Maschinenelemente sind Komponenten bzw. Baugruppen, die in Maschinen und Anlagen verbaut werden. Sie übertragen Kräfte, Bewegungen, Drehmomente und Leistungen, befestigen Bauteile, schmieren oder dichten ab. Sie sind fester Bestandteil im Maschinen- und Anlagenbau.
Im folgenden Beitrag liefern wird dir eine Übersicht über die gängigsten Maschinenelemente deren Funktionen, Aufbau und Anwendungen. Wir verweisen auf die wichtigsten Normen, Berechnungsmethoden und weiterführende Literatur zum Thema Maschinenelemente.
Los geht’s!
Maschinenelemente verbinden, kuppeln, gleichen aus, schmieren, dichten, übertragen,…
Sie sind ein wichtiger Bestandteil und technische Grundlage jeder Konstruktion im industriellen Umfeld. Die meisten Ingenieure und Konstrukteure im Maschinenbau und Anlagenbau werden im Laufe des Berufslebens mit Maschinenelementen zu tun haben.
Unsere Top 10 der wichtigsten Maschinenelemente für den Maschinenbau inkl. Funktion, Anwendungen und Hersteller.
Riementriebe, auch Riemengetriebe genannt, sind Zugmittelgetriebe. Sie übertragen Kraft bzw. Leistung zwischen zwei oder mehreren Wellen mit einem elastischen Riemen, der auf Riemenscheiben läuft. Die Übertragung kann formschlüssig mittels Zahnriemen oder reibschlüssig mittels Keilriemen, Keilrippenriemen oder Flachriemen erfolgen.
Riementriebe können Kräfte über größere Entfernungen übertragen und auftretende Stöße, Schwingungen und Vibrationen dämpfen. Die übertragbaren Leistungen und Kräfte haben sich wegen der verbesserten Werkstoffe deutlich erhöht.
Riementriebe werden in vielen Anwendungen im Maschinenbau und Fördertechnik eingesetzt. Hier einige Bespiele zu den Einsatzmöglichkeiten:
Kettengetriebe, auch Kettentriebe genannt, gehören wie Riementriebe zu den Zugmittelgetrieben. Sie übertragen Kraft und Leistung formschlüssig zwischen zwei oder mehreren Wellen. Die Übertragung erfolgt durch die Ketten, die in zwei oder mehr Kettenräder läuft.
Kettengetriebe können große Kräfte übertragen. Diese Elemente sind unempfindlich gegenüber Staub, Schmutz und hohe Temperaturen. Der Verschleiß ist wegen der hohen mechanischen Belastungen groß. Es muss eine regelmäßige Wartung erfolgen.
Kettentriebe werden meist in schweren Anwendungen im Maschinenbau und der Fördertechnik verwendet. Sie sind geeignet für den Einsatz bei rauen Umgebungsbedingungen. Hier einige Bespiele zu den Einsatzmöglichkeiten:
Sie verbinden zwei Wellen und übertragen Drehmoment und Drehbewegung. Je nach Ausführung können Verlagerungen ausgleichen und Schwingungen bzw. Stöße gedämpft werden.
Wir unterscheiden zwei Grundarten von Kupplungen:
Schaltbare Kupplungen werden durch ihre Betätigung (fremdbetätigt, drehmomentbetätigt, fliehkraftbetätigt, drehrichtungsbetätigt) oder ihre Art der Übertragung (formschlüssig, reibschlüssig) unterteilt. Nicht schaltbare Kupplungen werden in starre und elastische Kupplungen eingeteilt. Elastische Kupplungen bzw. Wellenkupplungen können Wellenverlagerungen ausgleichen, Schwingungen und Stöße dämpfen.
Sie werden in unterschiedlichsten Industrien und Anwendungen eingesetzt. Sie können so klein wie eine 10-Cent-Münze oder schwerer als ein PKW sein. Hier einige Bespiele zu den Einsatzmöglichkeiten:
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Bremsen sind für das Abbremsen und Halten von Bewegungen und Lasten verantwortlich. Sie wandeln kinetische Energie in Wärmeenergie um. Die wichtigsten Arten von Bremsen sind:
Federkraftbremsen nutzen vorgespannte Federn zum Erzeugen des Bremsmoments. Mechanische Bremsen nutzen Reibung zwischen zwei festen Oberflächen.
