Die richtige Dimensionierung einer Gelenkwelle erfordert die Berücksichtigung verschiedener Einflüsse und Faktoren. Infolge der Vielzahl von möglichen Einsatzfällen können exakte, allgemeingültige Bemessungsregeln nicht angegeben werden. Nachstehende Hinweise dienen deshalb zur ersten, überschlägigen Größenbestimmung.
In Zweifelsfällen sind wir gerne bereit, die erforderliche Gelenkgröße für Sie festzulegen und verweisen in diesem Zusammenhang auf unsere techn. Fragebögen.

Die für die einzelnen Gelenkgrößen angegebenen max. zulässigen Drehmomente Mdmax gelten in der Regel nur für kurzzeitige Spitzenbelastungen. MdNenn: Nenndrehmoment zur Vorauswahl, anhand der nominalen Betriebsmomente. MdGrenz: Grenzdrehmoment, das bei begrenzter Häufigkeit kurzzeitig von der Gelenkwelle ohne Funktionsschädigung übertragen werden kann. Das jeweils zulässige Dauerdrehmoment muss in Abhängigkeit von den übrigen Betriebsdaten, wie Stoßfaktoren, Beugungswinkel, Drehzahl usw., von Fall zu Fall ermittelt werden (siehe hierzu 6.2 u. 6.3).

Je nach Art des Antriebs bzw. des jeweiligen Einsatzfalles kann eine Gelenkwelle Stoßbelastungen ausgesetzt sein, die erheblich über dem Nenndrehmoment liegen. Um diese zu berücksichtigen, müssen Stoßfaktoren eingesetzt werden. Nachstehend einige Stoßfaktoren für die gebräuchlichsten Antriebsmaschinen:Selbstverständlich ist nicht nur der Antrieb, sondern in vielen Fällen auch der Abtrieb für Stoßbelastungen verantwortlich. Wegen der Vielzahl der verschiedenen Möglichkeiten können hierzu jedoch keine allgemeingültigen Angaben gemacht werden.

Ausschlaggebender Faktor im Hinblick auf die Lebensdauer einer Gelenkwelle sind in der Regel die Gelenklager. Deshalb sollten zur Ermittlung der jeweils erforderlichen Gelenkgröße zweckmäßigerweise das nachfolgende Lebensdauer-Diagramm benutzt werden. Dieses Diagramm ermöglicht:
a) die Bestimmung der theoretischen Lebensdauer einer gewählten Gelenkwelle in Abbängigkeit von den jeweiligen Betriebsdaten, bzw.
b) die Ermittlung der erforderlichen Gelenkgröße bei vorgegebener Lebensdauer.

Dabei wird das Antriebs-Nennmoment mit dem entsprechenden Stoßfaktor multipliziert, und das so erhaltene Md in nachfol-endes Diagramm eingesetzt. Weitere Faktoren, wie Korrektur- oder Beugungswinkelfaktor, brauchen nicht berücksichtigt zu werden, da bereits im Diagramm enthalten.

Bei Maschinen bzw. Fahrzeugen mit wechselnden Betriebsbedingungen werden zunächst die einzelnen Lebensdauerwerte aus dem Diagramm ermittelt. Danach kann dieresultierende Gesamtlebensdauer LhR wie folgt errechnet werden:
q1, q2 = Zeitanteile in [%]
Lh1, Lh2 eingesetzt in 103 [Std]

