DE102012001881B3

DE102012001881B3 - Hohlwelle für einen Nabenkörper aus faserverstärktem Kunststoff

Info

Publication number: DE102012001881B3
Application number: DE102012001881A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Belaew Sergej De
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2032-02-02

Abstract

Hohlwelle für einen Nabenkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Flansch an zumindest einem Ende der Hohlwelle, wobei der Flansch Ösen (4) für die Aufnahme von Speichen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle aus einer Flechtschlauchstruktur gebildet ist und die Ösen (4) mittels in ein Fertigungswerkzeug eingebrachte Dome (3) direkt beim Fertigungsprozess erzeugt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlwelle für einen Nabenkörper aus faserverstärktem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist aus DE 36 16 791 A1 bekannt, Hohlwellen mit variierenden Durchmessern aus Flechtschläuchen herzustellen. Aus DE 36 16 791 A1 und EP 18 59 958 B1 ist bekannt, ein gesäumtes Ende eines Flechtschlauchs zu gestalten. EP 18 59 958 B1 beschreibt die Bildung eines Flanschbauteils beinhaltend einen Flechtschlauch in Verbindung mit einem metallischen Kern. Der Aufbau einer Hülse mit Bund aus geflochtenen Fasern ist aus EP 03 07 112 A2 und DE 38 88 265 T2 bekannt. Aus US 45 95 242 A ist eine Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff bekannt, an deren Enden Flansche mit Ösen ausgebildet sind, die z. B. für die Aufnahme von Speichen geeignet sind. Die WO 00/35 683 A1 und DE 10 2009 050 458 B4 offenbaren in einer Winkelform ausgebildete Speichen. Aus DE 691 26 523 T2 ist die Verwendung von einer aus Fasern bestehenden Winkelspeiche bekannt, jedoch handelt es sich hierbei um eine nachgiebige, streckbare kontinuierliche Speiche, die ihre Winkelform erst durch Einspannen zwischen Felge und Nabe erreicht.
Da die größten Verformungen an einem Belastungen ausgesetzten, Bauteil an dessen Oberfläche entstehen und weil z. B. Karbonfasern einen sehr niedrigen Dehnungskoeffizient aufweisen, ist die Vergrößerung der Wandstärke der Welle von weniger Bedeutung bezüglich Haltbarkeit, als die Vergrößerung dessen Umfanges. Diese Eigenschaften erlauben extrem leichte, dünnwandige und lange Bauteile bzw. Hohlwellen mit Flansch zu bauen, die für die Übertragung von Drehmomenten bei hohen Drehzahlen geeignet sind. Weiterhin ist es bekannt, dass Ösen für die Aufnahme von Speichen oft Ursache einer Rissbildung an den Flanschnaben sind, da die Ösen selbst und die Speichen eine Kerbwirkung am Material in dem Bereich der Ösen verursachen. Eine Möglichkeit, eine Verstärkungsfaser an den beanspruchten Stellen einzulegen und die Bohrungen durch die Aufweitung des Fasergeflechtes zu bilden ist in DE 196 25 797 B4 erwähnt. Dies betrifft jedoch eine Radfelge. Ein anderer Weg, die Bohrungen an dem Flansch zu entlasten, ist die Vergrößerung des Teilkreisdurchmessers der Ösen.
Die Aufgabe der Erfindung ist eine Hohlwelle mit Flansch aus faserverstärktem Kunststoff so zu gestalten, dass diese bei einer Minimierung des Gewichtes eine erhöhte Lastaufnahme an einzelnen Ösen und an der gesamten Hohlwelle ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1: den Aufbau einer erfindungsgemäßen Hohlwelle
2: die Hohlwelle nach 1 mit einer zusätzlichen Flechtschlauchschicht
3: die Anbringung von konventionellen Speichen über einen Einsatz
4: eine Winkelspeiche mit jeweils einer Hülse mit Außengewinde am Ende der Speiche
5: den Aufbau eines zweigeteilten Nabenkörpers
Die Implantierung von endlosen Fasern zwischen den Schichten von Flechtschläuchen als ein Kranzmuster um die Ösen ergibt den Vorteil, dass die Krafteinwirkung an die Ösen in eine Zugkraft auf die gestreckten Fasern zwischen den Ösen umgewandelt wird. Unter der Verwendung zum Beispiel von Karbonfasern, die eine sehr hohe Zugfestigkeit und sehr geringe Dehnung besitzen, wird die Druckeinwirkung auf die Ösen durch die Zugfestigkeit aufgehoben. Die Vergrößerung des Durchmessers der Ösen erhöht diesen Effekt.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlwelle mit Flansch ist insbesondere als Nabenkörper für ein Speichenrad vorteilhaft, weil ein solcher Nabenkörper die Krafteinleitung von Speichen in einem Sektor von 180°, von tangierend bis radial, durch die Beanspruchung der Fasern auf Zug übernehmen kann. Die erhöhte Belastbarkeit im Bereich der Ösen ermöglicht eine Verbindung von mehreren Speichen zu jeder einzelnen Öse.
Für die Aufnahme einer erfindungsgemäßen Winkelspeiche können die Ösen der Nabe zusätzlich mit Buchsen mit Innenradien ausgestattet sein oder die Ösen selbst bei der Fertigung mit Radien versehen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich die Verwendung als Nabenkörper für ein Speichenrad. Ebenso ist die Verwendung als Antriebskomponente im Maschinenbau denkbar, insbesondere bei der Übertragung von Drehmomenten bei hohen Drehzahlen.

