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Die Erfindung betrifft einen Flansch mit einer konzentrisch angeformten Welle. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Flansches mit angeformter Welle.
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In der
DE 2058 016 A ist eine mehrschichtige Welle mit angeformtem Endflansch offenbart. Die mehrschichtige Welle mit angeformtem Endflansch weist mehrere Lagen aus Fasern mit hohem Modul auf, welche zwischen Kunststoffschichten angeordnet und mit denselben verklebt sind, wobei die Fasern sich über die gesamte Länge der Welle und der Endflansche erstrecken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten und an unterschiedliche Umgebungskonstruktionen besser anpassbaren Flansch mit angeformter Welle zu entwickeln. Als weitere Aufgabe ist eine einfache automatisierte Herstellung des Flansches mit angeformter Welle zu ermöglichen.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird der im Anspruch 1 angegebene Flansch mit angeformter Welle sowie in Anspruch 4 ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
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Der erfindungsgemäße Flansch mit angeformter Welle, der eine in axialer Richtung verlaufende Mittelachse aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Flansch aus mehreren Flanschscheiben und die Welle aus mehreren zylindrischen Wellenelementen ausgebildet sind, und wobei die Flanschscheiben jeweils eine sich in axialer Richtung erstreckende Kontur aufweisen. Des Weiteren zeichnet sich der erfindungsgemäße Flansch mit angeformter Welle dadurch aus, dass die zylindrischen Wellenelemente abwechselnd mit der sich in axialer Richtung erstreckenden Kontur der Flanschscheiben in einem Übergangsabschnitt radial nebeneinander geschichtet sind. Das heißt, die zylindrischen Wellenelemente und die Konturen der Flanschscheiben sind radial, ausgehend von der Mittelachse, alternierend angeordnet. Der Übergangsabschnitt erstreckt sich erfindungsgemäß von einer Stirnseite des Flansches in axialer Richtung, so dass sich ein Winkel von 90° zwischen Stirnseite des Flansches und Übergangsabschnitt ergibt. Des Weiteren ist ein Winkel ebenfalls von 90° zwischen Stirnseite der Flanschscheiben und deren axial erstreckenden Konturen eingeschlossen.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Flanschscheiben und die zylindrischen Wellenelemente aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall bestehen. Es ist allerdings auch möglich, dass die Flanschscheiben aus einem anderen Werkstoff im Vergleich zu den Wellenelementen bestehen. Das heißt, die Flanschscheiben könnten aus Metall und die Wellenelemente aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, den Flansch und/oder das zylindrische Wellenelement in Sandwichbauweise auszubilden. Beispielsweise bestehen die beiden äußeren Schichten des Wellenelements aus Metall und die innenliegenden Schichten aus Kunststoff.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn sich die Konturen der Flanschscheiben in axialer Richtung unterschiedlich lang erstrecken, so dass ein Konusabschnitt an dem vom Flansch abgewandten Ende des Übergangsabschnitts gebildet ist, bei dem sich der Gesamtaußendurchmesser des Übergangsabschnitts zur Welle hin reduziert. Die Flanschscheiben sind vorzugsweise mit den zylindrischen Wellenelementen unlösbar verbunden, wie zum Beispiel durch Kleben. Als Klebstoff können beispielsweise EinKomponenten Klebstoffe, Zwei-Komponenten Klebstoffe oder Silikonklebstoffe verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Flansches mit konzentrisch angeformter Welle umfasst folgende Schritte:
- – Bereitstellen eines Dorns sowie einer Anzahl an Wellenelementen und Flanschscheiben,
- – Umschließen des Dorns mit einem Wellenelement,
- – Aufschieben einer ersten Flanschscheibe auf das Wellenelement und umschließen von Konturen der Flanschscheibe und des zuvor aufgebrachten Wellenelements mit einem weiteren Wellenelement,
- – Wiederholen des vorigen Schrittes bis alle Flanschscheiben aufgeschoben wurden und das letzte Wellenelement die zuvor aufgebrachten Schichten umschließt.
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Unter Dorn wird eine Welle mit einem Fußelement verstanden, wobei die Welle als Vollwelle oder als Hohlwelle ausgebildet sein kann. Die Wellenelemente werden um diese Welle beispielsweise mit einem Bandmaterial gewickelt, dessen Enden anschließend unlösbar miteinander verbunden werden. Statt eines Bandmaterials für die Wellenelemente kann auch ein hülsenförmiges Element verwendet werden, dass über die Welle bis zum Fußelement des Dorns oder bis zur letzten aufgeschobenen Flanschscheibe aufgeschoben wird. Die Flanschscheiben werden jeweils auf das bereits aufgebrachte Wellenelement bis zum Fußelement des Dorns oder bis zu den bereits aufgebrachten Flanschscheiben aufgeschoben, wobei das Fußelement des Dorns für die erste aufgebrachte Flanschscheibe einen Anschlag darstellt.
