DE102008019372A1

DE102008019372A1 - Transmissionswelle zur Übertragung eines Drehmomentes und /oder axialer Kräfte

Info

Publication number: DE102008019372A1
Application number: DE102008019372A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Haser (FH); Werner Dipl.-Ing. Gebauer (FH)
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transmissionswelle zur Übertragung eines Drehmomentes und/oder axialer Kräfte, wobei die Transmissionswelle eine erste Steckverzahnung zur Verbindung der Transmissionswelle mit einem Gegenstück mit einer zweiten Steckverzahnung aufweist.

Description

Insbesondere im Bereich von Großraumflugzeugen wurden bisher aus Montagegründen die Transmissionswellen mittels einer geschraubten Flansch-Flansch-Verbindung mit Transmissionsgelenken verbunden. Diese Gelenke dienen zum Winkelausgleich (sich aus der Flugstruktur eines Flugzeuges ergebende Versatzwinkel).
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Flansch-Flansch-Verbindung ist in 6 sowie in 7 dargestellt.
Wie dies aus den 6 und 7 hervorgeht, erfolgt bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen die Verbindung zwischen Transmissionswelle 100' und den Gelenken 200' durch die Flansch-Flansch-Verbindung 300' (siehe 7). Mit dem Bezugszeichen 302' sind die Schrauben der Flansch-Verbindung 300' gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 304' in 7 kennzeichnet die Verbindung zwischen der eigentlichen Transmissionswelle 100' und dem in 7, rechte Darstellung gezeigten Flansch 306', durch Nieten, Preßverband oder eine Klebeverbindung.
Die Befestigung von Schrauben und Muttern zwischen Transmissionswelle und Gelenk gemäß dem Stand der Technik ist insbesondere in schwer zugänglichen Bereichen des Flugzeugflügels umständlich. Hinzukommt, dass aus Gründen der Verwechslungssicherheit auch noch unterschiedliche Lochkreisdurchmesser an den Flanschen verwendet werden müssen. Außerdem besteht bei der Montage die Möglichkeit, dass durch Herunterfallen des Werkzeugs Teile des Flügels beschädigt werden können. Zu dem besteht die Gefahr, dass ein Monteur eine Schraube vergessen kann bzw. das während eines Flugzeuglebens sich eine oder mehrere Schrauben lösen können, was sich entsprechend nachteilig auf die Flugsicherheit auswirken kann. Schließlich ist festzustellen, dass die Verbindung des Metall-Flansches gemäß 7, rechte Darstellung an die eigentliche Struktur der Transmissionswelle 100' mittels Nieten, Pressen, etc. vergleichsweise aufwendig ist. Im übrigen ist festzustellen, dass im Laufe eines Flugzeuglebens an den Transmissionswellen eine Schmutzansammlung stattfinden kann, wodurch es problematisch sein kann, die Schraubverbindung gemäß 6 und 7 wieder zu lösen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Transmissionswelle bereitzustellen, deren Montage mit einem erheblich verringerten Aufwand verbunden ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Transmissionswelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass die Transmissionswelle eine erste Steckverzahnung zur Verbindung der Transmissionswelle mit einem Gegenstück mit einer zweiten Steckverzahnung aufweist.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Transmissionswelle über eine Steckverzahnung mit einem Gegenstück, beispielsweise mit einem Gelenk verbunden wird, wodurch sich der Montageaufwand erheblich verringert. Es ist vorzugsweise ausreichend, die Transmissionswelle jetzt nur noch auf das Gegenstück aufzustecken und gegebenenfalls zu sichern. Bevorzugt ist es, wenn ein Werkzeug für diese Montage nicht notwendig ist. Eine Verwechslungssicherheit kann dadurch vergleichsweise einfach gewährleistet sein, dass Verzahnungen mit unterschiedlicher Anzahl von Zähnen verwendet werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die vorliegende Lösung vollständig auf Schraubverbindungen verzichtet, wodurch sich nicht nur die Montage vereinfacht, sondern auch Gewicht eingespart werden kann, was im Bereich der Luftfahrtanwendung von besonderer Bedeutung ist.
Ein weiterer Vorteil einer Steckverzahnung besteht darin, dass Schmutzansammlungen im Bereich des Transmissionswelle unproblematisch sind, da die Steckverzahnungsverbindung gegebenenfalls nach Lösen von Sicherheitselementen vorzugsweise nur abgezogen werden muss, was eine unproblematische Wartung ermöglicht.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steckverzahnung in einem oder beiden Endbereichen der Transmissionswelle vorgesehen ist.
