Kursangebot | Maschinenelemente 2 | Werkstoffe für Wellen und Achsen

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 wenden 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 das Gewicht reduziert werden kann.
  • Die Härtbarkeit $ \rightarrow $ muss gewährleistet sein.
  • Die Duktilität $ \rightarrow $ muss vorliegen, um der Kerbwirkung entgegenzuwirken. 

EinsatzWerkstoffe, die diese Anforderungen erfüllen, sind:

  • S355 (alte Bezeichnung: St 52)
  • E295 (St 50)
  • E355 (St 60)
  • 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 man

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

Hier klicken zum AusklappenFertigt man Wellen unterschiedlichen Durchmessers aus einem identischen Ausgangswerkstoff, so weisen die Wellen unterschiedliche Werkstoffeigenschaften auf.

Beispiel

Hier klicken zum AusklappenEine 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 unterschiedliche Werkstofftexturen und somit auch unterschiedliche Werkstoffeigenschaften. 

Durchmesser ein Einflussfaktor für die Wärmebehandlung

Beispiel

Hier klicken zum AusklappenDie Durchhärtung einer Welle infolge einer Wärmebehandlung hängt im wesentlichen von deren Durchmesser ab. 

Methode

Hier klicken zum AusklappenBeinahe immer wünscht man sich eine Welle, die nicht durchgehärtet ist. Ziel ist eine harte Oberfläche und ein verhältnismäßig duktiler Kern, damit die Kerbempfindlichkeit minimal wird.