ASKUBAL Gelenkköpfe

Was ist ein Gelenkkopf?

Gelenkköpfe sind einbaufertige Gelenklagereinheiten. Sie werden auch als Gelenkstangenkopf, Stangenkopf oder Gelenkauge bezeichnet. Sie bestehen aus dem Gelenkkopfgehäuse mit Gewindeschaft (Gewindebolzen) und dem eingebauten bzw. eingepressten Gelenklager. Gelenkköpfe gibt es mit Innengewinde, d.h. der Gewindeschaft hat eine Bohrung, in die das Gewinde eingeschnitten wird oder mit einem Außengewinde hier ist das Gewinde außen auf dem Gewindeschaft.  Je nach Drehrichtung des Gewindes handelts es sich um ein Rechtsgewinde oder ein Linksgewinde. 

 

ASKUBAL und ASKUROL Gelenkköpfe

Unsere Gelenkköpfe gibt es in den unterschiedlichsten Varianten und Ausführungen, in den Maßreihen K und E. Ganz gleich ob wartungsfrei (mit PTFE Gleitschichtfolie) oder wartungspflichtig (nachschmierbar), ob aus Edelstahl, Automatenstahl, Wälzlagerstahl oder aus hochvergüteten Werkstoffen, mit Bronze und Messing,  mit Innengewinde oder Außengewinde, mit Rechtsgewinde oder Linksgewinde, wahlweise mit Abdichtung, klassisch mit Gleitlagerung ASKUBAL oder besonders mit Wälzlagerung ASKUROL - auf unseren Gelenkkopf können Sie sich verlassen.

Gelenkköpfe mit Wälzlagerung

Ein Sonderfall sind die wälzgelagerten Gelenkköpfe, deren Funktion ist vergleichbar mit Pendelkugellagern bzw. Tonnenlagern.  Die Abmessungen entsprechen der Gelenkkopf-Norm, die Tragzahlen sind abgeleitet aus den Normen der Wälzlager.  Sie werden bevorzugt bei wechselnden Belastungen, großen Schwenkbewegungen bei mittleren bis hohen Drehzahlen sowie bei Vollumdrehungen bei mittleren bis hohen Drehzahlen eingesetzt.

Gleitpaarungen

Als Gleitpaarung wird Stahl/Bronze, Stahl/Stahl oder Stahl/PTFE eingesetzt. Die Gleitpaarungen Stahl/Bronze und Stahl/Stahl benötigen einen Schmierstofffilm und sind deshalb wartungspflichtig, d.h. sie müssen regelmäßig nachgeschmiert werden.  Wartungspflichtige Gelenkköpfe sind geeignet bei wechselnden Belastungen, bei mittleren bis großen Schwenkbewegungen und bei mittleren Gleitgeschwindigkeiten. Die Gleitpaarung Stahl/PTFE-Gleitschichtfolie ist wartungsfrei und bedarf keinerlei Wartung. Sie wird bevorzugt bei einseitigen Belastungen und bei kleinen bis mittleren Stoßbelastungen eingesetzt.

Funktion

Die Funktion des Gelenkkopfes wird durch das Gelenklager bestimmt. Gelenkköpfe gewährleisten wie Gelenklager räumliche Einstellbewegungen zwischen Welle und Gehäuse; ermöglichen Schwenkbewegungen, Kippbewegungen bis zu einem bestimmten Kippwinkel und Umlaufbewegungen bei relativ niedrigen Gleitgeschwindigkeiten und gleichen Schiefstellungen aus.

Gelenkköpfe werden hauptsächlich bei Hebel- und Gestängeverbindungen eingesetzt. Ein weiterer Einsatzbereich ist in der Pneumatik- und Hydraulik-Industrie die Verbindung zwischen Zylinder und Anschlussteilen. Hierfür gibt es spezielle Hydraulikgelenkköpfe, die passend für die Hydraulikzylinder und Kolbenstangen entwickelt wurden.