Bei der Transmissionswelle handelt es sich vorzugsweise um eine faserverstärkte Transmissionswelle. Denkbar ist der Einsatz einer kohlenstofffaserverstärkten Transmissionswelle, wie beispielsweise eine CFRP-Welle.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transmissionswelle in einem oder beiden Endbereichen ein Element aufweist, in dem die erste Steckverzahnung angeordnet ist. Dabei kann es sich um ein Element aus Metall handeln, wie beispielsweise eine Stahlhülse oder dergleichen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Hülse in die Struktur der Transmissionswelle eingeflochten oder eingewickelt ist. Denkbar ist es somit, dass schon während des Fertigungsprozesses eine Stahlhülse oder ein sonstiges geeignetes Element, das die Steckverzahnung aufweist, in die eigentliche Struktur der Transmissionswelle eingewickelt bzw. eingeflochten ist.
Dabei ist die Verbindung zwischen dem genannten Element bzw. der Hülse und der Struktur der Transmissionswelle vorzugsweise derart ausgeführt, dass sich eine in Drehrichtung und/oder in axialer Richtung formschlüssige Verbindung ergibt, so dass ein Drehmoment und/oder axiale Kräfte übertragen werden können.
Zur e guten Fixierung des Elementes bzw. der Hülse kann diese einen oder mehrere nach außen abstehende Vorsprünge aufweisen. Diese Vorsprünge können in der Struktur der Transmissionswelle eingebettet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei der ersten Steckverzahnung um eine Innenverzahnung oder um eine Außenverzahnung handelt. Dem entsprechend handelt es sich bei der zweiten Steckverzahnung um eine Außen- oder Innenverzahnung, die mit der entsprechenden ersten Steckverzahnung kämmt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kraftübertragungselement vorgesehen, mittels dessen eine Axialkraft zwischen der Transmissionswelle und dem Gegenstück, insbesondere dem Gelenk übertragbar ist. Dabei kann es sich um einen Stift handeln, der durch eine oder mehrere Bohrungen der Transmissionswelle bzw. des Elementes, insbesondere der Hülse, und dem Gegenstück gesteckt ist.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine Baugruppe bestehend aus einer Transmissionswelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und einem oder mehreren Gegenstücken, die mit der Transmissionswelle in Verbindung stehen. Wie oben ausgeführt, kann es sich bei dem oder den Gegenstücken um Gelenke handeln.
Diese Gegenstücke können eine Bohrung zur Aufnahme des Stiftes gemäß Anspruch 12 aufweisen.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Hochauftriebssystem eines Luftfahrzeuges gemäß Anspruch 16 sowie ein Luftfahrzeug gemäß Anspruch 17.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe im auseinandergezogenen Zustand,
2, 3: perspektivische Darstellungen der erfindungsgemäßen Baugruppe im montierten Zustand,
4: eine Detaildarstellung der Verbindung zwischen Transmissionswelle und Gelenk sowie eine Detaildarstellung der im Endbereich der Transmissionswelle befindlichen Stahlhülse,
5: perspektivische Darstellungen unterschiedlicher Varianten der Steckverzahnungsverbindung und
6, 7: unterschiedliche Ansichten einer Baugruppe sowie deren Detail gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt mit dem Bezugszeichen 100 eine faserverstärkte Transmissionswelle 100 eines Hochauftriebs- bzw. Flugsteuerungssystems eines Flugzeuges. Mit dem Bezugszeichen 50 sind die Steckverzahnungen der Transmissionswelle bzw. von deren Stahlhülsen 110 sowie der Gelenke 200 gekennzeichnet. Zur axialen Sicherung der Verbindung zwischen Transmissionswelle 100 und den Gelenken 200 dienen die Stifte 60, die in entsprechende Bohrungen der Steckverzahnungen 50 der Gelenke 200 sowie der Hülsen 110 eingesteckt und in geeigneter Weise gesichert werden.
2 zeigt die Anordnung gemäß 1 in zusammengesetztem Zustand. Aus 2 wird ersichtlich, dass im zusammengesetzten Zustand die Steckverzahnungen 50, die sich auf einem zylinderförmigen Vorsprung der Gelenke 200 befinden, in die entsprechenden Hülsen 110 eingesteckt sind, die die entsprechende Gegenverzahnung aufweisen.
