenspezifischer Wellen. Es muss auch eine sorgfältige Überwachung und Inspektion durchgeführt werden. Sie sollen die Qualität sicherstellen.
Wärmebehandlung
Es gibt verschiedene Arten von Wärmebehandlungsverfahren. Das Hämmern stellt sicher, dass die Welle den Temperatur- und Umgebungsschwankungen während des Einsatzes standhalten kann.
Oberflächenveredelung
Die Oberfläche der Schäfte kann durch Perlstrahlen, Eloxieren oder Passivieren verbessert werden. Wenn dies geschieht, erfüllen sie ihren Zweck besser und sehen dabei immer gut aus. Dies wird auch durch Galvanisieren erreicht. Die Verfahren erfüllen die für verschiedene Anwendungen erforderlichen Spezifikationen.
Inspektion und Qualitätskontrolle
Für die Messung aller kundenspezifischen Wellen werden Mikrometer, Lehren, Messschieber usw. verwendet, um sicherzustellen, dass sie den gewünschten Toleranzen entsprechen.
Verpacken
Schließlich werden die Schäfte sorgfältig verpackt. Das Ziel ist es, Transportschäden zu vermeiden. Sie müssen ihren Bestimmungsort unversehrt erreichen, damit sie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können.
Sorten und Anwendungen von bearbeiteten Wellen
Hohle Wellen
Hohlwellen haben in ihrer Mitte ein Loch oder einen Zwischenraum, durch den Flüssigkeiten, Drähte und andere Elemente schnell hindurchfließen können, wodurch sie für gewichtssensible Anwendungen wie Rennwagen und Flugzeuge besser geeignet sind. Sie sind leichter als Vollwellen der gleichen Größe. Auch in Fördersystemen, Pumpen und medizinischen Geräten spielen sie eine wichtige Rolle. Ihr geringeres Gewicht kommt der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie zugute. Es verbessert die Leistung und die Kraftstoffeffizienz.
Gewindeschäfte
Gewindewellen haben Innen- oder Außengewinde, die mit Gegenstücken wie Muttern übereinstimmen. Gewindespindeln eignen sich beispielsweise am besten, wenn die Montage häufig erforderlich ist oder die Demontage bei Elektro- oder Klempnerarbeiten üblich ist. Auch bei Gewindespindeln, Gewindespindeln und Befestigungsvorrichtungen werden Gewindespindeln in geeigneter Weise eingesetzt. Bei mechanischen Bauteilen muss die Einstellung jedoch präzise sein. Und Beschläge müssen sicher sein.
Passfederschächte
Passfederwellen verfügen über einen einzigartigen Einschnitt, der als Keilnut bezeichnet wird und Kettenräder, Riemenscheiben oder Zahnräder auf ihnen festhält. Einmal auf Keilwellen installiert, verhindert die Passfedernut, dass sich Teile drehen oder aus ihrer Position rutschen. Solche Situationen erfordern Geräte mit hohem Drehmoment wie Motoren und Pumpen. So können beispielsweise Industriemotoren mit Passfederwellen ausgestattet sein, bei denen die Zahnräder intakt bleiben. Dies ermöglicht eine reibungslose und zuverlässige Kraftübertragung.
Keilwellen
Keilwellen verfügen über Rillen, die so genannten Splines, die genau auf die passenden Splines an Teilen wie Riemenscheiben oder Zahnrädern passen. Ein fester Sitz ermöglicht einen reibungslosen Kraftfluss durch diese Teile. Dies ist hilfreich für die Positionierung und das Drehmoment. In Autogetrieben beispielsweise sollten sich alle Teile gemeinsam bewegen. Der Grund dafür sind die Keilwellen. Dadurch wird eine effiziente Kraftübertragung gewährleistet. Sie werden unter anderem in der Automobilindustrie, in der Industrie und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Verjüngte Wellen
Sich verjüngende Wellen werden in ihrer Länge dünner. Diese Form bietet einen festen Halt für Teile wie Riemenscheiben, Zahnräder und Radnaben von Autos. Diese Wellen sind häufig entweder mit einer Passfedernut versehen oder konisch geformt, damit die Bauteile sicher befestigt bleiben. Außerdem erleichtert die konische Form die Demontage und Montage verschiedener Teile. Dies trägt zur Vereinfachung von Austausch- oder Wartungsarbeiten bei. Bei einer Kfz-Radnabe beispielsweise sorgt eine konische Welle für einen passgenauen Sitz, der das Rad sicher und stabil hält.