Claims

Hohlwelle für einen Nabenkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Flansch an zumindest einem Ende der Hohlwelle, wobei der Flansch Ösen (4) für die Aufnahme von Speichen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle aus einer Flechtschlauchstruktur gebildet ist und die Ösen (4) mittels in ein Fertigungswerkzeug eingebrachte Dome (3) direkt beim Fertigungsprozess erzeugt werden.
Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein endloser Faserstrang (2) kranzförmig um die Ösen (4) gelegt wird.
Hohlwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der endlose Faserstrang (2) in einem Kreuzmuster um die Ösen (4) gelegt wird, wodurch eine Kreuzung von Fasern etwa in der Mitte zwischen benachbarten Ösen (4) entsteht.
Hohlwelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle in ihrem zylindrischen Bereich als Stufenzylinder ausgebildet ist, wobei der Innendurchmesser der Hohlwelle am größten Umfang ihrem Außendurchmesser am kleinsten Umfang entspricht.
Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ösen (4) des Nabenkörpers einer halbierten Anzahl von Speichen eines Speichenrades entspricht.
Hohlwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiche eine stabile Winkelform darstellt, wobei zwei freie Enden (11, 12) dieser Winkelspeiche mit einer Felge des Speichenrades verbindbar sind und ein drittes Ende (7) eine mit Radien versehene Umleitung des Verlaufes der Speiche darstellt, die sich durch eine Öse (4) erstreckt.
Hohlwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiche im Bereich zwischen Felge und Nabe eine metallische und/oder faserverstärkte, kontinuierlich verlaufende Komponente aufweist.
Hohlwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelspeiche aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und über ihre gesamte Länge einen ununterbrochenen Faserverlauf aufweist, wobei die beiden freien Enden (11, 12) der Speiche in jeweils einer Hülse (10) mit Außengewinde angeordnet sind und deren Fasern in einem konischen Innenraum der Hülse (10) durch Auffächerung und nach Zugabe und Aushärtung von Matrixkomponenten sicher verankert werden.
Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Einsatzes (5), welcher in der Öse (4) platziert ist, die Aufnahme einer ersten gekröpften Speiche (8) ermöglicht wird und eine zweite Speiche (9) mit einer an dem gekröpften Ende angeordneten Scheibe (6) von außen in den Einsatz (5) geschoben wird, wobei eine sichere Verankerung der Speichen (8, 9) beim Spannen der Speichen (8, 9) erzeugt wird.