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Des Weiteren werden beispielsweise die Wellenelemente und die Flanschscheiben miteinander verklebt, so dass eine unlösbare Verbindung hergestellt wird. Das heißt, zwischen jedem Wellenelement und Flanschscheibe ist vorzugsweise eine Klebstoffschicht. Die Anzahl der zu verwendenden Flanschscheiben und Wellenelementen ist abhängig von der zu erzielenden Steifigkeit und Festigkeit des Flansches mit angeformter Welle. Jede Flanschscheibe ist vorzugsweise von zwei Wellenelementen umgeben, so dass hinsichtlich der Anzahl ein Wellenelement mehr als die Anzahl der zu verwendenden Flanschscheiben für die Herstellung von einem Flansch mit angeformter Welle verwendet wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle in perspektivischer Ansicht,
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2 die Ausführungsform aus 1 in Seitenansicht und einem Teilschnitt,
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3 eine Vergrößerung des Teilschnitts aus 2,
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4 eine Ausführungsform eines als Hülse ausgebildetes Wellenelements,
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5 beispielhafte Ausführungsformen von vier Flanschscheiben,
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6 die Anordnung der vier Flanschscheiben aus 5 ohne dazwischen angeordnete Wellenelemente,
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7 einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle,
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8 einen zweiten Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle,
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9 einen dritten Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle,
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10 einen vierten Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle,
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11 einen fünften Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle,
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12 einen sechsten Verfahrensschritt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches mit angeformter Welle.
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In der 1 ist ein Flansch 1 mit einer konzentrisch angeformten Welle 2, der eine in axialer Richtung verlaufende Mittelachse MA aufweist, dargestellt. Im Flansch 1 sind eine Vielzahl sich axial erstreckende durchgehende Bohrungen 3 vorhanden, die eine Anbindung an einen weiteren Flansch ermöglichen. Des Weiteren ist der Flansch 1 aus mehreren Flanschscheiben 4 und die Welle 2 aus mehreren zylindrischen Wellenelementen 5 ausgebildet. Die Flanschscheiben 4 weisen jeweils einen scheibenförmigen Grundkörper 6 sowie eine sich in axialer Richtung erstreckende Kontur 7 auf, die in 1 von den Wellenelementen 5 verdeckt sind. Die Konturen 7 erstrecken sich dabei in axialer Richtung 4 unterschiedlich lang. Das heißt, die Kontur 7 jeder Flanschscheibe 4 weist eine andere axiale Länge auf. Des Weiteren sind die Konturen 7 der Flanschscheiben 4 gemäß 2 und 3 immer zwischen zwei Wellenelementen 5 angeordnet. Das heißt, die zylindrischen Wellenelemente 5 sind abwechselnd mit den in axialer Richtung erstreckenden Konturen 7 der Flanschscheiben 4 radial nebeneinander geschichtet. Der Bereich in dem die Flanschscheiben 4, das heißt, die Konturen 7 der Flanschscheiben 4, mit den Wellenelementen 5 überlappen, wird als Übergangsabschnitt 8 bezeichnet. Der Übergangsabschnitt 8 erstreckt sich dabei von der Stirnseite des Flansches 1 bis zum Ende der axial längsten erstreckenden Kontur 7 der Flanschscheiben 4. Dabei ist der Übergangsabschnitt 8 zylindrisch und konzentrisch zu Mittelachse MA ausgebildet. Die axialen Längen der Konturen 7 nehmen radial gesehen von innen nach außen ab. Das heißt, die radial innerste Kontur 7 weist die axial längste Länge und die radial äußerste Kontur 7 die axial kürzeste Länge auf.
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Aufgrund der unterschiedlichen Längen der Konturen 7 ergibt sich an dem vom Flansch 1 abgewandten Ende des Übergangsabschnitts 8 ein Konusabschnitt 9. An dem Konusabschnitt 9 verjüngt sich der Gesamtaußendurchmesser DA des Übergangsabschnitts 8 zur Welle hin. Der Konusabschnitt 9 weist dabei vier Stufen 10 auf. Die Stufenanzahl 10 entspricht der Anzahl der Flanschscheiben 4.
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Die Stirnseite des Flansches 1 schließt des Weiteren mit der axial verlaufenden Wandung des Übergangabschnitts 8 einen Winkel α, der 90° beträgt, ein.
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In der 4 ist eine Ausführungsform eines Wellenelements 5 dargestellt. Das Wellenelement 5 ist als Hülse ausgebildet, die auf die Kontur einer Flanschscheibe aufgeschoben werden kann.