Werkstoffe

Askubal Gelenkköpfe werden aus Automatenstahl, Wälzlagerstahl, Bronze, Messing, Edelstahl und PTFE-Gleitfolien gefertigt. Je nach Belastung setzen wir vergütete oder hochvergütete Werkstoffe ein.

Norm

Gelenkköpfe unterliegen der Norm DIN ISO 12240-4. In der Norm werden Maßreihen, Abmessungen, Toleranzen und die radiale Lagerluft festgelegt. Die Norm ist sehr weit gefasst so dass eine Vielzahl von Gleitpaarungen, Oberflächenbehandlungen, Werkstoffen, etc. möglich sind. Die Bezeichnungen, die Tragzahlen sowie die Gebrauchsdauerberechnungen unterliegen nicht der Norm und unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller. Das erschwert auf den ersten Blick die Austauschbarkeit zwischen den einzelnen Wettbewerbern, aber in den meisten Fällen lässt sich ein Alternativprodukt finden.

Made in Germany

Unsere ASKUBAL Gelenkköpfe fertigen wir an unserem Firmenstandort in Korntal bei Stuttgart.

Einsatzbereiche

Die Einsatzbereiche sind vielfältig und reichen von A wie Anlagenbau über Abfüllanlagen, Fördertechnik, Landmaschinen, Textilmaschinen, Pneumatik, Hydraulik, Robotik, Straßenbau, Fahrzeugbau, Schienenfahrzeuge, Lebensmitteltechnik, Medizintechnik und vieles andere mehr bis Z wie Zuführtechnik. Auch abseits des Maschinenbaus ist der Gelenkkopf präsent z.B. in Orgelpfeifen, Stoßdämpfern, Türöffnungssystemen und vieles mehr.  

Für kundenindividuelle Einsatzbereiche und verschiedenste Belastungen entwickeln wir mit Ihnen zusammen Ihren Gelenkkopf, Ihr Koppelgelenk oder was immer Sie benötigen und wie auch immer Sie es taufen. Sprechen Sie uns an - wir sind Ihr Partner auch für schwierige Einsatzfälle. Profitieren Sie von der Qualität und Zuverlässigkeit unserer ASKUBAL Gelenkköpfe aus eigener Fertigung made in Germany.

 

Technische Grundlagen Gelenkköpfe

Gelenkköpfe sind einbaufertige Gelenklagereinheiten. Sie bestehen aus einem Gehäuse mit Anschlussgewinde (Innen- oder Außengewinde) und dem eingebauten Gelenklager. Die Funktion wird durch das Gelenklager bestimmt. Die sphärischen Gleitflächen ermöglichen Schwenk-, Kipp- und Umlaufbewegungen ohne Kantenpressungen. Konstruktiv notwendige Schiefstellungen werden ermöglicht und fertigungsbedingte Fluchtungsfehler können so ausgeglichen werden.

 

 

 

 

 

Bestimmung der Gelenkkopfgröße

Bei der Auswahl und Bestimmung der Gelenkkopfgröße geht man von der Tragfähigkeit, den auftretenden Belastungen sowie den Anforderungen an Gebrauchsdauer und Betriebssicherheit aus. Die Tragfähigkeit der Gelenkköpfe wird in den Maßtabellen angegebenen, diese dienen als maßgebende Kenn- und Rechenwerte. Die Tragzahlen der verschiedenen Hersteller sind nicht ohne weiteres miteinander vergleichbar, da keine einheitlich genormte Definition der Tragzahlen vorliegt.

 

Betriebstemperatur

Ohne Einschränkung sind unsere Gelenkköpfe im Betriebstemperaturbereich von -10°C bis +80°C einsetzbar. Bei Gelenkköpfen mit RS-Abdichtung sowie unserer wälzgelagerten Ausführung sind die Temperatureinsatzbereiche der technischen Typenbeschreibung zu entnehmen.  

Tragzahlen

Gleitgelagerte Gelenkköpfe

Statische Tragzahl C0, gleitgelagert:

Sie entspricht derjenigen radial wirkenden statischen Belastung, die ein Gelenkkopf im Stillstand (Belastung ohne Dreh-, Schwenk- oder Kippbewegung) maximal aufnehmen kann, ohne dass die Gleitflächen zerstört werden. Voraussetzung sind eine normale Raum- und Betriebstemperatur und dass die umgebenden Bauteile ausreichend stabil sind um etwaige Verformungen des Lagers ausschließen zu können.

