Die Welle ist durch Torsion und Biegung beansprucht. ...
Torsion: Wie schon zuvor erwähnt, ist die zu übertragende Antriebsleistung Drehzahl * Drehmoment. Das die Welle belastende Drehmoment ist über den gesamten Abstand von Antriebs und Abtriebszahnrädern auf der Welle jeweils konstant. An der Stelle des Antriebsritzels, allerdings, wechselt sie das Vorzeichen.
Biegung: Die Bodenplatte
verwindet sich zwar recht stark (wie in dem weiter oben erwähnten Bild zu sehen) aber die
Durchbiegung in Querrichtung kann man dort leider nicht erkennen. Dadurch, dass sich aber unmittelbar vor der Welle der Sitzkasten mit seiner Rückwand befindet, vermute ich, dass dort die Konstruktion örtlich recht biegesteif (aber nicht verwindungssteif) in Querrichtung ist.
Allerdings: die Welle ist insgesamt mit vier Lagern gelenklos gelagert. Durch diese "Zwangsführung" entstehen Biegespannungen, die in der Mitte der Welle, dort, wo das Antriebsritzel sitzt, am größten sind.
Torsions- und Biegespannungen überlagern sich, so dass der gefährdete Wellenabschnitt (mit maximalen Gesamtspannungen) genau der ist, auf dem das Antriebsritzel sitzt. Ausgerechnet dort ist auch der kleinste Querschnitt (wegen der Verschraubung).
-> Sehr ungünstig!
Es gibt mehrere Lösungsansätze:
- Biegespannungen senken durch weiteres Aussteifen der Bodenplatte in Querrichtung. -> höheres Gewicht, Nutzen gering, da Biegung nicht weit genug reduziert werden kann (Querträger aus Holz - arbeitet immer!).
- Biegespannungen komplett eliminieren durch Einbau von Kardangelenken direkt rechts und links an den inneren Lagerböcken. -> Sehr effektive Lösung, aber evtl. höheres Gewicht/Aufwand.
- Torsionsspannungen senken durch eine höhere Wellendrehzahl (wie weiter vorne beschrieben). -> Kostet kaum Gewicht. Relativ wenig Aufwand.
- Wellenquerschnittsfläche am gefährdeten Querschnitt durch eine kraftschlüssige Klemmverbindung statt formschlüssiger Bolzenverbindung. -> evtl. nicht so einfach zu realisieren, Gefahr des Durchrutschens bei Spitzenbelastung durch Antrieb.
Sorgenfrei wird die Konstruktion sicher durch die Kombination von #2 und #3.