Massive Schäfte
Vollwellen sind wie kleine Stangen aus Stahl oder Aluminium, die zu langen Stäben gestreckt wurden. Sie sind einfach, aber solide. Daher können sie für Anwendungen mit geringer Leistung oder niedriger Geschwindigkeit verwendet werden. Dazu gehören Handwerkzeuge für Haushaltsgeräte und kleine Maschinen. Durch ihre robuste Struktur sind sie sehr langlebig, wenn sie in verschiedenen mechanischen Systemen eingesetzt werden.
Abgestufte Schächte
Abgestufte Wellen haben mehrere Durchmesser entlang ihrer Länge, so dass sie u. a. Lager, Zahnräder und Riemenscheiben aufnehmen können. Dank dieser Eigenschaft können Teile leicht von einem Größenbereich in einen anderen übergehen. Daher werden sie häufig in Kraftübertragungssystemen eingesetzt. Die abgestufte Konfiguration erhöht die Vielseitigkeit und ermöglicht die Herstellung komplexer mechanischer Baugruppen.
Kolbenschäfte
Diese kolbengetriebenen Kolben bewegen sich durch die Zylinderwände hin und her, um eine Bewegung zu erzeugen. Typisch für diesen Fall ist die Bewegung, die durch große, schwere Gegenstände entsteht, die auf der Stange nach oben oder unten gleiten. Die Konstruktion der Kolbenstange ist robust. Sie kann die bei diesen Anwendungen auftretenden hohen Kräfte aufnehmen. Daher bietet sie eine zuverlässige Leistung.
Worm Shafts
In der Schneckenwelle befinden sich schneckenartige Scheiben. Sie können sich auf einer axialen Linie parallel zu ihrer Bewegung im Schneckenraum drehen. Lebensmittelverarbeitungsbetriebe müssen effizient und nachhaltig sein. Schneckengewinde eignen sich auch als Antriebsmechanismus für die meisten Ventilatoren. Ihre einzigartige Form ermöglicht eine reibungslose Bewegungsübertragung. Dadurch wird die unnötige Reibung in mechanischen Systemen verringert.
Getriebewellen
Diese Kraftübertragungen sind in Autos und anderen Geräten, bei denen Zahnräder eine wichtige Rolle spielen, unerlässlich. Man kann sich entweder für die manuelle oder die automatische Getriebewelle entscheiden. So kann man lange Strecken bei hohen Geschwindigkeiten zurücklegen, ohne dass es zu Verschleiß kommt.
Fertigungstechniken für Präzisionswellen
CNC-Drehmaschine
Die CNC-Drehmaschine ist sehr schnell bei der Bearbeitung zylindrischer Drehteile. Die Maschine dreht sich um die Reitstockspindel und bohrt sich mit einem festen Schneidwerkzeug, das von einem Revolverschlitten gehalten wird, durch das Material. Sie ist wichtig, weil sie jeden gewünschten Durchmesser und jede gewünschte Oberflächengüte liefert. Sie wird bevorzugt in der Großserienfertigung eingesetzt, da ihre Spezialwerkzeuge das Material von der rotierenden Welle schneiden.
CNC-Fräsmaschine
Bei diesem Verfahren wird ein rotierender Fräser verwendet, um Merkmale wie Keilnuten, Abflachungen und Passfedernuten zu erzeugen. Es formt die stationäre Welle in die gewünschte Form und Größe. Bei dem Werkzeug kann es sich um eine rotierende Mehrspitzenvorrichtung oder einen Schaftfräser handeln. Es passt in einen Adapterhalter am Fräskopf oder Revolverschlitten einer CNC-Maschine. Die Frässchnitte sind immer genau und gerade an der feststehenden Welle.
CNC-Schleifmaschinen
Um sicherzustellen, dass die bearbeiteten Wellen glatt sind, werden sie beim CNC-Schleifen an sich drehenden Schleifscheiben oder -tellern gerieben. Dadurch wird gewährleistet, dass die fertigen Produkte den Maßtoleranzen und den vorgegebenen Größen entsprechen. Die auf diese Weise hergestellten Antriebswellen müssen bestimmte Toleranzen und Abmessungen aufweisen, damit sie ordnungsgemäß funktionieren. Dies führt zu einer qualitativ hochwertigen Endbearbeitung.
