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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verbindungsgelenk,
das an den beiden Enden einer Verbundantriebswelle vorgesehen ist,
und insbesondere ein Verbindungsstück, das dazu konfiguriert ist,
an den beiden Enden einer Verbundantriebswelle befestigt zu sein,
die jeweils Getriebeteile an ihren Enden aufweist. Ferner betrifft
die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswellenbaugruppe, die
als ein einziger Körper ausgebildet ist, indem auf einfache
Weise jeweils ein Verbindungsstück an den beiden gegenüberliegenden
Enden einer Verbundantriebswelle befestigt wurde, die mit Ausnahme
von gegenüberliegenden Enden, die als Kraftübertragungsteile
dienen, im Wesentlichen eine Röhrenform mit kreisförmigem
Querschnitt aufweist, ähnlich wie eine gewöhnliche
Welle.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Eine
Antriebswelle ist eine Einrichtung, die die Drehkraft eines Motors
oder eines Getriebes auf Triebachsen überträgt,
und die breiten Einsatz in Maschinen findet, darunter Verkehrsmitteln
wie Fahrzeugen, Schiffe und Flugzeuge.
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Eine übliche
Antriebswelle ist aus Metall hergestellt und wird typischerweise
gefertigt, indem ein Röhrenelement und ein Wellengelenkelement
der Welle separat voneinander gefertigt werden, zusammengesetzt
werden und zu einer einzigen Welle verschweißt werden.
Im Stand der Technik werden häufig Antriebswellen aus Stahl
oder Aluminium verwendet. Allerdings weist eine Antriebswelle aus
Metall das Problem auf, dass sie schwer ist und eine niedrige Resonanzfrequenz
in Querrichtung auf weist. Bei Metallantriebswellen von einer Länge
ab zwei Metern kann die Antriebswellenresonanz innerhalb eines Bereichs
der maximalen Drehzahl des Motors liegen, weshalb diese Antriebswellen
aufgrund ihrer geringen Resonanzfrequenz in Querrichtung zerbrechen. Daher
werden zwei Antriebswellen aus Metall, die jeweils eine geringere
Länge von etwa einem Meter aufweisen, separat gefertigt
und miteinander verbunden, um auf diese Weise eine einzelne zusammengesetzte
Antriebswelle zu bilden. Zum Verbinden der zwei kurzen Metallantriebswellen
muss jedoch ein Wellengelenk benutzt werden, was zu einem erhöhten
Gewicht und zu Geräuschen bei Betätigung der Antriebswelle
führt.
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Um
die Probleme üblicher Antriebswellen aus Metall zu lösen,
wurde eine Verbundantriebswelle aus faserverstärktem Verbundmaterial
vorgeschlagen und eingesetzt. Die faserverstärkte Verbundantriebswelle
weist gegenüber üblichen Metallantriebswellen
eine höhere spezifische Steifigkeit, eine höhere
spezifische Festigkeit, eine höhere Resonanzfrequenz und
eine höhere Schwingungsdämpfungsleistung auf,
weshalb auch faserverstärkte Verbundantriebswelle von zwei
Metern Länge oder mehr gefertigt und benutzt werden können.
Wird die Antriebswelle aus faserverstärktem Verbundmaterial
hergestellt, entfällt ferner die Notwendigkeit eines Wellengelenks,
weshalb die Antriebswelle leichter ist und weniger Geräusch
erzeugt. In modernen Ländern werden derartige faserverstärkte
Verbundantriebswellen daher bevorzugt in Spezialanwendungen wie z.
B. Rennwagen oder Flugzeugen verwendet.
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Eine
Verbundantriebswelle des Stands der Technik wird wie folgt hergestellt.
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Zunächst
wird ein faserverstärktes Verbundmaterial auf die Umfangsfläche
eines Dorns aufgebracht, der einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist und dessen Oberfläche mit einem Ablösemittel überzogen
wird, bevor eine Kompressionsschicht aus einen Hochpolymer wie Polypropylen
oder Polyethylen darauf aufgewickelt wird. Anschließend
wird um den Dorn mit dem Verbundmaterial ein Vakuumbeutel aus einer
Hochtemperaturnylonfolie gelegt, woraufhin äußere
Quellen eine hohe Temperatur und einen hohen Druck an das Innere
des Vakuumbeutels anlegen, wobei das Innere des Vakuumbeutels mit
Hilfe einer Vakuumpumpe im Vakuumzustand gehalten wird, wodurch
das Verbundmaterial gehärtet wird. Nach vollständiger
Aushärtung des Verbundmaterials auf dem Dorn wird der Dorn
aus dem gehärteten faserverstärkten Verbundmaterial
entfernt, womit die Verbundantriebswelle fertiggestellt ist.
