DE102016123422B4

DE102016123422B4 - Hohlwelle aus einem Faserverbundwerkstoff und Wickelwelle für die Herstellung einer derartigen Hohlwelle

Info

Publication number: DE102016123422B4
Application number: DE102016123422.2A
Authority: DE
Inventors: Gert Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2036-12-06
Also published as: DE102016123422A1

Abstract

Hohlwelle (10) mit- einem zylindrisch ausgebildeten mittleren Abschnitt (20) und- jeweils einem an je einem Ende des mittleren Abschnitts (20) angeordneten polygonal ausgebildeten Endabschnitt (30a, 30b), wobei der Innenkreis der Innenkontur wenigstens eines polygonalen Endabschnitts (30a) dem Innenumfang des mittleren Abschnitts (20) entspricht,dadurch gekennzeichnet, dassder Außenkreis der Innenkontur des anderen polygonalen Endabschnitts (30b) dem Innenumfang des mittleren Abschnitts (20) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine aus einem Faserverbundwerkstoff durch Wickeln hergestellte Hohlwelle. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Wickelwelle für die Herstellung einer derartigen Hohlwelle.
Drehmomentübertragende Hohlwellen aus Faserverbundstoffen sind bekannt. Insbesondere offenbart die DE 32 30 116 A1 eine aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff gewickelte Kardanwelle mit einem polygonalen Anschlussprofil.
Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist, dass das sich das polygonale Anschlussprofil durch die gesamte Länge der Hohlwelle erstreckt und die polygonale Geometrie dieser Welle - im Verhältnis zu einer zylindrischen Welle - einerseits zu einem höheren Materialverbrauch führt, zum anderen aber bei hoher Belastung zu unerwünschten Torsionen neigt.
Weitere Hohlwellen sind aus der US 3 638 455 A , US 2002/0 195 291 A1 und WO 2016 / 180 901 A1 bekannt, wobei die US 3 638 455 A eine Hohlwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hohlwelle mit polygonalen Anschlussprofilen zu schaffen, die für eine optimale Drehmomentübertragung mit geringem Materialaufwand hergestellt werden kann und für Torsionen unanfällig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Hohlwelle mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird mittelbar auch durch die Wickelwelle mit den Merkmalen von Anspruch 5 und Anspruch 7 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Hohlwelle mit einem weitgehend zylindrischen Aufbau bereitzustellen, bei dem lediglich die Endabschnitte als polygonale Anschlussprofile ausgebildet sind. Um ein Entformen einer mittels Wickeln eines Faserverbundwerkstoffs hergestellten Hohlwelle von der Wickelwelle zu ermöglichen, ist dabei vorgesehen, dass wenigstens ein Endabschnitt der Hohlwelle derart ausgebildet ist, dass der Innenkreis von dessen Innenkontur dem Innenumfang des mittleren Abschnitts entspricht. Der andere Abschnitt kann in diesem Fall identisch oder beliebig ausgeformt sein, da in jedem Fall sichergestellt ist, dass die durch Wickeln hergestellte Hohlwelle von der Wickelwelle abgezogen werden kann.
Erfindungsgemäß ist also eine Hohlwelle vorgesehen mit einem zylindrisch ausgebildeten mittleren Abschnitt und jeweils an einem Ende des mittleren Abschnitts angeordneten polygonal ausgebildeten Endabschnitt, wobei der Innenkreis der Innenkontur wenigstens eines polygonalen Endabschnitts dem Innenumfang des mittleren Abschnitts entspricht, wobei der Außenkreis der Innenkontur des anderen polygonalen Endabschnitts dem Innenumfang des mittleren Abschnitts entsprechen.
Die Ausgestaltung mit einer Hohlwelle, bei der der Innenkreis der Innenkontur des einen polygonalen Endabschnitts und der Außenkreis der Innenkontur des anderen polygonalen Endabschnitts dem Innenumfang des mittleren Abschnitts entsprechen, stellt eine optimale Krafteinleitung der die Anschlüsse der Hohlwelle bildenden Endabschnitte in den das Drehmoment übertragenden zylindrischen Mittelabschnitt sicher.
Die Hohlwelle ist bevorzugt aus einem Faserverbundwerkstoff, besonders bevorzugt aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff gebildet. Für die Herstellung wird dabei auf ein an sich bekanntes Wickelverfahren zurückgegriffen.