Bei den Gelenkköpfen ist zu beachten, dass sich die statische Tragzahl auf die maximal zulässige radiale Belastung bei ruhender Last des Gelenkkopfgehäuses in Zugrichtung längs der Gewindeachse bezieht, bis zu der noch keine bleibende Verformungen am schwächsten Gehäusequerschnitt auftreten.

Dynamische Tragzahl C, gleitgelagert:

Dynamische Tragzahlen dienen als Rechenwerte bei der rechnerischen Abschätzung der Gebrauchsdauer von dynamisch beanspruchten Gelenkköpfen. Sie geben selbst noch keinen Aufschluss über die effektive dynamische Belastbarkeit des Gelenkkopfes. Dazu müssen zusätzliche Einflussfaktoren wie Belastungsart, Schwenk- oder Kippwinkel, Geschwindigkeitsverlauf, maximal zulässige Lagerluft bzw. Lagerreibung, Schmierbedingungen, Temperatur etc. mitberücksichtigt werden.

 

Wälzgelagerte Gelenkköpfe

Eine Besonderheit stellen unsere Gelenkköpfe mit integriertem Wälzlager (Kugel- oder Tonnenrollengelagert) dar. Die Funktion der Lager ist vergleichbar mit Pendelkugellagern bzw. Tonnenlagern. Die Tragzahlen der wälzgelagerten Gelenkköpfe wurden aus den Normen für Wälzlager abgeleitet.

Statische Tragzahl C0, wälzgelagert:

Bei den Gelenkköpfen entspricht die statische Tragzahl der Belastung, bei der die gesamte bleibende Verformung von Wälzkörpern und Laufbahnen 0,0001  des Wälzkörperdurchmessers beträgt.  

Dynamische Tragzahl C, wälzgelagert:

Bei den Gelenkköpfen entspricht die dynamische Tragzahl der Belastung, bei der 90% einer größeren Menge gleicher Lager 1 Million Umdrehungen erreichen, bevor sie durch Ermüdung der Rollflächen ausfallen.

Wegweiser zur Gelenkkopfauswahl

Für die Wahl der Lagergröße sind neben der Höhe der Belastung auch die Belastungsrichtung sowie die Art der Belastung mitentscheidend.

Belastungsrichtungen werden wie folgt unterschieden:

 

Art der Belastung

Je nach Belastungsart sind für die max. zulässige radiale Gehäusebelastbarkeit Fr zul. längs der Gewindeachse folgende Belastungsbeiwerte zu berücksichtigen:

 

 

Die Beiwerte SB und SK dienen zur Abschätzung der Belastungsgrenze.

Die max. zulässige Gehäusebelastbarkeit Fr zul. reduziert sich dadurch wie folgt:

Fr zul. (KN) = stat. Tragzahl C0 (KN) x SB x (SK)

Der Belastungsbeiwert SK berücksichtigt die Schwächung der Gelenkköpfe mit Außengewinde und Schmierloch oder Schmiernippel sowie für Gehäuse mit Wälzlagerung. Dieser kann nur als grober Richtwert dienen. Beiwerte für stoßartige Belastung wie sie auch durch größer werdende Lagerluft verursacht wird oder für zusätzliche Belastung bei gleichzeitiger Drehbewegung des Lagers sind nicht enthalten.

Hinweis: Wenn das Bauteil bis an die Belastungsgrenze belastet werden soll, insbesondere dann wenn das Versagen des Bauteils eine Gefahr für Leib und Leben darstellt oder Schäden verursacht, muss in jedem Fall der Einsatz durch praxisnahe Versuche nachgewiesen werden.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass für den Einsatz in Luftfahrzeugen besondere Anforderungen gestellt werden. Unsere Standardprodukte entsprechen nicht diesen besonderen Anforderungen.