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Ein
weiteres übliches Verfahren zum Herstellen von Verbundantriebswellen
wurde in der
koreanischen Patentschrift
Nr. 241232 offenbart. Das Verfahren umfasst Folgendes:
Aufbringen eines faserverstärkten Verbundmaterials auf
die Umfangsfläche eines Dorns, der mit einem Ablösemittel überzogen wurde;
Einführen eines wärmeschrumpfbaren Tubus, der
aus einem wärmeschrumpfbaren Material hergestellt ist,
ausgewählt aus der Gruppe vernetztes Polyolefin, Polyethylen
und Polypropylen, in das auf die Oberfläche des Dorns aufgebrachte
faserverstärkte Verbundmaterial; Erwärmen des
wärmeschrumpfbaren Tubus in einem Ofen, wodurch das Kunstharz
in das faserverstärkte Verbundmaterial abgeben wird und
das faserverstärkte Verbundmaterial gehärtet wird;
und Entfernen des gehärteten faserverstärkten Verbundmaterials
vom Dom, wodurch eine Verbundantriebswelle bereitgestellt wird.
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Alle
anhand der beschriebenen Verfahren des Stands der Technik hergestellten
Verbundantriebswellen weisen eine Röhrenform mit einem
konstanten Querschnitt vom einen bis zum anderen Ende auf. Es wurden
be reits die verschiedensten Verfahren zum Verbinden von Verbindungsstücken (Metallankern)
mit den gegenüberliegenden Enden üblicher Verbundantriebswellen
aktiv untersucht und entwickelt. Übliche Verfahren zum
Verbinden von Verbindungsstücken (Metallankern) mit den
gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle lassen
sich in Verfahren der mechanischen Befestigung und der Klebeverbindung
unterteilen.
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Zur
mechanischen Befestigung wird das Verbundmaterial durchbohrt, woraufhin
ein Verbindungsstück mit Hilfe von Stiften, Schrauben oder
Nieten mechanisch an der Bohrung eines jeweiligen Endes des Verbundmaterials
befestigt wird. Eine solche mechanische Befestigung weist jedoch
das Problem auf, dass der Bohrvorgang die Struktur des Verbundmaterials
der Antriebswelle beschädigen kann, da die Fasern des Verbundmaterials
bei der Durchbohrung zerstört werden. Da zudem das Verbundmaterial
ein anisotropes Material ist, kann es am mechanisch befestigten
Teil des Verbundmaterials einen höheren Spannungskonzentrationsfaktor
aufweisen, als dies bei einem isotropen Material der Fall wäre. Ein
weiteres Problem der mechanischen Befestigung liegt darin, dass
der Abschnitt des Verbundmaterials, an dem die Spannungskonzentration
vorliegt, leicht ermüdet, wenn er wiederholter Belastung
ausgesetzt wird, und dass aufgrund der Asymmetrie des mechanisch
befestigten Teils leicht Geräusche und Vibrationen im mechanisch
befestigten Teil entstehen.
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Im
Vergleich zur mechanischen Befestigung weist die Klebeverbindung
den Vorteil auf, dass sie eine Last über einen größeren
Bereich verteilen kann, und dass keine Bohrungen im Verbundmaterial vergenommen
werden müssen, wodurch die Beschädigung der Fasern
des Verbundmaterials vermieden wird. So kann bei einer Klebverbindung
das angeklebte Teil effizient einer wiederholten Belastung standhalten
und ermüdet weniger schnell, und es entstehen zudem weniger
Geräusche und Vibrationen als bei der mechanischen Befestigung.