Infolge der Vielzahl von Anwendungsfällen ist es nicht möglich, die Eignung einer Gelenkwelle durch Versuche zu ermitteln. Deshalb erfolgt die Auswahl und Überprüfung der erforderlichen Gelenkgröße durch Anwendung rechnerischer Methoden. Diese basieren auf der Ermittlung der dynamischen Tragzahl vollrolliger Nadel- und Rollenlager gemäß der ISO-Empfehlung R 281. Die im Katalog enthaltenen Lebensdauerdiagramme sind auf dieser Empfehlung und auf einer speziell für den Gelenkwellenbereich anwendbaren Berechnungsformel zur Ermittlung der nominellen Lebensdauer begründet. Die damit gefundene Lebensdauer gibt die Betriebsstundenzahl an, die von 90% einer größeren Anzahl gleicher Gelenklager erreicht oder überschritten wird. Es gibt auch Methoden zur Ermittlung der modifizierten Lebensdauer. Dabei werden unterschiedliche Überlebenswahrscheinlichkeiten, Werkstoffqualität und Betriebsverhältnisse berücksichtigt. Der gegenwärtige Stand der Technik erlaubt es jedoch nicht, Aussagen über das unterschiedliche Verhalten verschiedener Stahlqualitäten (Gefüge, Härte, Verunreinigungen) in Bezug auf eine Lebensdauer zu machen. Aus diesem Grund wurden bisher auch noch keine Festlegungen in der inter-nationalen Norm vorgenommen. Ebenso müssten alle Betriebseinflüsse wie Betriebstemperatur, Abschmierintervalle, verwendetes Schmierfett und die damit verbundene Betriebsviskosität berücksichtigt werden. Da diese Faktoren von Einsatzfall zu Einsatzfall verschieden sind, ist es nicht möglich, eine Ermittlung der modifizierten Lebensdauer durchzuführen und damit ein allgemein gültiges Lebensdauerdiagramm zu erstellen. Die nachfolgenden beiden Lebensdauerdiagramme ermöglichen Ihnen eine überschlägige Ermittlung der nominellen Lebensdauer. Ist der Beugungswinkel kleiner als 3°, sollten Sie von ß = 3° ausgehen, da sonst das ermittelte Ergebnis verfälscht wird. Ist es notwendig, eine genaue Bestimmung der Lebensdauer durchzuführen, wenden Sie sich bitte an die Techniker der Firma ELBE.

Wie in 2.3 gezeigt, kann durch entsprechende Maßnahmen ein gleichförmiger Abtrieb an der Gelenkwelle erreicht werden. Das Mittelteil läuft jedoch nach wie vor ungleichförmig und unterliegt zweimal pro Umdrehung einer Beschleunigung und Verzögerung.

Das daraus resultierende Beschleunigungs moment ist abhängig vom Massenträgheitsmoment des Gelenkwellen-Mittelteils sowie von Drehzahl und Beugungswinkel. Im Hinblick auf Laufruhe und Verschleiß darf deshalb das Produkt aus Drehzahl und Beugungswinkel nicht zu groß werden.

Für den allgemeinen Maschinenbau können entsprechende Richtwerte direkt aus nachstehendem Diagramm entnommen werden, das für Gelenkwellen mit Normalrohr bis ca. 1500 mm Gesamtlänge ausgelegt ist.

Das Mittelteil der abgewinkelten Gelenkwelle wird bei Übertragung eines Drehmomentes durch Zusatzmoment MZII periodisch wechselnd auf Biegung beansprucht, wie aus 5.1 hervorgeht. Dadurch wird das Mittelteil zum Schwingen angeregt. Kommt nun die Frequenz dieser Biegeschwingungen in den Bereich der Eigenfrequenz der Gelenkwelle, so hat dies höchste Beanspruchung aller Teile, Aus-knicken der Welle und Geräuschbildung zur Folge. Um dies zu vermeiden, sind lange und schnelllaufende Gelenkwellen auf biegekritische Drehzahlen zu untersuchen. Die biegekritische Drehzahl 1. Ordnung einer Gelenkwelle in Rohrausführung kann näherungsweise errechnet werden:

D = Rohr-Außendurchmesser [mm]
d = Rohr-Innendurchmesser [mm]
L = Rohr-Mittelteil-Länge in [mm]



Gelenkwellen werden nur im unterkritischen Bereich eingesetzt. Aus Sicherheitsgründen muss darauf geachtet werden, dass die max. Betriebsdrehzahl einen genügend großen Abstand zur jeweiligen kritischen Drehzahl hat.
Es gilt deshalb:

Die biegekritische Drehzahl einer Gelenkwelle ist, wie aus der Drehzahlformel hervorgeht, lediglich von den Rohrabmessungen und der Mittelteil-Länge abhängig. Durch Verwendung größerer Rohrdurchmesser kann deshalb die kritische Drehzahl einer Gelenkwelle erhöht werden. Dieser Vergrößerung sind jedoch Grenzen gesetzt, da eine gewisse Relation zwischen Rohrabmessung und Gelenkgröße vorhanden sein muss. In den Maßtabellen der Gelenkwellen-Ausführungen sind die möglichen Rohrabmessungen für jede Größe angegeben. In all den Fällen, wo eine einteilige Gelenkwelle nicht mehr ausreicht, müssen Strangausführungen mit Zwischenlager eingesetzt werden.

Zur Ermittlung des erforderlichen Rohrdurchmessers bei vorgegebener max. Betriebsdrehzahl nmax und Mittelteillänge L