Drehachse

Was ist eine Drehachse?

Eine Drehachse ist, wie der Name schon sagt, eine Achse, die sich dreht.

Der Begriff wird je nach Kontext in den folgenden zwei Bedeutungen verwendet, aber dieser Artikel beschreibt die erstere:

• Eine Achse als mechanisches Element, das einem Motor die Kraft zum Drehen entnimmt oder die Kraft über Riemenscheiben, Getriebe oder andere Komponenten überträgt.
• Achsen als Drehpunkte für rotierende Teile in Robotern und Geräten.

Anwendungen von Drehachsen

Es gibt zwei Arten von Drehachsen, Antriebsachsen und angetriebene Achsen, die jeweils unterschiedliche Verwendungszwecke haben.

1. Antriebsachse

Eine Antriebsachse wird immer zur Übertragung der Drehkraft eines Motors verwendet.

• Rührwerke: überträgt die Motorkraft auf die Rührflügel
• Pumpen: Übertragung der Motorkraft auf das Laufrad
• Kugelgewindetriebe: Die Motorkraft wird über eine Kupplung auf den Kugelgewindetrieb übertragen, die die Drehachse in eine lineare Bewegung der Mutter umsetzt.

Die Drehachse selbst ist eine Drehbewegung, aber ein mechanisches Element wie eine Kugelumlaufspindel kann verwendet werden, um die Leistung in eine lineare Bewegung umzuwandeln.

2. Angetriebene Achse

Angetriebene Achsen werden als Stützachsen für Zahnräder und Riemenscheiben verwendet, z. B. in folgenden Anwendungen:

• Handgelenkachsen von vertikal gelenkigen Robotern
  Wenn der Platz im Handgelenksteil eines Roboters begrenzt ist und ein Motor nicht hineinpasst, wird die Handgelenkachse durch Kraftübertragung, z. B. über Riemenscheiben, angetrieben.
• Getriebewelle von Getriebemotoren
  Sie wird als Tragwelle verwendet, wenn die Motorleistung über ein Getriebe übertragen wird.

Die Reihenfolge der Kraftübertragung ist wie folgt:

• Der Motor dreht sich, um Leistung zu erzeugen.
• Die Drehung wird über die Antriebsachse übertragen.
• Eine angetriebene Welle mit Riemenscheiben und Zahnrädern treibt ein anderes Teil an.

Funktionsweise der Drehachse

Die Drehachse überträgt die Leistung des Motors durch Drehung. Zu den Funktionsweise der Kraftübertragung von einer Drehachse auf eine andere Achse gehören:

• Zahnräder
  Die Drehgeschwindigkeit kann durch unterschiedliche Zähnezahlen der ineinander greifenden Zahnräder variiert werden. Kegel- und Schneckenräder können verwendet werden, um die Drehrichtung zu ändern, während Zahnstangenräder verwendet werden können, um eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln.
• Riemenscheiben
  Die Drehkraft kann durch Reibung mit dem Riemen übertragen werden.
• Ventilator
  Ein Luftstrom entlang einer Drehachse wird durch rotierende Flügel (Propeller) erzeugt, die an der Drehachse befestigt sind.

Dieser Luftstrom wird zum Absaugen und Kühlen verwendet.
Die rotierende Welle ist fast immer an beiden Enden durch Lager abgestützt. Diese Lager sorgen dafür, dass die rotierende Welle fest mit dem Gehäuse oder einer anderen Umhüllung verbunden ist und sich frei drehen kann.

Arten von Drehachsen

Drehachsen werden je nach ihrer Funktion in zwei Kategorien eingeteilt: Antriebsachsen und angetriebene Achsen.

1. Antriebsachse

Eine Achse, die direkt mit der Antriebsquelle selbst verbunden ist und die von der Antriebsquelle erzeugte Leistung als Drehbewegung überträgt. Handelt es sich bei der Antriebsquelle um einen Motor, ist die Motorwelle, bei einem Motor die Kurbelwelle die Antriebsachse.

Ein Kugelgewindetrieb ist über eine Wellenkupplung mit der Motorwelle verbunden und wandelt die Drehbewegung in einem linearen Bewegungsmechanismus in eine lineare Bewegung um, was ebenfalls einer Antriebsachse entspricht.

2. Angetriebene Achse

Die von der Antriebsachse erzeugte Leistung wird mit Hilfe von Zahnrädern, Riemenscheiben, Kettenrädern und anderen Kraftübertragungselementen auf eine Drehachse in einiger Entfernung übertragen. Die angetriebene Achse hält die Zahnräder und Riemenscheiben in ihrer Position.

Die angetriebene Achse dreht sich nicht von selbst, sondern hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie die Leistung der Antriebsachse an einen entfernten Ort übertragen kann.

Weitere Informationen zu Drehachsen

1. Punkte, die die Leistung und die Kosten von Drehachsen bestimmen

Die folgenden Punkte bestimmen die Leistung und die Kosten von Drehachsen. Es obliegt dem Konstrukteur, eine Drehachse auszuwählen und zu konstruieren, die unter Berücksichtigung dieser Faktoren die Kosten minimiert und gleichzeitig die Spezifikationen erfüllt.

• Material: das für die Drehachse verwendete Material
• Toleranzen: Passungstoleranzen für den Achsendurchmesser, Maßtoleranzen für die Achsenlänge und geometrische Toleranzen wie Geradheit und Koaxialität
• Zusätzliche Bearbeitungen: Bearbeitungen zur Fixierung des rotierenden Elements, z. B. Keilnutenbearbeitung, Gewindebearbeitung, usw.
• Oberflächenbehandlung: Bearbeitung, die hauptsächlich zur Verbesserung der Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit durchgeführt wird

2. Übliche Werkstoffe für Drehachsen

Zwei übliche Werkstoffe für Drehachsen sind S45C und SUS304: S45C ist ein Material auf Eisenbasis, das relativ billig ist und zur Erhöhung der Festigkeit gehärtet werden kann, weshalb es häufig für Drehachsen verwendet wird.

SUS304 ist ein Werkstoff aus rostfreiem Stahl, der in Bezug auf die Materialkosten teurer ist als S45C, aber auch rostbeständiger. Er wird daher häufig in Umgebungen wie Reinräumen und Lebensmittelfabriken verwendet.

3. Übliche Oberflächenbehandlungen für Drehachsen

Die folgenden Oberflächenbehandlungen werden üblicherweise bei Drehachsen verwendet:

• Eisentetroxid-Beschichtungen (Schwarzfärbung): können eine rostvorbeugende Wirkung haben und gleichzeitig die Kosten niedrig halten
• Chemische Vernickelung: bietet eine hohe Korrosionsbeständigkeit, und die Härte der Wellenoberfläche kann durch eine Wärmebehandlung nach der Beschichtung erhöht werden
• Induktionshärten: kann die Festigkeit von Stahlwerkstoffen wie S45C deutlich erhöhen
• Polieren: Verringert die Oberflächenrauhigkeit der Achse und ermöglicht die Befestigung von gleitenden Teilen wie Dichtungen