Bei der Klebeverbindung muss jedoch die Oberfläche des angeklebten
Produkts behandelt werden, und es bestehen Einschränkungen
in Bezug auf Temperatur, Feuchtigkeit usw. Auch unterliegt die Festigkeit
des angeklebten Teils starken Schwankungen, abhängig von
den Fertigkeiten des Personals, das den Klebeprozess durchführt.
Da Haftmittel, die für Klebeverbindungen benutzt werden,
einen hohen Sprödigkeitsindex aufweisen, ist es nahezu
unmöglich, Klebeverbindungen an eine Struktur anzupassen,
die wiederholten Belastungen ausgesetzt ist, oder die einer Belastung
oder einem Drehmoment unterliegt, die höher sind als die
Haftfestigkeit des Haftmittels, das für die Klebeverbindung
benutzt wird.
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Um
die Probleme üblicher Verfahren zum Verbinden der Verbindungsstücke
mit einer Verbundantriebswelle auszuräumen, wurden daher
verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Um die Verbindungsstücke
(Metallanker) mit den gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle
zu verbinden, schlägt z. B. die
koreanische Patentschrift Nr. 432991 ein
Wärmeverbindungsverfahren vor, die ungeprüfte
koreanische Anmeldung Nr. 2004-0006568 schlägt ein
Wärmepressverbindungsverfahren vor, die
koreanische Patentschrift Nr. 515800 schlägt
ein mechanisches Pressverbindungsverfahren vor, und die
koreanische Patentschrift Nr. 526020 schlägt
ein Pressverbindungs- und Wärmeverbindungsverfahren unter Verwendung
eines Ringeinsatzes vor. Die oben erwähnten üblichen
Verfahren, die sich die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften
von zwei Materialien zu Nutze machen, weisen das Problem auf, dass
sie komplizierte Verfahrensweisen erfordern, wobei eine Erwärmung
und/oder Abkühlung ausgeführt werden muss, um
die beiden Materialien zu verbin den, und externe Kraft angewandt
werden muss, um die mechanische Verbindung der zwei Materialien
zu erreichen.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, dass die Probleme
der Verfahren des Stands der Technik aus der Tatsache herrühren,
dass die üblichen Verbundantriebswellen röhrenförmig sind
und vom einen bis zum anderen Ende einen konstanten Querschnitt
aufweisen. Uni die Probleme der Verfahren des Stands der Technik
zu lösen, hat der Erfinder daher eine Verbundantriebswelle
entwickelt, an deren gegenüberliegenden Enden jeweils Kraftübertragungsteile
angeordnet sind, und er hat beim Tätigen der vorliegenden
Erfindung auf ein Verbindungsstück hingearbeitet, das sich
leicht an den beiden Enden der Verbundantriebswelle befestigen lässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Entsprechend
wurde die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung
der oben genannten Probleme des Stands der Technik getätigt,
und es ist ihre Aufgabe, ein Verbindungsstück bereitzustellen, das
derart konfiguriert ist, dass es sich leicht an den Enden einer
Verbundantriebswelle befestigen lässt, die an ihren gegenüberliegenden
Enden Kraftübertragungsteile aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung soll zudem eine Verbundantriebswellenbaugruppe
bereitstellen, die als ein einziger Körper ausgebildet
ist, indem auf einfache Weise jeweils ein Verbindungsstück
an den beiden gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle
befestigt wird, welche mit Ausnahme von gegenüberliegenden
Enden, die als Kraftübertragungsteile dienen, im Wesentlichen
eine Röhrenform mit kreisförmigem Querschnitt
aufweist, ähnlich wie eine gewöhnliche Welle.
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Technische Lösung
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In
einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verbindungsstück
bereit, das an einem Paar Vorsprünge befestigt ist, die
an den beiden Enden einer Verbundantriebswelle vorgesehen sind,
wobei das Paar Vorsprünge der Verbundantriebswelle derart
konfiguriert ist, dass unabhängig davon, an welcher Position
die Antriebswelle mit den Vorsprüngen an ihrer Innenfläche
in Querrichtung abgeschnitten wird, die Länge der Vorsprünge
in Querrichtung konstant gehalten werden kann, und wobei jeder Vorsprung
einen ersten Vorsprung umfasst, der an jedem Ende der Antriebswelle
in Längsrichtung bis zu einer Position ausgebildet ist,
die um eine vorbestimmte Strecke vom Ende beabstandet ist, und einen
zweiten Vorsprung, der sich vom ersten Vorsprung zur Innenfläche
der Antriebswelle erstreckt.
