Handbuch VERBINDUNGSWERK mit GELENKWERK
Fassung 1.9 · Stand 2026-10-12
1 Zweck
VERBINDUNGSWERK erzeugt parametrische Verbindungen für den 3D-Druck: bewegliche Gelenke, die ohne Montage aus dem Drucker kommen (Untermodul GELENKWERK), sowie lösbare und feste Verbindungen. Die Ausgabe sind STL-Dateien für FDM- und SLA-Drucker. Das Werkzeug läuft vollständig im Browser; es werden keine Daten übertragen.
Wichtig: Alle Spiel- und Festigkeitswerte sind Startwerte. Sie sind am eigenen Drucker mit dem Prüfstück zu bestätigen (Abschnitt 6). Das Werkzeug ersetzt keinen Festigkeitsnachweis.
2 Schnellstart
- Links ein Modul wählen, zum Beispiel „Scharnier“.
- Rechts Maße einstellen. Die Vorschau lässt sich mit der Maus drehen, das Mausrad zoomt.
- Druckprozess und Werkstoff wählen. Das Spiel kommt automatisch aus dem Prozess; es kann auch von Hand gesetzt werden.
- Im Informationsfeld auf Hinweise achten. „prüfen“ zeigt einen Wert außerhalb des empfohlenen Bereichs an.
- „STL laden“ für alle Teile oder je Teil einzeln. Beim Scharnier, Kugel- und Drehgelenk gehören die Teile zusammen und werden in einem Druck gefertigt; die Datei „alle Teile“ ist dafür gedacht.
- Ausrichtung im Slicer wie im Modul-Hinweis beschrieben (Abschnitt 4).
3 Oberfläche
| Bereich | Inhalt |
|---|---|
| Links | Modulwahl, gegliedert in GELENKWERK, VERBINDUNGSWERK und Prüfstück |
| Mitte | Vorschau (isometrisch, drehbar), STL-Ausgabe |
| Rechts | Maße, Druckprozess, Werkstoff, Spiel, Informationsfeld und Hinweise |
| Sprache | Umschalter Deutsch/Englisch oben rechts |
Das Informationsfeld nennt je Modul die berechneten Größen (zum Beispiel Kippwinkel, Dehnung, Kräfte) und bewertet sie. Darunter stehen Dreiecksanzahl, Volumen und der Test auf geschlossene Netze.
4 Module
4.1 Scharnier (GELENKWERK)
Zwei Blätter mit ineinandergreifenden Rollen und durchgehendem Stift. Flach drucken, Achse in X. Spalt zwischen den Rollen (Axialspalt) und Radialspiel um den Stift kommen aus Prozess und Einstellung. Nach dem Druck einmal gewaltsam durchbewegen.
4.2 Kugelgelenk (GELENKWERK)
Kugel in Pfanne mit Platten zur Befestigung. Die Öffnung der Pfanne ist auf das 0,9-fache des Kugelradius begrenzt; sie hält die Kugel. Das Dach der Pfanne ist ein 45°-Kegel, damit keine Stützen nötig sind. Das Informationsfeld nennt den Kippwinkel.
4.3 Drehgelenk mit Kopfstift (GELENKWERK)
Stift mit Kopf in einer Bohrung, 45°-Unterseite des Kopfes. Geeignet als einfachstes Drehlager.
4.4 Schnapphaken (VERBINDUNGSWERK)
Ausleger mit Haken und Gegenstück. Das Werkzeug rechnet Dehnung, Rückstellkraft und Einführkraft und vergleicht die Dehnung mit dem Richtwert des Werkstoffs. Option „zusammengebaut“ zeigt die Teile im eingerasteten Zustand. Haken in der Schichtebene drucken.
4.5 Zapfen und Buchse
Zylinderzapfen mit Passungswahl (Haftsitz, Pressung, Gleitsitz).
4.6 Schwalbenschwanz
Trapezführung mit Flankenwinkel 40–70°, Vorgabe 45°. Längsverschiebung bleibt frei, Abheben ist gesperrt.
4.7 Halteclip für Rohr und Kabel
Offener Ring mit Fuß. Die Öffnung ist kleiner als der Rohrdurchmesser. Das Informationsfeld prüft die Dehnung beim Aufschnappen.
