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Maschinenelemente 2

Werkstoffe für Wellen und Achsen

In unseren bisherigen Betrachtungen sind wir auf die Anforderungen eingegangen, die sich auf Bauteile selbst sowie deren Konstruktion und Einbau bezogen. Nun wernen wir uns den Anforderungen zu, die an Werkstoffe gestellt werden, aus denen Wellen und auch Achsen bestehen. 

Welle-Nabe-Verbindung
Welle-Nabe-Verbindung

 

Grundlegende Werkstoffanforderungen

Besonders wichtig sind hierbei

  • die Werkstofffestigkeit $\rightarrow $ muss besonders hoch sein damit Gewicht reduziert werden kann.
  • die Härtbarkeit $ \rightarrow $ muss gewährleistet sein,
  • die Duktlität $\rightarrow $ muss vorliegen um der Kerbwirkung entgegenzuwirken. 

EinsatzWerkstoffe, die diese Anforderungen erfüllen, sind:

  • S355 (alte Bezeichnung: St 52)
  • E295 (St 50)
  • E355 (St 60)
  • oder C 35. 

Allesamt zählen zur Gruppe der Baustähle und werden für normalbeanspruchte Wellen und Achsen eingesetzt. 

Zusätzliche Werkstoffanforderungen

Werden zusätzliche Anforderungen, wie beispielsweise große Belastbarkeit oder Rostfreiheit an den Werkstoff gestellt oder sind die Anforderungen an die oben genannten Punkte besonders hoch, so verwendet

  • Vergütungsstähle wie 42 CrMo4 (Stahl mit Chrom- und Molybdän-Anteilen) und 42CrMoS4 (zusätzlich Schwefelarm) $\rightarrow $ gute Härtbarbeit und Zähigkeit.

oder

  • Einsatzstähle wie 16 MnCr5 (Stahl mit Mangan- und Chrom-Anteilen) und 17 CrNiMo6 (Stahl mit Chrom-, Nickel- und Molybdän-Anteilen) $\rightarrow $ gute Umformbarkeit.

Sonderfaktoren

Durchmesser als Entscheidungskriterium für Fertigungsart

Methode

Fertigt man Wellen unterschiedlichen Durchmessers aus einem identischen Ausgangswerkstoff, so weisen die Wellen unterschiedliche Werkstoffeigenschaften auf.

Beispiel

Eine Welle aus dem Material 42 CrNiMo6 mit einem Durchmesser von 200 mm verhält sich bei Belastungen im Betrieb anders als eine Welle aus dem identischen Material mit einem Durchmesser von 300 mm oder 350 mm. 

Die Ursache hierfür liegt u.a. in der Art der Herstellung. Wellen und Achsen mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm werden üblicherweise aus Rundstahl gedreht oder ohne Nachbearbeitung gezogen. Ist der gewünschte Durchmesser größer, so wird die Welle oder Achse vorgeschmiedet und anschließend mehrfach nachgeglüht. Diese unterschiedlichen Herstellungsarten, erzeugen im Material auch unterschiedliche Werkstofftexturen und somit auch unterschiedliche Werkstoffeigenschaften. 

Durchmesser eine Einflussfaktor für Wärmebehandlung

Beispiel

Die Durchhärtung einer Welle infolge einer Wärmebehandlung hängt im wesentlichen von deren Durchmesser ab. 

Methode

Beinahe immer wünscht man sich eine Welle, die nicht durchgehärtet ist. Ziel ist eine harte Oberfläche und eine verhältnismäßig duktiler Kern, damit die Kerbempfindlichkeit minimal wird.