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Das
Verbindungsstück umfasst Folgendes: eine erste Verbindungseinheit,
die ein Paar Arretierungselemente umfasst, wobei die Arretierungselemente
einen symmetrischen Aufbau aufweisen und jeweils Folgendes umfassen:
eine Außenfläche, die derart konfiguriert ist,
dass, wenn die Arretierungselemente in einem montierten Zustand
in das jeweilige Ende der Verbundantriebswelle eingeführt
sind, die Außenfläche in engem Kontakt mit der
Innenfläche der Verbundantriebswelle mit dem Paar erster
Vorsprünge steht; und eine Innenfläche mit einer
geneigten Fläche, die von ihren einen Ende bis zu ihrem
anderen Ende abwärts geneigt ist; eine zweite Verbindungseinheit,
Folgendes umfassend: einen vergrößerten Abschnitt,
der sich von seinem einen bis zu seinem anderen Ende verjüngt,
derart, dass seine Oberseite und seine Unterseite jeweils eine geneigte Flä che
aufweisen, die den Innenflächen des Paars Arretierungselemente
entspricht, und so im Flächenkontakt mit den Innenflächen
der Arretierungselemente stehen, wobei ein Paar Durchgangsbohrungen
an gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung ausgebildet
ist; und einen Verbindungsabschnitt, der sich vom einen Ende des
vergrößerten Abschnitts aus erstreckt; und eine
dritte Verbindungseinheit, Folgendes umfassend: einen Arretierungsabschnitt, der
derart konfiguriert ist, dass er am Paar erste Vorsprünge
entlang in das jeweilige Ende der Verbundantriebswelle eingeführt
ist, und am Paar zweite Vorsprünge befestigt ist; und einen
Montageabschnitt, der sich von einer Fläche des Arretierungsabschnitt aus
erstreckt, derart, dass er durch die Durchgangsbohrungen in der
zweiten Verbindungseinheit hindurchgeführt und an einem
Ende der zweiten Verbindungseinheit befestigt ist, wodurch das Paar
Arretierungselemente der ersten Verbindungseinheit an der Innenfläche
der Verbundantriebswelle befestigt ist.
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Der
Arretierungsabschnitt der dritten Verbindungseinheit kann Folgendes
umfassen: ein Paar erste Vertiefungen, deren Form derjenigen des
Paars erste Vorsprünge entspricht, die an den einzelnen Enden
der Verbundantriebswelle ausgebildet sind, derart, dass sich die
ersten Vertiefungen entlang den ersten Vorsprüngen in das
jeweilige Ende der Antriebswelle einführen lassen; und
ein Paar zweite Vertiefungen, die an Stellen ausgebildet sind, die
von dem Paar erste Vertiefungen in einem Winkel von 90° beabstandet
sind, und deren Form einem Teil des Paars zweite Vorsprünge
entspricht, wodurch sie an den zweiten Vorsprüngen befestigt
sind.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswellenbaugruppe bereit,
die Folgendes umfasst: die Verbundantriebswelle; und das Verbindungsstück,
das jeweils an den beiden Enden der Verbundantriebswelle befestigt
ist. Hier kann an einer Verbindungsstel le zwischen der ersten Verbindungseinheit
und der Verbundantriebswelle eine Haftbindung unter Verwendung eines
Haftmittels hinzugefügt werden.