Bremsen werden je nach Typ und Bauform in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Hier findest du Beispiele für Einsatzmöglichkeiten von Bremsen:
Welle-Nabe Verbindungen übertragen Drehmoment zwischen einer Welle und einer Nabe (z.B. Riemenscheibe). Man unterscheidet drei Arten der Welle-Nabe Verbindung:
Bei der Auswahl kommt es auf die zu übertragende Drehmomente und Kräfte, auf Umgebungsbedingungen, Montage-/ Demontagefreundlichkeit etc. an.
Welle-Nabe Verbindungen haben ein breites Einsatzgebiet. Die Anwendungen der Spannelemente können sehr unterschiedlich sein. Hier sind einige Beispiele:
Getriebe übertragen und wandeln Drehmoment und Drehzahl. Das Wandeln (erhöhen oder verringern) des Drehmoments bzw. der Drehzahl zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle wird Übersetzung oder Untersetzung genannt. Wird das Drehmoment erhöht, wird die Drehzahl reduziert. Wird das Drehmoment reduziert, wird die Drehzahl erhöht.
Die meisten Getriebe sind hochpräzise Maschinenelemente aus hochfesten Materialien. Ineinandergreifende Zahnräder übertragen Drehmoment und Drehzahl bzw. ändern die Drehrichtung.
Gängige Getriebearten sind:
Je nach Anwendungsfall und Anforderungen kommen die unterschiedlichen Getriebearten zum Einsatz.
Getriebe werden in Kombination mit einem Motor in so gut wie allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus in Antrieben verwendet. Hier einige Beispiele dazu:
Lager werden verwendet, um Wellen und andere rotierende Bauteile zu lagern und die Reibung zu minimieren.
Die beiden Haupt-Lagerarten sind:
Gleitlager bestehen aus einem Innenring und einem Außenring die aufeinander gleiten. Zwischen den beiden Ringen ist eine Schmierstoffschicht, um die Reibung zu reduzieren. Sie werden vorrangig bei hohen Lasten und niedrigen Drehzahlen eingesetzt.
Wälzlager bestehen aus einem Innenring und einem Außenring zwischen denen Wälzkörper wie z.B. Kugeln oder Rollen laufen. Dadurch wird die Reibung reduziert und die Effizienz erhöht. Sie sind besser für niedrigere Lasten und hohe Drehzahlen geeignet.
Lager werden in unterschiedlichsten Maschinen und Anlagen verbaut. Hier findest du einen Auszug möglicher Anwendungen:
Gleitlager eignen sich besser für hohe Lasten und niedrige Drehzahlen, Wälzlager für niedrige Lasten und höhere Drehzahlen. Wie du eine Lagerberechnung durchführst findest du in unserem Beitrag oder in den jeweiligen Herstellerkatalogen.
Schraubenverbindungen sind die wohl am häufigsten verwendeten lösbaren Verbindungen im Maschinen- und Anlagenbau. Sie sind meist eine Kombination aus Schraube und Mutter die zwei oder mehr Bauteile miteinander verbinden.
Sie sind in verschiedensten Größen, Gewindearten, Materialien und Schraubenqualitäten (Zugfestigkeit) erhältlich.
Feder sind elastische Maschinenelemente. Sie speichern mechanische Energie und geben diese wieder ab. Die wichtigsten Arten von Federn sind:
Dieses Maschinenelement besteht normalerweise aus Federstahl. Sie haben dämpfende Eigenschaften und ermöglichen eine gleichmäßige Kraftverteilung.
Achsen, Wellen und Zapfen tragen und/oder unterstützen drehende bzw. rotierende Bauteile. Diese Maschinenelemente sind meist aus hochfestem Stahl oder anderen robusten Materialien.
Bei Maschinenelementen gibt es umfassende Normen und Herstellerstandards. Die Ausführungsformen sind weitestgehend genormt oder standardisiert. Manche Anwendungen machen individuelle Ausführungen von Bauteilen nötig. Manche Hersteller haben das Standardsortiment ergänzt und konstruieren und fertigen spezielle Maschinenelemente.
In unserem Beitrag Normen für Maschinenelemente findest du einige der relevantesten DIN und ISO Normen der zuvor genannten zehn Elemente:
Es gibt umfangreiche Literatur zum Thema Maschinenelemente. Das vermutlich bekannteste Fachbuch (und unser Favorit) ist Roloff/Matek – Maschinenelemente aus dem Springer Verlag. Es umfasst über 20 Kapitel zu Konstruktiven Gestaltungsgrundlagen, Toleranzen, verschiedenen Maschinenelementen wie Kupplungen, Bremsen, Riementrieben, Wälzlager, Gleitlager, Kettengetriebe, Schrauben, Welle-Nabe-Verbindungen, Schweißverbindungen etc.
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