Die Endabschnitte der erfindungsgemäß ausgestalteten Hohlwelle sind nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung jeweils als regelmäßiges Polygon ausgebildet. Dabei sind die Ecken der Polygone insbesondere rund ausgebildet, sodass eine weiche Kontur erhalten wird, die im Gegensatz zu spitzen, eckigen Konturen für Rissbildungen unanfällig ist.
Bevorzugt weisen die Endabschnitte jeweils ein hinsichtlich der Eckenanzahl identisches Polygon auf. Die Endabschnitte sind dabei besonders bevorzugt so ausgebildet, dass die Polygone deckungsgleich oder symmetrisch zueinander versetzt angeordnet sind.
Des Weiteren wird mit der Erfindung eine Wickelwelle für die Herstellung der vorgenannten erfindungsgemäß ausgestalteten Hohlwelle bereitgestellt. Die Wickelwelle weist wenigstens einen zylindrisch ausgebildeten Verbindungsabschnitt und jeweils an einem Ende des wenigstens einen Verbindungsabschnitts angeordneten polygonal ausgebildeten Abschnitt auf, wobei der Innenkreis der Außenkontur wenigstens eines polygonalen Abschnitts dem Außenumfang des wenigstens einen Verbindungsabschnitts entspricht.
Grundsätzlich kann - wenn die Endabschnitte identisch ausgebildet sind - eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Wickelwellen mit einer Mehrzahl von dazwischen angeordneten polygonalen Abschnitten dazu verwendet werden, gleichzeitig eine Mehrzahl von Hohlwellen zu produzieren. Die durch Wickeln geformte primäre Hohlwelle muss lediglich entformt und durch Schneiden oder Sägen in eine Mehrzahl von Hohlwellen getrennt werden, wobei ein polygonaler Abschnitt zwischen zwei Verbindungsabschnitten zur Ausbildung je eines Endabschnitts von zwei Hohlwellen beiträgt. Das Trennen der gemeinsam gebildeten Hohlwellen durch einen Schnitt- oder Sägevorgang kann auch auf der Wickelwelle erfolgen, wobei das Entformen erst nach dem Trennvorgang vorgenommen wird.
Bevorzugt ist jedoch bei Herstellung einer einzelnen Welle vorgesehen, dass der Innenkreis der Außenkontur des einen polygonalen Abschnitts und der Außenkreis der Außenkontur des anderen polygonalen Abschnitts dem Außenumfang des wenigstens einen Verbindungsabschnitts entsprechen.
Weiter bevorzugt sind die polygonalen Abschnitte jeweils als regelmäßiges Polygon ausgebildet.
Schließlich ist für die Herstellung einer Mehrzahl von Hohlwellen mit unterschiedlich ausgebildeten polygonalen Abschnitten eine besondere Wickelwelle vorgesehen, mit einer Mehrzahl eines ersten polygonal ausgebildeten Abschnitts, einer Mehrzahl eines zweiten polygonal ausgebildeten Abschnitts und die polygonalen Abschnitte miteinander verbindenden zylindrisch ausgebildeten Verbindungsabschnitten, bei denen der Innenkreis der Außenkontur des ersten polygonalen Abschnitts und der Außenkreis der Außenkontur des zweiten polygonalen Abschnitts dem Außenumfang der Verbindungsabschnitte entsprechen und der erste und der zweite polygonal ausgebildete Abschnitt jeweils abwechselnd angeordnet sind.
Dabei sind die Verbindungsabschnitte mit den polygonalen Abschnitten, deren Innenkreis der Außenkontur dem Außenumfang der Verbindungsabschnitte entspricht, lösbar verbunden, um ein Entformen der Hohlwellen zu ermöglichen. Zuvor muss also die primär gebildete Hohlwelle, in eine Mehrzahl von Hohlwellen durch Schneiden oder Säge zerteilt werden. Hierfür können auf der Wickelwelle besonders ausgebildete Abschnitte vorgesehen sein, die besonders widerstandsfähig gegen eine derartige Bearbeitung der gewickelten Welle sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Wickelwelle, eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und eine Schnittansicht entlang der Linie B-B;
2 eine Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Hohlwelle (a), einen Längsschnitt durch die Hohlwelle (b), eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und eine Schnittansicht entlang der Linie B-B; und
3 eine Seitenansicht der Hohlwelle aus 2 mit in den Endabschnitten eingepassten Anschlusselementen.