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Das
Verbindungsstück gemäß der vorliegenden
Erfindung ist derart konfiguriert, dass es an jedem der beiden Enden
einer Verbundantriebswelle 100 befestigt ist, deren Querschnittform
röhrenförmig ist, wie in 1 gezeigt,
und die an ihren gegenüberliegenden Enden jeweils Kraftübertragungsteile
aufweist. Die Kraftübertragungsteile der Verbundantriebswelle 100 weisen
jeweils Außenvertiefungen 110 und Innenvertiefungen 120 auf,
die derart konfiguriert sind, dass die Dicke und die Querlänge
der Antriebswelle mit diesen Außenvertiefungen und Innenvertiefungen
stets die gleiche ist, unabhängig davon, an welcher Stelle
die Antriebswelle in Querrichtung durchschnitten wird. Dabei sind
die Außenvertiefungen 110 jeweils symmetrisch
zu der runden Fläche der kreisförmigen Antriebswelle
mit röhrenförmigem Querschnitt konfiguriert, und
umfassen eine gerundete Vertiefung 111, die von einem Ende
der Antriebswelle aus längs verlaufend bis zu einer Position ausgebildet
ist, die um eine vorbestimmte Strecke vom Ende beabstandet ist,
und eine geneigte Vertiefung 112, die sich von der gerundeten
Vertiefung 111 in Längsrichtung bis zu der gerundeten
Fläche der Antriebswelle erstreckt, derart, dass die geneigte Vertiefung
eine gerundete Fläche bildet. Die einzelnen Innenvertiefungen 120 umfassen
also einen gerundeten Vorsprung 121 (ersten Vorsprung)
und einen geneigten Vorsprung (122) zweiten Vorsprung), die
jeweils den Außenvertiefungen 110 entsprechen.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Das
Verbindungsstück gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen Aufbau auf, der sich in montiertem Zustand
leicht an den Enden einer Ver bundantriebswelle befestigen lässt,
an deren gegenüberliegenden Enden jeweils Kraftübertragungsteile angeordnet
sind.
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Ferner
weist die Verbundantriebswellenbaugruppe gemäß der
vorliegenden Erfindung einen integrierten Aufbau auf, der realisiert
wird, indem die einzelnen Verbindungsstücke jeweils an
den beiden gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle
befestigt werden, die mit Ausnahme von gegenüberliegenden
Enden, die als Kraftübertragungsteile dienen, im Wesentlichen
eine Röhrenform mit kreisförmigem Querschnitt
aufweist, ähnlich wie eine gewöhnliche Welle.
Mit anderen Worten, die Verbundantriebswelle der vorliegenden Erfindung
kann, anders als bei einem üblichen Kraftübertragungsverfahren
wie der mechanischen Befestigung und der Klebeverbindung, die Kraft
direkt übertragen, weshalb die Verbundantriebswellenbaugruppe
der vorliegenden Erfindung auch ein hohes Drehmoment effizient übertragen
kann.
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Ferner
befestigt die Verbundantriebswellenbaugruppe der vorliegenden Erfindung
die Notwendigkeit, an ihren Enden Bohrungen auszubilden, weshalb
eine Spannungskonzentration verhindert werden kann, die sonst an
den Bohrungen auftreten würde.
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Ferner
verwendet die Verbundantriebswellenbaugruppe der vorliegenden Erfindung
kein Kraftübertragungsverfahren unter Benutzung eines Haftmittels,
weshalb die Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung entfällt,
und verwendet kein Haftmittel, weshalb sie nicht dem Einfluss veränderlicher Klimabedingungen
wie Temperatur oder Feuchtigkeit unterliegt.
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Außerdem
kann die Verbundantriebswellenbaugruppe der vorliegenden Erfindung
nahezu permanent benutzt werden, bis der Wellenkörper selbst bricht,
da sie nicht an einer Bohrung oder einer Klebefläche bricht.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Verbundantriebswelle, auf die
die vorliegende Erfindung angewandt wurde;
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2 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die den Aufbau
und das Verhältnis der Elemente eines Verbindungsstücks
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 und 4 sind
perspektivische Ansichten des Verbindungsstücks aus 2,
nachdem die Elemente vollständig zu einem einzigen Körper montiert
wurden;
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5 ist
eine Seitenansicht einer ersten Verbindungseinheit aus 2
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6 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Verbindungseinheit aus 2;
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7 und 8 sind
eine linke Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht der zweiten Verbindungseinheit
aus 6;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer dritten Verbindungseinheit aus 2;
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10 ist
eine Ansicht, die das Konzept einer Verbundantriebswellenbaugruppe
der vorliegenden Erfindung zeigt, die durch Montieren des Verbindungsstücks
aus 2 an die beiden Enden der Verbundantriebswelle
aus 1 gebildet wurde.
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Beste Art der Ausführung der
Erfindung
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Im
Folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen eines Verbindungsstücks,
das an den einzelnen Kraftübertragungsteilen einer Verbund antriebswelle
befestigt ist, sowie eine Verbundantriebswellenbaugruppe, die das
erfindungsgemäße Verbindungsstück aufweist,
unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren detailliert beschrieben
werden.
