- Selbsthemmung
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Selbsthemmung beschreibt in der Mechanik den durch Reibung verursachten Widerstand gegen ein Verrutschen oder ein Verdrehen zweier aneinander liegender Körper. Sobald die Haftreibung überschritten ist, sind die Körper nicht mehr selbsthemmend.
Die Selbsthemmung wird durch den Neigungswinkel, die Oberflächenrauigkeit der Auflageflächen, die Werkstoffpaarung, die Gleitgeschwindigkeit, durch den Schmierstoff und die Erwärmung beeinflusst. Um Selbsthemmung zu erreichen, wird der resultierende Winkel kleiner als der Arcustangens der Haftreibungszahl ausgeführt.
Inhaltsverzeichnis
Schraubverbindungen
Bei Schrauben besteht statische Selbsthemmung, wenn der Steigungswinkel der Gewindeflanke kleiner als der Arcustangens der Gleitreibzahl der Materialpaarung Gewindebolzen und Gewindemutter ist.
Bei dynamisch beanspruchten Schrauben kann dies allein wegen zeitweiliger Aufhebung der Vorspannung nicht ausreichend sein. Damit die Vorspannung erhalten bleibt, werden Dehnschrauben verwendet oder der Schraubenschaft wird möglichst lang ausgeführt und mit einem für den Anwendungsfall rechnerisch zu ermittelnden definierten Drehmoment angezogen.
Sollten ausreichende Schaftlängen (Klemmlänge) konstruktiv nicht möglich sein, wird die nötige Erhöhung der Reibung bei Bewegungsschrauben durch kleine Steigungswinkel und bei Verbindungsschrauben zusätzlich durch elastisches Verformen innerhalb des Gewindes beim Einschrauben sowie ein Vorspannen der Schraube durch Anziehen erreicht.
Typische Beispiele, bei denen ein selbständiges Lösen verhindert werden soll, sind Schraubensicherungen, Kegelaufnahmen oder Welle-Nabe-Verbindungen mittels eines Keils. Die Konstruktion fällt je nach Anwendungsfall sehr unterschiedlich aus.
Getriebe, Bewegungsgewinde
Bei Getrieben wird der gleiche Effekt durch hohe Übersetzungen oder kleine Wirkungsgrade erreicht. Ein Getriebe ist selbsthemmend, wenn es sich nur über die Antriebswelle und nicht über die Abtriebswelle antreiben lässt. Vor allem Schneckengetriebe können diese Anforderung bei hohen Übersetzungen, einem zudem kleinen Anfahrwirkungsgrad und einem Mittensteigungswinkel < 5° erfüllen.
Des Weiteren unterscheidet man bei Getrieben und Gewindespindeln zwischen
- dynamischer Selbsthemmung oder auch Selbstbremsung: Der Antrieb bleibt sofort oder nach kurzer Zeit stehen, auch wenn an der Abtriebsseite noch ein Drehmoment wirkt. In der Regel wird dies bei Getrieben mit einem Wirkungsgrad kleiner 0,5 erreicht. Der Effekt darf in sicherheitsrelevanten Bereichen wie Aufzügen und Förderanlagen und bei Positioniervorrichtungen auf keinen Fall eine Bremse ersetzen, da die Selbsthemmung bereits bei kleinen Stößen oder Vibrationen aufgehoben werden kann.
- statischer Selbsthemmung: Der Antrieb bleibt nur in Ruhelage stehen. Bei Abschalten des Motors und anhängender Last abtriebseitig bleibt der Antrieb nicht zuverlässig oder erst sehr spät stehen.
Keile, Kegel
Animation zum Reibungskegel, zum Beispiel an einer Säulenbohrmaschine
Keile und Kegel müssen einen kleineren Winkel als der Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen Keil und zu verkeilenden Werkstück aufweisen, um die nötige Spannkraft und damit Selbsthemmung zu erreichen.
So werden beispielsweise auf CNC-Werkzeugmaschinen zur Werkzeugaufnahme Steilkegel verwendet, da Morsekegel aufgrund des ausgeführten Kegelwinkel selbsthemmend wirken und sich daher ein automatischer Werkzeugwechsel problematisch gestalten kann.
Anwendungen
- Freiläufe in Fahrrädern ohne Nabenschaltung oder im Drehkreuz von Supermärkten arbeiten ebenso mit Selbsthemmung in Sperrrichtung.
- Auch der Scherzartikel Fingerfalle funktioniert nach dem Prinzip der Selbsthemmung.
- Vorschubeinrichtung von Heißklebepistolen
Weblinks
Commons: Selbsthemmung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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