 

Dynamische Belastung

Bei dynamischer Belastung sind aus oben genannten Gründen zwei Prüfungen erforderlich:

  1. Überprüfung der Gehäusebelastbarkeit
  2. Überprüfung der dynamischen Belastbarkeit des eingebauten Gelenklagers mit Hilfe der Gebrauchsdauerberechnung.

 

Äquivalente Gelenkkopf-Belastung

Bei den gleitgelagerten Gelenkköpfen ist die axiale Belastbarkeit begrenzt durch:

  • die Befestigungsart des Gelenklagers im Gelenkkopfgehäuse bzw. die Bauart des Gelenkkopfes
  • die maximale Biegebelastbarkeit des Gehäuseschaftes an der Einspannstelle

Die Bauweise der Askubal-Gelenkköpfe sichert jedoch die Übertragung der resultierenden Axialkraftkomponente, die sich bei voller Ausnutzung der radialen Tragfähigkeit unter einer Schiefstellung bis zum zulässigen Kippwinkel α ergibt.

 

Auswahl Lagertyp

Wir werden Sie bei der Auswahl bestmöglich unterstützen.
Folgende Lagertypen stehen zur Auswahl:

 

Auswahl-01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Toleranzen

(Toleranzsymbole DIN ISO 1132, ISO 6125)

 

Gelenkkopf-Gehäuse

h, h1: Höhenmaß von Schaftplanseite bis Mitte Lagerbohrung

d3: Schaftgewinde

 

Gelenklager-Außenring

Gelenklager- Innenring

 

Lagerluft

Unter Lagerluft versteht man die radiale und axiale Bewegungsfreiheit des Innenringes.

 

 

 

Die Axialluft kann grundsätzlich ein Mehrfaches der Radialluft betragen.

 

Radiale Lagerluftwerte für gleitgelagerte Gelenkköpfe

 

Radiale Lagerluftwerte für wälzgelagerte Gelenkköpfe

 

Konstruktionshinweise

Kippwinkelbegrenzung

 

Bei allen Gelenkköpfen ist zu beachten, dass der in den jeweiligen Maßtabellen angegebene maximale Kippwinkel weder bei der Montage noch während des Betriebs überschritten wird, da es sonst zur Schädigung des Lagers bzw. der Dicht- und Deckscheiben kommt.

Die Konstruktion muss so ausgeführt sein, dass eine Bewegung des Gelenkkopfes bzw. – lagers über den angegebenen Winkel hinaus wirksam verhindert wird (Abb. a). Gleichzeitig dürfen hierbei aber keine wesentlichen Kräfte auf das Gehäuse wirken. Außerdem muss gewährleistet sein, dass für die Abdichtung (insbesondere bei RS-Typen) stets genügend Freiraum vorhanden ist, damit keine Berührung mit den umgebenen Bauteilen stattfinden kann (Abb. b.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Einbau

Alle Gelenkköpfe sind einbaufertige Lagerelemente mit hoher Genauigkeit. Daher muss eine sorgfältige Aufbewahrung und einen fachgerechten Einbau geachtet werden. Folgende Punkte sind hierbei zu berücksichtigen:

  1. Die Gelenkköpfe müssen bis kurz vor dem Einbau in der Orginal-verpackung verbleiben, damit die Wirksamkeit der Konservierung erhalten bleibt. Es ist während der Montage darauf zu achten, dass unter keinen Umständen Fremdkörper in die Laufbahnen gelangen.
     
  2. Die zum Einbau bzw. Ausbau erforderlichen Kräfte dürfen nicht über die Kugelform bzw. Wälzkörper auf die Gleitflächen oder Laufbahnen des Lageraußenringes übertragen werden.
     