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2 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die den Aufbau
und das Verhältnis der Elemente eines Verbindungsstücks
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. 3 und 4 sind perspektivische
Ansichten des Verbindungsstücks aus 2, nachdem
die Elemente vollständig zu einem einzigen Körper
montiert wurden. 5 ist eine Seitenansicht einer
ersten Verbindungseinheit aus 2. 6 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Verbindungseinheit aus 2. 7 und 8 sind
eine linke Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht der zweiten Verbindungseinheit
aus 6. 9 ist eine perspektivische Ansicht
einer zweiten Verbindungseinheit aus 2.
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Wie
in 2 bis 9 gezeigt, umfasst das Verbindungsstück 200 gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste,
zweite und dritte Verbindungseinheit 210, 220 und 230.
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Die
erste Verbindungseinheit 210 umfasst ein Paar Arretierungselemente 211,
die einen symmetrischen Aufbau aufweisen und aneinander montiert
sind, wodurch sie eine Form erhalten, durch die sie in die beiden
Enden der Verbundantriebswelle 100 eingeführt
werden können. Die beiden Arretierungselemente 211 weisen
jeweils eine Länge auf, die der Länge eines gerundeten
Vorsprungs 121 der Verbundantriebswelle 100 entspricht,
und umfassen. eine Außenfläche 212 und
eine winkelige Innenfläche 213. Wenn die aneinander
montierten Arretierungselemente 211 in die Enden der Verbundantriebswelle 100 eingeführt
sind, steht die Außenfläche 212 in Flächenkontakt
mit der Innenfläche der Verbundantriebswelle 100,
und die winkelige Innenfläche 213 steht in Flächenkontakt
mit der Außenfläche der zweiten Verbindungseinheit 220.
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Die
Außenfläche 212 der einzelnen Arretierungselemente 211 weist
eine gerundete Vertiefung 212a auf, die derart geformt
ist, dass sie der Form des gerundeten Vorsprungs 121 entspricht,
der an den beiden Enden der Verbundantriebswelle 100 ausgebildet
ist, wodurch sie in Flächenkontakt mit dem gerundeten Vorsprung 121 steht.
Die einzelnen Arretierungselemente 211 weisen zudem an
den gegenüberliegenden Seiten der gerundeten Vertiefung 212a gerundete
Flächen auf, derart, dass sie in Flächenkontakt
mit der Innenfläche der Verbundantriebswelle 100 stehen.
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Ferner
sind die winkeligen Innenflächen 213 der Arretierungselemente 211 derart
konfiguriert, dass sie winkelige Ecken aufweisen, die der Form der
Außenfläche der zweiten Verbindungseinheit 220 entsprechen.
Die winkelige Innenfläche 213 der einzelnen Arretierungselemente 211 ist
teilweise von einem zum anderen Ende abwärts geneigt, wodurch sie
eine geneigte Fläche aufweist. Dabei ist die geneigte Innenfläche
der einzelnen Arretierungselemente 211 so geformt, dass
sie der Außenfläche der zweiten Verbindungseinheit 220 entspricht.
Auf diese Weise öffnet die zweite Verbindungseinheit 220 die zwei
Arretierungselemente 211, weshalb die Außenflächen
der Arretierungselemente 211 in engen Flächenkontakt
mit der Innenfläche der beiden Enden der Verbundantriebswelle 100 gelangen
können.
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Die
zweite Verbindungseinheit 220 umfasst einen vergrößerten
Abschnitt 221, der eine Form aufweist, die einem Innenraum
entspricht, der von den gewinkelten Innenflächen 213 der
zwei Arretierungselemente 211 entspricht, wenn die zwei
Arretierungselemente 211 zu einem einzigen Körper
zusammengeführt sind, und einen Anschlussabschnitt 222,
der sich vom vergrößerten Abschnitt 221 aus
erstreckt und die Verbundantriebswelle 100 an einem anderen Element
anbringt oder fixiert. Die obere und untere Fläche des
vergrößerten Abschnitts 221 weisen jeweils
eine winkelige Form auf, die den winkeligen Innenflächen 213 der
zwei Arretierungselemente 211 entspricht, und stehen so
in Flächenkontakt mit den winkeligen Innenflächen 213 der
Arretierungselemente 211, und weisen geneigte Flächen
auf, die den geneigten Flächen der winkeligen Innenflächen 213 entsprechen.