CNC-Bohrmaschine
Auch bei Wellen werden mit CNC-Bohrmaschinen Nuten in verschiedenen Durchmessern hergestellt, die je nach Verwendungszweck tiefer gehen können. Aufgrund ihrer geringen Kosten und Einfachheit lassen sich Löcher und Kanäle in kundenspezifischen Wellen gut formen.
Elektrische Funkenerosion (EDM)
Elektrizität wird verwendet, um ein Werkstück ganz oder teilweise aus Metall zu entfernen. Auf diese Weise entstehen kleine, als Komponenten bezeichnete Merkmale in Metallen wie Stahl, Kupfer oder Aluminium. Dieses Verfahren wird EDM genannt. Es macht Fachwissen über die Herstellung komplizierter Merkmale überflüssig. Das liegt daran, dass es ohne besondere Kenntnisse der Konstruktionsregeln für die Fertigung möglich ist. Stattdessen ist lediglich ein grundlegendes Verständnis von Mathematik, einschließlich Trigonometrie, erforderlich. Dies wird bei der Herstellung winziger Merkmale auf massiven Wellen verwendet.
Materialien für die Bearbeitung von Wellenteilen
Aus verschiedenen Materialien mit einzigartigen Eigenschaften werden Präzisionswellen hergestellt, die den spezifischen Anwendungsanforderungen entsprechen. Diese sollten den betrieblichen Anforderungen gewachsen sein, denn sie müssen stabil und langlebig sein.
Aluminium
Da Aluminium leicht und korrosionsbeständig ist, lässt es sich gut zerspanen. So eignet es sich ideal für Anwendungen mit geringem Gewicht, wie z. B. in der Hochleistungs- und Luft- und Raumfahrtindustrie. Ein Beispiel dafür sind Rennwagen, in denen häufig Antriebswellen aus Aluminium eingebaut werden, um Gewicht zu sparen und die Beschleunigung zu verbessern.
Rostfreier Stahl
Edelstahl ist sehr korrosionsbeständig und eignet sich daher ideal für Umgebungen, die Wasser oder korrosiven Elementen ausgesetzt sind. Die Güteklassen 304 und 316 sind in Chemieanlagen und in der Schifffahrt weit verbreitet und rosten nicht so leicht, wenn sie rauen Umgebungen ausgesetzt sind.
Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl kann auch für zusätzliche Härte wärmebehandelt werden, da er eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und Bearbeitbarkeit aufweist. Für Pumpen- und Motorwellen werden hauptsächlich Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet, wobei die Sorte 1045 für diese beiden Anwendungen bekannt ist. Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bieten eine gute Festigkeit. Das macht sie kostengünstig. Hochgekohlte Stähle bieten eine noch höhere Festigkeit.
Titan
Es ist bekannt für sein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und seine Korrosionsbeständigkeit. Titan wird auch in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Es braucht extreme Festigkeit, weil es hochleistungsfähig ist. Aus Titan werden maßgefertigte Wellen hergestellt; das bedeutet, dass sie Belastungen standhalten können, bevor sie brechen.
Legierter Stahl
Dieses Material ist ähnlich stark wie 4140- oder 4340-Legierungen und wird unter schwierigen Bedingungen mit hohen Temperaturen eingesetzt. Normalerweise werden sie für große Industriemotoren und Maschinenkonstruktionen verwendet. Solche Stähle können Molybdän, Chrom und Nickel enthalten. Diese Elemente erhöhen die Verschleißfestigkeit.
Nickel-Legierungen
Bei hohen Temperaturen und mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit sind Nickellegierungen wie Inconel 600 und 800 zuverlässig. Sie werden für Turbinenwellen und andere anspruchsvolle Anwendungen verwendet. Sie können auch unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden und behalten dabei ihre Eigenschaften.
Verbundwerkstoffe
Fortschrittliche Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser haben den Leistungssport populär gemacht. Sie vereinen die Eigenschaften von hoher Festigkeit und geringem Gewicht perfekt. Einige von ihnen sind ideal, wenn es darum geht, das Gewicht erheblich zu reduzieren. Sie sind ein hervorragender Ersatz für Metalle und kommen zum Einsatz, wenn herkömmliche Materialien versagen.