4.8 Aufnahme für Gewindeeinsatz
Dom für Einschmelz- oder Einpresseinsätze M2 bis M5. Die Bohrungen im Werkzeug sind Startwerte; die Herstellerangabe des Einsatzes hat Vorrang.
4.9 Motorflansch mit Klemmnabe (VERBINDUNGSWERK)
Sternflansch für Schrittmotoren der Rahmen 11, 14, 17 und 23 mit vier Schraubenaugen auf dem Lochkreis und Mittelring um den Zentrierbund, dazu eine geschlitzte Klemmnabe für die Welle. Der Flansch wird flach gedruckt, die Nabe stehend mit seitlichem Schlitz. Die Klemmschraube (M3) liegt quer durch beide Ohren, die Mutter oder der Gewindeeinsatz sitzt auf der Gegenseite. Das Loch ist als Vierkant ausgeführt, damit es ohne Stützen druckbar bleibt. Die Rahmenmaße sind eine eigene Zusammenstellung aus üblichen Datenblattangaben und vor dem Druck am Datenblatt des Motors zu prüfen. Ist der Platz zwischen Zentrierbund und Lochkreis knapp (kleine Rahmen, große Schraubenlöcher), verkleinert das Werkzeug das Schraubenloch und weist darauf hin. Die Klemmnabe ist für kleine Drehmomente gedacht; bei hoher Last sind Abflachung mit Madenschraube oder eine Metallnabe zu verwenden.
4.10 Mutterntasche (VERBINDUNGSWERK)
Rundblock mit Sechskanttasche und seitlichem Schlitz; die Mutter wird nach dem Druck eingeschoben, die Schraube geht durch Boden und Decke. Die Decke über der Tasche wird gebrückt, Stützen sind nicht nötig. Schlüsselweiten und Mutterndicken (M2 bis M5) sind eigene Zusammenstellung und an der verwendeten Mutter nachzumessen.
4.11 Magnetaufnahme (VERBINDUNGSWERK)
Zylindrische Tasche für Scheibenmagnete, oben offen mit Einführfase. Magnet nach dem Druck einlegen oder einkleben, nicht einpressen; Polung vor dem Einkleben prüfen. Zu Trägern von Herzschrittmachern ist Abstand zu halten.
4.12 Filmscharnier (GELENKWERK)
Zwei Platten mit dünnem Verbindungsfilm in einem Stück, flach gedruckt, Film unten auf dem Druckbett. Das Informationsfeld zeigt die rechnerische Randfaserdehnung bei dem gewählten Biegewinkel. Bei PLA und PETG liegt sie weit über dem Richtwert; ein Filmscharnier hält nur bei Werkstoffen wie PP oder TPU und nur nach Versuch.
4.13 Prüfstück Spielreihe
Reihe von Drehgelenken mit steigendem Spiel zur Ermittlung des Spiels der eigenen Maschine (Abschnitt 6).
Die Geometrieprüfung des Pakets gibt je Modul eine Kennzahl für Überhangflächen (steiler als 45° über dem Druckbett) aus. Sie ist ein Kennwert, kein Befund: Brücken und Dächer ohne Stütze sind beabsichtigt. Ob Stützen nötig sind, entscheidet der Slicer am gewählten Drucker.
5 Druckprofil und Materialempfehlung
Die Werte sind Richtwerte aus der Praxis und den Fachpapieren; Herstellerdatenblatt und eigene Versuche haben Vorrang.
| Aspekt | Empfehlung |
|---|---|
| Schichthöhe | 0,15 bis 0,20 mm; der Z-Spalt ist ein Vielfaches davon |
| Ausrichtung | Gelenke und Haken so, dass die Last in der Schichtebene wirkt |
| Stützen | In Spalten keine; die Module sind für stützenfreien Druck ausgelegt |
| Wände | mindestens drei Wandlinien bei beweglichen Teilen |
| Material bewegliche Teile | PETG, PA; PLA nur für leicht belastete Teile |
| Material Schnapphaken | PETG, PA; PLA nicht für dauernd gespannte Haken |
| Kühlung | Spalte vertragen kräftige Kühlung; zu warm gedruckte Spalte verschmelzen |
| Nach dem Druck | Gelenk einmal gewaltsam durchbewegen, Fäden entfernen, Kanten entgraten |
6 Prüfstück und Spiel am eigenen Drucker
- Modul „Prüfstück“ erzeugen und mit den Einstellungen drucken, die später für Teile gelten.