3 zeigt die Anordnung gemäß 2 in einer weiteren Ansicht. Aus 3 wird deutlich, dass in den Endbereichen der Transmissionswelle 100 Hülsen 110 eingebracht sind, bei denen es sich um Metallhülsen handelt, die über den Endbereich der eigentlichen Struktur der Transmissionswelle 100 überstehen und die als erste Steckverzahnung eine Innensteckverzahnung aufweisen. Die Struktur der Hülsen 110 ist näher in 4, untere Darstellung wiedergegeben.
4, obere Darstellung zeigt das Gelenk 200, das einen zylinderförmig vorspringenden Bereich aufweist, dessen Außenfläche durch die zweite Steckverzahnung 50' gebildet ist. Mit dem Bezugszeichen 70 in 4, obere Darstellung ist ein Sicherungsring zur Sicherung des Stiftes 60 gekennzeichnet, durch die der Stift 60 gemäß 4, mittlere Darstellung gesteckt ist.
4, mittlere Darstellung zeigt mit dem Bezugszeichen 112 die Vorsprünge der Hülse 110, die in den Endbereich der Transmissionswelle 100 eingeflochten sind. Die Vorsprünge 112 gewährleisten eine Formschlußverbindung zwischen der Hülse 110 und dem eigentlichen Werkstoff der Welle 100. Vorzugsweise besteht die Welle aus einem Faserverbundwerkstoff. Wie oben ausgeführt, wird die vorzugsweise als Stahlhülse ausgeführte Hülse 110 bereits während der Entstehungsphase der faserverstärkten Welle 100 mit eingewickelt bzw. eingeflochten. Durch die formschlüssige Verbindung wird die Drehmomentübertragung sowie die Übertragung von axialen Kräften zwischen Kohlefaser und Stahlhülse 110 gewährleistet.
Zur Übertragung des Drehmomentes zwischen Gelenk 200 und Transmissionswelle 100 bzw. deren Hülse 110 dient die Steckverzahnung 50', 50'', wobei die Steckverzahnung 50'' als Innenverzahnung der Hülse 110 ausgeführt ist und die Steckverzahnung 50' des Gelenkes 200 als Außenverzahnung des Gelenkes. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Gelenk mit einer Innenverzahnung und die Transmissionswelle bzw. deren Hülse mit einer Außenverzahnung zu versehen.
Wie oben ausgeführt, dient der Stift 60 zur Übertragung axialer Kräfte zwischen Gelenk 200 und Welle 100. Der Stift 60 erstreckt sich durch eine Bohrung durch den außenverzahnten Vorsprung 210 des Gelenkes 200 sowie durch Bohrungen 114 der Hülse 110. Der Stift 60 kann durch ein Sicherungselement (Ring 70 in 4, obere Darstellung) gesichert werden.
Mit dem Bezugszeichen 116 in 4, untere Darstellung, ist eine Nut für den Sicherungsring 70 gemäß 4, obere Darstellung gekennzeichnet.
5 zeigt schließlich mögliche Varianten der Steckverzahnungsverbindung. Die Anordnung gemäß 5, rechte Darstellung zeigt eine vergleichsweise fein verzahnte Steckverzahnung, wohingegen die Anordnung gemäß 5, linke Darstellung, das heißt das Gelenkteil sowie die Hülse eine relativ grobe Verzahnung zeigen.
Die Verwendung unterschiedlicher Verzahnungen kann vorteilhaft sein, um Verwechslungssicherheit zu gewährleisten.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine vergleichsweise einfach zu montierende, gleichzeitig jedoch belastbare und wartungsfreundliche Verbindung zwischen Transmissionswelle und einem Gegenstück, insbesondere einem Gelenk bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft im Bereich der Flugzeugsteuerung bzw. der Hochauftriebssysteme von Luftfahrzeugen verwenden.
Bevorzugt ist es, wenn auf Schrauben oder vergleichbare vergleichsweise umständlich zu montierende Befestigungselemente verzichtet wird, wodurch die Montage und Wartungsfreundlichkeit entsprechend erhöht wird und das Gewicht reduziert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Verbindung zwischen Transmissionswelle und einem Gegenstück, insbesondere Gelenk einfach dadurch erhal ten, dass beide Teile zusammengesteckt werden. Dabei ist die Verzahnung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass dies durch eine Bewegung in axialer Richtung der Transmissionswelle erfolgen kann. Dem entsprechend einfach ist auch das Lösen der Verbindung durch Abziehen der Welle vom Gelenk.
Die Verzahnung kann derart ausgeführt sein, dass sie parallel zur Längsachse der Transmissionswelle verläuft. Denkbar ist jedoch auch, diese axiale Einschubbewegung durch eine Rotationsbewegung zu überlagern, wie dies der Fall ist, wenn die Steckverzahnung nicht parallel zur Längsachse der Transmissionswelle, sondern beispielsweise schräg dazu verläuft. In diesem Fall kann die Einschubbewegung von einer mit einer Schraubbewegung vergleichbaren Rotationsbewegung der beiden Teile zueinander überlagert sein.