Oberflächenveredelung für kundenspezifische Schäfte
Passivierung
Die Passivierung wird eingesetzt, um die Edelstahlwelle zu verbessern. Durch die Reinigung dieser Art von Wellen mit Säure werden freies Eisen und andere Verunreinigungen entfernt. Dadurch bildet sich eine passive Oxidschicht, die die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Anodizing
Das Eloxieren ist die beste Lösung für Aluminiumwellen, denn es verleiht ihnen eine harte Oberfläche, die korrosionsbeständig ist. Das Eloxieren verbessert auch die Ästhetik, insbesondere wenn dekorative Farbstoffe eingesetzt werden.
Galvanik
Beim Galvanisieren wird die Oberfläche mit einer dünnen Zink-, Nickel- oder Goldschicht überzogen. Dies macht sie sehr widerstandsfähig gegen Verschleiß und Korrosion.
Perlstrahlen
Beim Perlstrahlen wird die Oberfläche mit Hochdruckstahlkugeln oder feinen Glaspartikeln gereinigt. Diese sieht dann sauber, matt oder satiniert aus.
Polieren
Bei dieser Methode werden alle Kerben und Kratzer durch Abrieb entfernt. Dies verhindert Verschmutzung und Oxidation. Außerdem werden die Korrosionsbeständigkeit und das Reflexionsvermögen verbessert.
Verchromen
Diese Art von Welle wird mit einer dünnen Chromschicht überzogen, was zu einer höheren Härte und Rostbeständigkeit führt. Die glänzende, aber widerstandsfähige Beschichtung kann rauen Umgebungen standhalten, auch im Dauereinsatz.
Tipps zur Herstellung von Wellenteilen
Um den zu erwartenden Belastungen und Drehmomenten standzuhalten, müssen Sie sicherstellen, dass die Wellenteile zuverlässig und genau sind. Mit diesem Verfahren kann man das geeignete Material und den Durchmesser der Welle auswählen, um einen Ausfall während des Betriebs zu verhindern.
Material der Welle
Das geeignete Material sollte u. a. auf der Grundlage von Festigkeit, Temperatur und Korrosionsbeständigkeit ausgewählt werden. Zu den gängigen Materialien gehören Edelstahl, Kohlenstoff, Legierungen und Aluminium. Die Wahl des Materials sollte den Projektanforderungen und dem zur Verfügung stehenden Budget entsprechen.
Bestimmen Sie die Länge und den Durchmesser der Welle
Die Bearbeitung der Länge und des Durchmessers einer Welle entsprechend den Anforderungen der Anwendung hilft, Durchbiegung und Vibrationen zu vermeiden. Wählen Sie eine Querschnittsform, die der Belastung standhält.
Oberflächenbehandlung
Eine geeignete Oberflächenbehandlung verbessert die Haltbarkeit der Welle. Beispiele für solche Oberflächenbehandlungen sind Eloxierung oder Pulverbeschichtung. Sie erhöhen die Beständigkeit gegen Korrosion, Verschleiß und Reibung.
Qualitätskontrolle bei der Bearbeitung von Wellen
Wenn es um funktionale Wellen geht, ist die Qualitätskontrolle entscheidend. Durch regelmäßige Inspektionen und Tests werden Abmessungen, Materialeigenschaften und Oberflächenbeschaffenheit überprüft. Zu den Methoden gehören die Koordinatenmessung sowie die Prüfung der Oberflächenrauheit und -härte. Durch eine sorgfältige Dokumentation werden außerdem die Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung der Vorschriften sichergestellt.
Stress-Analyse
Die Durchführung einer Spannungsanalyse offenbart Bereiche, die für hohe Spannungen anfällig sind, sowie allgemeine Fehlerpunkte. Ingenieurssoftware modelliert dies mit Hilfe von Optimierungstechniken.
Ausrichtung der Welle
Durch den Einsatz von Präzisionswerkzeugen und geeigneten Techniken kann eine angemessene Ausrichtung erreicht werden. Berücksichtigen Sie die Umgebung, um Vibrationen und damit auch den Verschleiß zu reduzieren.
Schlussfolgerung
Bearbeitete Wellen spielen in modernen Maschinen eine zentrale Rolle und sorgen für reibungslosen Betrieb und hohe Leistung. Dank präziser Fertigung und strenger Qualitätskontrolle erfüllen diese Komponenten die strengen Industrienormen.
Arbeiten Sie mit uns zusammen, um modernste Bearbeitungstechnologien für Wellen in Spitzenqualität zu nutzen, die auf Ihre speziellen Anforderungen zugeschnitten sind. Lassen Sie uns gemeinsam Innovationen vorantreiben.