  3. Voraussetzung für einen störungsfreien Betrieb der Gelenkköpfe ist es, dass die Gleitbewegung des Gelenklagers bzw. Abrollbewegung zwischen den Gleitflächen oder Laufbahnen von Lagerinnenring und -außenring stattfindet. Gleitbewegungen auf der Anschlusswelle oder im Anschlussgehäuse führen zu Beschädigungen bzw. zu frühzeitigen Ausfällen. Daher ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Anschlussgehäuse und Lageraußenring sowie zwischen Lagerinnenring und Anschlusswelle unbedingt erforderlich. Dies ist sowohl mit festen Passungen zu erreichen als auch durch axiale Verspannung der Lagerringe. Allerdings haben feste Passungen auch eine Veränderung der Lagerluft zur Folge. Ein Übermaß zwischen Anschlussgehäuse und Lageraußenring bewirkt eine Einschnürung des Außenringes ein Übermaß zwischen Anschlusswelle und Innenring eine Aufweitung des Innenringes. Um diese Veränderungen in ein möglichst ausgeglichenes Verhältnis zu bringen, haben sich nachfolgende Passungen bewährt.

Die nachfolgenden Passungen sind eine Empfehlung, die im Einzelfall abweichen können!

Es ist allerdings auch bei diesen Passungen auf eine kraftschlüssige Verbindung zu achten, d.h. dass in vielen Fällen das Passungsübermaß nicht ausreicht und daher eine axiale Verspannung der Lagerringe notwendig wird. Damit eine einwandfreie Lagerbefestigung gewährleistet ist, sollten folgende Grenzwerte für den Einbau berücksichtigt werden:

 

Schmierung und Wartung

Bei allen Gelenkköpfen mit metallischen Gleitpaarungen ist eine regelmäßige Nachschmierung entscheidend für die Gebrauchsdauer. Nur bei sehr geringer Beanspruchung kann eine einmalige Anfangsschmierung ausreichend sein. Die Wirksamkeit der Nachschmierung ist hauptsächlich abhängig von Belastung, Belastungsart (statisch konstant, schwellend, wechselnd), Schwenkwinkel und Gleitgeschwindigkeit. Zahlreiche Versuche auf unseren Prüfständen zeigen, dass sich kleine Schwenkwinkel sowie geringe als zu hohe Gleitgeschwindigkeiten ungünstig auf die Schmierfilmbildung auswirken. Ähnlich negativ verhält sich eine konstante Lastrichtung gegenüber einer wechselnden Lastrichtung. Zur Erzielung einer optimalen gleichmäßigen Schmierstoffverteilung sollte sowohl die Nachschmierung als auch die Anfangsschmierung am unbelasteten Gelenkkopf erfolgen.

 

Hinweis

Unsere gleitgelagerten Standard-Gelenkköpfe sind bei der Auslieferung nur mit einer korrosionsschützenden Konservierung versehen, um eine Unverträglichkeit bei Verwendung von verschiedenen Schmierstoffen zwischen ASK und Anwender zu vermeiden. Daher ist es notwendig, dass wartungspflichtige Gelenkköpfe vor Inbetriebnahme bzw. nach dem Einbau eine Anfangsschmierung erhalten.

Empfehlenswert ist es, nach einer Einlaufzeit von ca. 1 Stunde eine erste Nachschmierung vorzunehmen. In jedem Fall sollte der Gelenkkopf beim Nachschmieren unbelastet sein, damit sich der Schmierstoff ungehindert verteilen kann. Die Schmierung sollte so lange erfolgen, bis Schmierstoff zwischen Lageraußenring und Innenring austritt. Bei Gelenkköpfen mit Innengewinde ist es zudem sinnvoll, den Hohlraum im Schaftgewinde bis zum Anschlussgewindezapfen vor dem Einbau bereits mit Schmierstoff zu füllen, um den Aufwand für die Schmierung über den Schmiernippel zu reduzieren.

Bei Nachschmierung über eine Zentralschmieranlage ist insbesondere bei den abgedichteten Ausführungen auf die Dosierung zu achten. Diese könnten durch zu hohen Druck oder durch eine zu hohe Dosierung gelöst werden.

Gleitpaarung Stahl auf Bronze
Für diese Gleitpaarung empfehlen wir korrosionsschützende druckfeste Fette auf Lithium-Basis oder Lithiumkomplex-Metallseifenfette. Der Temperaturanwendungsbereich sollte zwischen -20°C und +110 °C liegen. Bei Belastungsbedingungen im oberen Grenzbereich kann eine Reibungsverringerung und Gebrauchsdauerverlängerung durch den Einsatz von Festschmierstoffen erreicht werden.  

