1

Maschinentechnik

Wellen - Achsen - Zapfen

Ziel:Selbstständiges Erarbeiten des Themas Achsen, Wellen und Zapfen.

Material:Unterlagen Achsen, Wellen des Lehrmittels MachineWorld (S.67 - 73)Fachbuch Fachkunde Metall:- Belastungsarten (S.456 - 457)

- Wellen und Achsen (S.403 - 404)

Vorgehen:Bearbeiten Sie das Dokument in der gegebenen Reihenfolge. Die Aufgaben beziehen sich sowohl auf diese Datei wie auch auf Aufgaben im MachineWorld.

Achsen, Wellen und Zapfen

· Was ist eine Achse; was ist eine Welle?Ordnen Sie die verschiedenen Beispiele einem der beiden Begriffe zu und schreiben Sie diese in die darunterliegende Tabelle hinein:

Achse

Welle

Achse eines LKW-Anhängers

· Lesen Sie im FM S. 403 bei Wellen und Achsen die beiden einführenden Sätze des Kapitels.

· Überprüfen Sie jetzt Ihre Zuordnungen der Aufgabe 1 und korrigieren Sie diese gegebenenfalls.

· Lösen Sie die beiden Schüttelsätze zu Achsen und zu Wellen.

· Wir unterscheiden feststehende Achsen, umlaufende Achsen. Färben Sie im MachineWorld auf S. 68 in den beiden Zeichnungen sich drehende und stillstehende Elemente rot und blau gemäss der dortigen Anleitung.

· Achsen und Wellen können drei verschiedenartigen Belastungsfällen unterliegen: statischer, dynamisch-schwellender und dynamisch-wechselnder. Sehen Sie sich dazu erst die Erklärung zu den drei Begriffen an und ordnen Sie anschliessend im MachineWorld auf S. 67 die aufgeführten Beispiele der jeweiligen Belastungsart zu.

Zuordnungen:

Achse an einer Spannvorrichtung = ........ BelastungTragrolle an einem Skiliftmast = ........ BelastungAchse an einem LKW-Anhänger = ........ BelastungKardanwelle an einem Fahrzeug = ........ BelastungVorderradachse eines Velos = ........ BelastungLaufrad eines Krans = ........ Belastung

· Bei den Wellen unterscheiden wir unterscheiden starre, Gelenk- und biegsame Wellen. Färben Sie im MachineWorld auf S. 70 in der Zeichnung sich drehende und stillstehende Elemente rot und blau gemäss der dortigen Anleitung.

· Es gibt viele Arten von starren Wellen. Betrachten Sie sich dazu im MachineWorld auf S. 70 die verschiedenen Formen von starren Wellen und lösen Sie anschliessend (ohne Hilfe der Unterlagen) diese Zuordnungsübung.

· Was ist eine Gelenkwelle (auch „Kardanwelle“) und wie funktioniert sie? Sehen Sie sich zur Erklärung diesen kurzen Film an.

· Biegsame Welle: Suchen Sie ein Beispiel aus ihrem Umfeld, wo dieses angewendet wird resp. wo diese zu finden ist:

· Zapfen nennt man einen von einem Lager (Kugel- oder Gleitlager) umschlossenen Teil einer Achse oder einer Welle. Je nach Belastungsrichtung, Lage und Form unterscheidet man verschiedene Zapfenarten. Anwendungen sehen Sie auf diesen beiden Bildern:Aufgabe: Ordnen Sie in dieser Übung die verschiedenen Zapfenarten zu.

· Erstellen Sie sich eine kleine MindMap zum Thema Achsen, Wellen und Zapfen.

· Repetitionsaufgaben:

Was ist der wichtigste Unterschied zwischen einer Achse und einer Welle? Wie ist der Unterschied definiert?

Welche beiden Kräfte treten in Wellen am meisten auf, welche Kraft in Achsen?

Was ist der Unterschied zwischen einer feststehenden und einer umlaufenden Achse?

Warum gehören Spindeln zu den Wellen und nicht zu den Achsen?

Was ist der Unterschied zwischen einer Achse und einem Zapfen?

Kerbwirkung

Achsen, Wellen und Zapfen unterliegen ständigen (wechselnden) Belastungen. Am schlimmsten sind dynamisch wechselnde Belastungen (Ziehen und Stossen, resp. „hin und her“ Biegen). Sie sorgen dafür, dass es bei unsachgemässer geometrischer Auslegung einer Welle, einer Achse oder eines Zapfen ungewollt zum Bruch des Bauteils kommen kann.

„Schuld“ daran trägt die sogenannte Kerbwirkung. Sie tritt immer dann auf, wenn an einer Querschnittsveränderung wie z.B. an einem Zapfen scharfe Ecken vorhanden sind, eine Oberfläche rau gedreht worden ist oder sonst eine Beschädigung vorliegt.

· Lesen Sie in Ihren Unterlagen von MachineWorld die Seite über die Kerbwirkung (S. 72) und betrachten Sie sich dazu die Wirkungsweise der Kerbwirkung. Hinweis: Die Länge der roten Pfeile in den dargestellten Werkstücken entspricht der auftretenden Spannung innerhalb des Werkstücks: Je länger der Pfeil, desto grösser ist die auftretende Spannung = desto ungünstiger ist die Situation → Gefahr für Bruch.

· Lösen Sie die beiden Aufgaben im MachineWorld S. 72 in der Seitenmitte und unten und die Aufgabe 1 (MachineWorld S. 73)

· Um die Kerbwirkung des Zapfens im Bild oben zu verhindern resp. zu vermindern, wäre die abgebildete Lösung möglich. Was ist an der Ausführung verändert worden?

· Wie Freistiche optimal gestaltet werden können, sehen Sie auf diesem Bild. Sie finden die erforderlichen Angaben in Tabellenbuch oder im Normenauszug des VSM → nachschlagen und überprüfen.

· Wie können Sie persönlich dazu beitragen, dass bei der Fertigung von Werkstücken möglichst keine Gefahr durch Kerbwirkung entstehen kann? Formulieren Sie einige wichtige Punkte für die Praxis!

Hier zum Abschluss noch die Lösung zur Aufgabe 4 (MachineWorld S. 73) mit der Hohlwelle.

Welle / Achse eines LKW-Anhängers

Welle / Achse des Hinter- und des Vorderrads eines Velos

Welle / Achse einer Schubkarre

Welle / Achse eines Elektromotors Schubkarre

Welle / Achse einer Bohrspindel

Welle / Achse einer Seilrolle eines Krans

Welle / Achse eines Schiffantriebs

Antriebsrad einer Lokomotive

Achse an einer Spannvorrichtung

Tragrolle an einem Skiliftmast

Achse an einem LKW-Anhänger

Kardanwelle in einem Fahrzeug = Antriebswelle vom Getriebe auf die Räder�

Vorderradachse eines Velos�

Laufrad eines Krans

„scharfe“ Ecke = Gefahr bezüglich Kerbwirkung

A4-Vorlage_allgemein.docx- 2 -U.Schönbächler