- Jedes Gelenk bewerten: verschmolzen, fest, frei, locker.
- Das kleinste freie Gelenk bestimmt das Spiel. Eine Stufe Reserve ist üblich.
- Wert im Feld „Spiel je Seite“ eintragen (Haken „automatisch“ abwählen) und festhalten: Datum, Maschine, Material, Düse, Schichthöhe.
Bei Wechsel von Maschine, Düse oder Material-Charge neu messen.
7 Pflege und Wartung gedruckter Gelenke
- Staub und Abrieb mit Druckluft oder Pinsel entfernen.
- Trockenschmierung ist bei PETG und PA möglich; Öle können PLA und manche Harze angreifen. Verträglichkeit am Reststück prüfen.
- Gelenke, die nicht gelaufen sind, vor Gebrauch durchbewegen.
- Verformte oder rissige Teile ersetzen; nicht weiter belasten.
8 Fehlerbilder
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Maßnahme |
|---|---|---|
| Gelenk lässt sich nicht bewegen | Spalt verschmolzen, Elefantenfuß, zu warm | Spiel um eine Stufe erhöhen, Kühlung, Fase an der ersten Schicht |
| Gelenk wackelt | Spiel zu groß | Spiel am Prüfstück neu bestimmen |
| Stift bricht | Stehend gedruckt, PLA | Flach drucken, PETG oder PA |
| Schnapphaken bricht | Dehnung zu hoch, Z-Orientierung | Länge erhöhen, Dicke senken, Haken in die Bauebene legen |
| Einsatz sitzt locker | Bohrung zu groß | Herstellerangabe prüfen, Bohrung verringern |
| Kugel fällt heraus | Öffnung zu groß | Öffnungsverhältnis verringern |
9 Nachbarthemen
Gedruckte Gelenke und Verbindungen sind ein Baustein in größeren Zusammenhängen. Folgende Themen schließen an; eigene Pakete, Verweise folgen bei gemeinsamer Veröffentlichung:
- Roboterarm-Plattform (ARMSYS): Gelenke als Bausteine leichter Armstrukturen, Antriebe und Steuerung dort. Der Motorflansch (Abschnitt 4.9) ist die Schnittstelle zum Antrieb.
- Klassische Metalltechnik (METALLTECHNIK): Passungen, Gewinde und Welle-Nabe-Verbindungen, etwa für Metallachsen und Gewindeeinsätze.
- Tabellenbuch und Formelsammlung (TECHKALK): Werkstoffkennwerte und Formeln als Datenbank; die eigenen Richtwerte dieses Werkzeugs sind dort gegen Herstellerdaten abzugleichen.
- Robotik-Entwicklungsumgebung: übergeordnete Umgebung für Konstruktion, Simulation und Lernen durch Tun.
- Fügetechnik: stoffschlüssige Verbindungen (Schweißen, Kleben) ergänzen die hier behandelten lösbaren und beweglichen Verbindungen.
10 Grenzen und Haftung
Das Werkzeug erzeugt geometrisch geprüfte Modelle. Es belegt weder Druckbarkeit noch Festigkeit. Für tragende, sichernde oder sicherheitsrelevante Teile sind Versuche am gedruckten Teil und die Freigabe durch den Verantwortlichen erforderlich. Bei Aufträgen tritt Schicht-Werk als Lohnfertiger auf; die Produktverantwortung liegt beim Auftraggeber. Keine Aufträge für Verteidigung, Militär, Waffen oder Dual-Use-Luftfahrt.
11 Quellen
Das vollständige Quellenverzeichnis steht in den Fachpapieren
(quellen.md, Q1–Q11). Wichtigste Quellen: Fictiv
(Snap-Fit-Auslegung), Protolabs Network/Hubs (Verbindungen), Sovol
(FDM-Toleranzen), Grgić et al., Processes 2023, 11, 2810
(https://doi.org/10.3390/pr11102810).