1 zeigt eine Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Wickelwelle, eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und eine Schnittansicht entlang der Linie B-B.
Die dargestellte Wickelwelle 100 weist einen zylindrisch ausgebildeten Verbindungsabschnitt 120 und jeweils einem an je einem Ende des Verbindungsabschnitts 120 angeordneten polygonal ausgebildeten Abschnitt 130a, 130b auf. Der Innenkreis der Außenkontur des einen polygonalen Abschnitts 130a entspricht dem Außenumfang des Verbindungsabschnitts 120. Der Außenkreis der Außenkontur des anderen polygonalen Abschnitts 130b hingegen entspricht dem Außenumfang des Verbindungsabschnitts 120.
Die Polygone der polygonalen Abschnitte 130a, 130b sind regelmäßig ausgebildet und weisen abgerundete Ecken auf.
2 zeigt eine Seitenansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten Hohlwelle (a), einen Längsschnitt durch die Hohlwelle (b), eine Schnittansicht entlang der Linie A-A und eine Schnittansicht entlang der Linie B-B.
2 zeigt eine Hohlwelle 10 mit einem zylindrisch ausgebildeten mittleren Abschnitt 20 und jeweils einem an einem Ende des mittleren Abschnitts 20 angeordneten polygonal ausgebildeten Endabschnitt 30a, 30b. Die dargestellte Hohlwelle 10 ist beispielsweise mit einer die Wickelwelle 100 aufweisenden Vorrichtung (nicht gezeigt) hergestellt.
Aus dem Längsschnitt und den Querschnitten entlang der Linie A-A und entlang der Linie B-B ist ersichtlich, dass der Innenkreis der Innenkontur des polygonalen Endabschnitts 30a dem Innenumfang des mittleren Abschnitts 20 entspricht. Der Außenkreis der Innenkontur des anderen polygonalen Endabschnitts 30b hingegen entspricht dem Innenumfang des mittleren Abschnitts 20.
Die Endabschnitte 30a, 30b sind jeweils als regelmäßiges Polygon mit der gleichen Anzahl an Ecken ausgebildet, wobei diese stark abgerundet sind.
Schließlich zeigt 3 eine Seitenansicht der Hohlwelle 10 aus 2 mit in den Endabschnitten eingepassten Anschlusselementen 210, 220.

Claims

Hohlwelle (10) mit - einem zylindrisch ausgebildeten mittleren Abschnitt (20) und - jeweils einem an je einem Ende des mittleren Abschnitts (20) angeordneten polygonal ausgebildeten Endabschnitt (30a, 30b), wobei der Innenkreis der Innenkontur wenigstens eines polygonalen Endabschnitts (30a) dem Innenumfang des mittleren Abschnitts (20) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkreis der Innenkontur des anderen polygonalen Endabschnitts (30b) dem Innenumfang des mittleren Abschnitts (20) entspricht.
Hohlwelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (10) aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
Hohlwelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (10) aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff gebildet ist.
Hohlwelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (30a, 30b) jeweils als regelmäßiges Polygon ausgebildet sind.
Wickelwelle (100) für die Herstellung einer Hohlwelle (10) mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit - wenigstens einem zylindrisch ausgebildeten Verbindungsabschnitt (120) und - jeweils einem an je einem Ende des wenigstens einen Verbindungsabschnitts (120) angeordneten polygonal ausgebildeten Abschnitt (130a, 130b), wobei der Innenkreis der Außenkontur wenigstens eines polygonalen Abschnitts (130a) dem Außenumfang des wenigstens einen Verbindungsabschnitts (120) entspricht, wobei der Außenkreis der Außenkontur des anderen polygonalen Abschnitts (130b) dem Außenumfang des wenigstens einen Verbindungsabschnitts (120) entspricht.
Wickelwelle (100) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die polygonalen Abschnitte (130a, 130b) jeweils als regelmäßiges Polygon ausgebildet sind.
Wickelwelle (100) für die Herstellung einer Mehrzahl von Hohlwellen (10) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit - einer Mehrzahl eines ersten polygonal ausgebildeten Abschnitts (130a), - einer Mehrzahl eines zweiten polygonal ausgebildeten Abschnitts (130b) und - die polygonalen Abschnitte (130a, 130b) miteinander verbindenden zylindrisch ausgebildeten Verbindungsabschnitten (20), wobei der Innenkreis der Außenkontur des ersten polygonalen Abschnitts (30a) und der Außenkreis der Außenkontur des zweiten polygonalen Abschnitts (30b) dem Außenumfang der Verbindungsabschnitte (20) entsprechen und der erste und der zweite polygonal ausgebildete Abschnitt (30a, 30b) jeweils abwechselnd angeordnet sind.