Festkörpergelenk

Als Festkörpergelenk bezeichnet man einen Bereich eines Bauteils, welcher eine Relativbewegung (Drehung) zwischen zwei Starrkörperbereichen durch Biegung erlaubt.

Bei Pinzetten wirken die Bereiche der Schenkel nahe der Verbindung am Ende elastisch als Festkörpergelenk.

Funktion

Das Festkörpergelenk ist kein „echtes“ Gelenk im Sinne eines kinematischen Paares, sondern beruht auf dem Prinzip der Elastostatik (Elastizität). Die Funktion eines Gelenks wird durch einen Bereich verminderter Biegesteifigkeit relativ zu zwei angrenzenden Bereichen höherer Biegesteifigkeit erreicht. Die verminderte Biegesteifigkeit wird meist durch lokale Querschnittsverringerung erzeugt. Ein Festkörpergelenk kann mit einem konventionellen Drehgelenk, welches über einen eingeschränkten Drehbereich verfügt, verglichen werden.

Anwendung

Festkörpergelenke werden vor allem in der Mikrosystemtechnik häufig verwendet, weil echte Gelenke, die klassisch aus mindestens zwei gekoppelten Einzelelementen bestehen, nur schwer und aufwändig in mikroskopischen Abmessungen hergestellt und montiert werden können. In normalen Dimensionen bilden Festkörpergelenke als Verschleißteil eine preiswerte Alternative zu echten Gelenken. Im klassischen Maschinen- und Gerätebau werden sie wegen ihrer geringeren Dauerfunktionssicherheit eher selten, im Bereich besonders kostengünstiger Lösungen dagegen häufig eingesetzt.

Einschränkung

Ein erheblicher Nachteil ergibt sich durch die starke Materialermüdung bei Biegung bzw. Dauerschwingung (siehe Dauerschwingversuch). Entsprechend der sehr unterschiedlichen Dauerfestigkeit von Werkstoffen sind Festkörpergelenke nicht mit jedem Material zu realisieren.

Literatur

• Nicolae Lobontiu: Compliant Mechanisms: Design of Flexure Hinges. CRC Press, Boca Raton, USA 2002, ISBN 978-0-8493-1367-7.
• Jungnickel Uwe: Miniaturisierte Positioniersysteme mit mehreren Freiheitsgraden auf der Basis monolithischer Strukturen. Darmstädter Dissertation, Darmstadt, 2004, pp.34-45.