Claims

Transmissionswelle zur Übertragung eines Drehmomentes und/oder axialer Kräfte, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionswelle eine erste Steckverzahnung zur Verbindung der Transmissionswelle mit einem Gegenstück mit einer zweiten Steckverzahnung aufweist.
Transmissionswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverzahnung in einem oder beiden Endbereichen der Transmissionswelle vorgesehen ist.
Transmissionswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Transmissionswelle um eine faserverstärkte Transmissionswelle handelt.
Transmissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Transmissionswelle um eine kohlenstofffaserverstärkte Transmissionswelle handelt.
Transmissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionswelle in einem oder beiden Endbereichen ein Element aufweist, in dem die erste Steckverzahnung angeordnet ist.
Transmissionswelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus Metall besteht oder Metall aufweist.
Transmissionswelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Element durch eine Hülse gebildet wird, die in die Struktur der Transmissionswelle einflochten oder eingewickelt ist.
Transmissionswelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse einen oder mehrere nach außen abstehende Vorsprünge aufweist.
Transmissionswelle nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Element, insbesondere die Hülse derart mit der Struktur der Transmissionswelle in Verbindung steht, dass sich eine in Drehrichtung und/oder in axialer Richtung formschlüssige Verbindung ergibt.
Transmissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Steckverzahnung um eine Innenverzahnung oder um eine Außenverzahnung handelt.
Transmissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftübertragungselement vorgesehen ist, mittels dessen eine Axialkraft zwischen der Transmissionswelle und dem Gegenstück übertragbar ist.
Transmissionswelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement durch eine oder mehrere Bohrungen sowie einen Stift gebildet wird, der in der oder den Bohrungen aufgenommen ist.
Baugruppe bestehend aus einer Transmissionswelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und einem oder mehreren Gegenstücken, die mit der Transmissionswelle in Verbindung stehen.
Baugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem oder den Gegenstücken um Gelenke handelt.
Baugruppe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es das oder die Gegenstücke eine Bohrung zur Aufnahme des Stiftes gemäß Anspruch 12 aufweisen.
Hochauftriebssystem eines Luftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochauftriebssystem eine oder mehrere Transmissionswellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 oder eine oder mehrere Baugruppen nach einem der Ansprüche 13 bis 15 aufweist.
Luftfahrzeug mit wenigstens einem Hochauftriebssystem gemäß Anspruch 16.