Gleitpaarung Stahl auf Stahl
Für diese Gleitpaarung empfehlen wir ebenfalls korrosionsschützende druckfeste Fette auf Lithium-Seifenbasis mit höherer Grundölviskosität und Molybändisulfid - Zusätzen.

Gleitpaarung Stahl auf PTFE
Diese Gleitpaarung zeichnet sich durch eine geringe Reibung aus. Die Gleitfolie besteht aus einem Werkstoff, der eine Schmierung überflüssig macht, daher also den wartungsfreien Betrieb ermöglicht.

Wälzlagerung
Gelenkköpfe erhalten eine Anfangsschmierung mit einem Lithiumseifenfett.

Schmiernippelformen

Hinweis: Bitte beachten Sie, dass ein vom Standard (DIN 3405, Form D) abweichender Schmiernippel eine Querschnittsveränderung für Gehäuse mit Außengewinde bedeutet und damit eine Reduzierung der statischen Tragzahl.

 

Gebrauchsdauer

Die Gebrauchsdauer eines Gelenkkopfes bzw. eines Gelenklagers wird in der Anzahl von Schwenkbewegungen (von einer Endlage in die andere und zurück) oder in Betriebsstunden angegeben. Sie wird begrenzt durch betriebsstörende Verschleißzunahme (Lagerluftvergrößerung) sowie durch unzulässigen Reibungsanstieg.

Grundsätzlich ist eine genaue Berechnung der Gebrauchsdauer aufgrund der oft schwer erfassbaren Einsatzbedingungen und Einflussfaktoren nicht möglich. Unser empirisch ermitteltes Berechnungsverfahren, das auf einer Vielzahl von Dauerlaufversuchen auf unseren ASK-Prüfständen unter verschiedenen Belastungsbedingungen sowie unserer langjährigen Erfahrung basiert, gibt jedoch praxisnahe Richtwerte.

 

Äquivalente Gelenklager-Belastung

Werden Gelenkköpfe bzw. Gelenklager nicht rein radial, sondern zusätzlich axial belastet, wird bei der Berechnung eine äquivalente Lagerbelastung F [kN] eingesetzt, die wie folgt ermittelt wird:

Fr = Radialkomponete der Belastung

Fa= Axialkomponente der Belastung

Y = Axialfaktor (aus Tabelle)

Bei rein radialer Belastung entspricht die äquivalente Lagerbelastung der Radialbelastung.

Flächenpressung

Unter Flächenpressung versteht man die Druckspannung an der Berührungsstelle zweier Bauteile. Als Berührungsfläche wird eine ebene Fläche rechtwinklig zur Kraftrichtung angenommen. Sie ist ein wichtiges Merkmal zur Auswahl der Gleitpaarung für das Gelenklagers.

p =  Flächenpressung (N/mm²)

F =  Äquivalente Lagerbelastung [kN]

dk = Innenring-Kugeldurchmesser [mm]

c =  Aussenringbreite [mm]

 

Gleitgeschwindigkeit

Die mittlere Gleitgeschwindigkeit ergibt sich bei kontinuierlicher Bewegung aus folgender Formel:

v = mittlere Gleitgeschwindigkeit [m/min]

dk = Innenring Kugeldurchmesser [mm]

β   = halber Schwenkwinkel [°] (bei Vollumdrehung ist β = 90° einzusetzen)

f = Schwenkfrequenz bzw. Drehzahl [min-1]

Gebrauchsdauerberechnung 1

Gleitgelagerte Gelenkköpfe und Gelenklager (Maßreihe K)

Nominelle Gebrauchsdauer

Beim Einsatz der wartungsfreien Gelenklager und Gelenkköpfe mit Gleitpaarung auf PTFE-Metallgewebe muss besonders bei höheren Wechselbelastungen (p > 5N/mm²) mit einer Radialluftzunahme von ca. 0,1 bis 0,2 gerechnet werden.