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In der 5 sind vier beispielhafte Flanschscheiben 4 dargestellt. Jede Flanschscheibe 4 besteht aus einem kreisförmigen Grundkörper 6 und einer axial dazu ausgerichteten Kontur 7, wobei sich die Konturen 7 der Flanschscheiben 4 unterscheiden. Die erste Flanschscheibe 4‘ weist eine dreieckartige Kontur 7 auf. Dafür werden in den Grundkörper 6 drei gleichlange und jeweils durch den Mittelpunkt durchgehende Linien 11 geschnitten. Beim Aufschieben der Flanschscheibe 4‘ auf einen Dorn 12, der in 7 beispielhaft dargestellt ist, entsteht aufgrund der Schnittlinien 11 eine dreieckartige Kontur 7, die sich in axialer Richtung erstreckt. Bei der zweiten Flanschscheibe 4‘‘ sind die Schnittlinien 11 geringfügig länger. Die Verlängerung im Vergleich zu den Schnittlinien 11 der ersten Flanschscheibe 4‘ entspricht der radialen Dicke eines Wellenelements 5. Des Weiteren ist in dem Schnittpunkt der Schnittlinien 11 eine Bohrung 13 vorhanden, so dass die Länge der Kontur 7 reduziert wird. Bei der dritten Flanschscheibe 4‘‘‘ ist die Bohrung 13 größer und die Schnittlinien 11 sind länger im Vergleich zur zweiten Flanschscheibe 4‘‘. Die vierte Flanschscheibe 4‘‘‘‘ weist eine noch größere Bohrung 13 sowie noch längere Schnittlinien 11 im Vergleich zu den anderen Flanschscheiben 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘ auf. Dadurch entstehen die unterschiedlichen Konturen 7 der Flanschscheiben 4.
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In der 6 ist die Anordnung der vier Flanschscheiben 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘, 4‘‘‘‘ aus 5 ohne den dazwischen befindlichen Wellenelementen 5 dargestellt. Die Flanschscheiben 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘, 4‘‘‘‘ weisen jeweils vier Ausrichtungspunkte 14, die um 90° in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind, auf dem Grundkörper 6 auf. Diese dienen alleine der Ausrichtung der Flanschscheiben 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘, 4‘‘‘‘ zueinander. Gemäß 6 ist die zweite Flanschscheibe 4‘‘ und die vierte Flanschscheibe 4‘‘‘‘ jeweils um 90° in Umfangsrichtung gedreht. Die dritte Flanschscheibe 4‘‘‘ hingegen ist wie die erste Flanschscheibe 4‘ ausgerichtet.
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In den 7 bis 12 sind beispielhafte Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Flansches 1 mit angeformter Welle 2 dargestellt. Zuerst wird ein Dorn 12 bereitgestellt. Der Dorn 12 besteht aus einer Vollwelle 15 und einem Fußelement 16. Um die Vollwelle 15 wird gemäß 8 ein Wellenelement 5, das aus einem Bandmaterial 17 besteht, gewickelt, wobei die Stirnseite des Fußelements 16 einen Anschlag für das Wellenelement 5 darstellt. Die beiden Längsenden des gewickelten Wellenelements 5 werden miteinander verbunden, beispielsweise durch Kleben. Anschließend wird gemäß 9 die erste Flanschscheibe 4‘ auf den Dorn 12 bis zum Fußelement 16 geschoben. Die Flanschscheibe 4‘ bedeckt mit der sich in axialer Richtung erstreckenden Kontur 7 einen Teil des zuvor aufgewickelten Wellenelements 5. Danach wird erneut ein weiteres Bandmaterial 17, das anschließend ein Wellenelement 5 darstellt, um die Kontur 7 der ersten Flanschscheibe 4‘ und des ersten Wellenelements 5 gewickelt, wie in 10 dargestellt. Als nächstes wird gemäß 11 die zweite Flanschscheibe 4‘‘ auf die erste Flanschscheibe 4‘ aufgeschoben. Dabei ist die zweite Flanschscheibe 4‘‘ zur ersten Flanschscheibe 4‘ hin um 90° in Umfangsrichtung gedreht. Die bereits auf den Dorn 12 aufgeschobenen Flanschscheiben 4‘, 4‘‘ und die zuvor aufgewickelten Wellenelemente 5 werden erneut von einem weiteren Bandmaterial 17 umwickelt, das ein weiteres Wellenelement 5 darstellt. Die Schritte wiederholen sich von dort an bis alle zu verwendenden Flanschscheiben 4 aufgeschoben sind. Die Anordnung der Flanschscheiben 4 zueinander entspricht der in 6 dargestellten Anordnung. Der Aufbau des Flansches 1 mit angeformter Welle 2 wird mit einem letzten Wellenelement 5 abgeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flansch
- 2
- Welle
- 3
- Bohrung
- 4
- Flanschscheibe
- 4‘
- erste Flanschscheibe
- 4‘‘
- zweite Flanschscheibe
- 4‘‘‘
- dritte Flanschscheibe
- 4‘‘‘‘
- vierte Flanschscheibe
- 5
- Wellenelement
- 6
- Grundkörper der Flanschscheibe
- 7
- Kontur der Flanschscheibe
- 8
- Übergangsabschnitt
- 9
- Konusabschnitt
- 10
- Stufe
- 11
- Schnittlinie
- 12
- Dorn
- 13
- Bohrung
- 14
- Ausrichtungspunkt
- 15
- Vollwelle
- 16
- Fußelement
- 17
- Bandmaterial
- MA
- Mittelachse des Flansches und der angeformte Welle
- DA
- Gesamtaußendurchmesser des Übergangsabschnitts
- α
- Winkel zwischen Stirnseite des Flanschs und der Wandung des Übergangsabschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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