Mit anderen Worten, der vergrößerte Abschnitt 211 ist
in einer Richtung von einem Ende zum anderen Ende verjüngt,
wobei sich der Anschlussabschnitt 222 vom dicken Ende des
vergrößerten Abschnitts 221 aus erstreckt.
Ferner weist der vergrößerte Abschnitt 221 zwei
in Längsrichtung verlaufende Durchgangsbohrungen 221a auf,
die an gegenüberliegenden Seiten des vergrößerten
Abschnitts 221 in Längsrichtung ausgebildet sind.
Die dritte Verbindungseinheit 230 ist teilweise in die Durchgangsbohrungen 221a eingeführt
und ist an den Enden der Durchgangsbohrungen 221a befestigt.
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Die
dritte Verbindungseinheit 230 umfasst einen Arretierungsabschnitt 231,
der jeweils in die Enden der Verbundantriebswelle 100 eingeführt
ist, und in den Enden der Verbundantriebswelle 100 in einem Zustand
befestigt ist, in dem der Arretierungsabschnitt 231 sich
in Reibungskontakt mit geneigten Vorsprüngen 122 der
Innenvorsprünge 120 befindet, und einen Montageabschnitt 232,
der sich von einem Ende des Arretierungsabschnitts 231 aus
erstreckt und in die Durchgangsbohrungen 221a in der zweiten Verbindungseinheit 220 geführt
wird, bevor er an den Enden der Durchgangsbohrungen 221a befestigt wird.
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Der
Arretierungsabschnitt 231 umfasst ein Paar gerundete Vertiefungen 231a (erste
Vertiefungen), deren Form den gerundeten Vorsprüngen 121 entspricht,
die an den beiden Enden der Verbundantriebswelle 100 ausgebildet
sind, und die auf diese Weise an den gerundeten Vorsprüngen 121 entlang in
das Ende der Antriebswelle 100 eingeführt sind, und
ein Paar geneigte Vertiefungen 231b (zweite Vertiefungen),
die an Stellen am Arretierungsabschnitt 231 ausgebildet
sind, die in einem Winkel von 90° von den zwei gerundeten
Vertiefungen 231a beabstandet sind, und die auf diese Weise
in den Enden der Antriebswelle 100 in einem Zustand befestigt sind,
in dem die geneigten Vertiefungen 231b in Reibungskontakt
mit den geneigten Vorsprüngen 122 der Innenvorsprünge 120 stehen.
Auf diese Weise sind die zwei gerundeten Vertiefungen 231a und
die zwei geneigten Vertiefungen 231b mit einem Winkel von
90° voneinander beabstandet. Andererseits weisten die beiden
geneigten Vertiefungen 231b eine geneigte Form mit sich
verjüngender Breite auf, weshalb sie in einem Zustand des
Flächenkontakts mit einem zugehörigen geneigten
Vorsprung 122 befestigt sind. Dabei halten die zwei gerundeten
Vertiefungen 212a der ersten Verbindungseinheit 210 das
Verbindungsstück 200 in radialer Richtung in der
Verbundantriebswelle 100. Die zwei geneigten Vertiefungen 231b der
dritten Verbindungseinheit 230 halten das Verbindungsstück 200 in
axialer Richtung in der Verbundantriebswelle 100.
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Der
Montageabschnitt 232 umfasst ein Paar Schraubbolzen 232a,
die sich von einer Fläche des Arretierungsabschnitts 231 über
eine vorbestimmte Länge erstrecken, und ein Paar Muttern 232b,
die an dem jeweiligen Schraubbolzen 232a festgezogen sind.
Die zwei Schraubbolzen 232a sind an Positionen angeordnet,
an denen die zwei Schraubbolzen 232a sich in die zwei Durchgangsbohrungen 221a in der
zweiten Verbindungseinheit 220 einführen lassen.
Die zwei Schraubbolzen 232a weisen jeweils eine Länge
auf, die derart festgelegt ist, dass die Schraubbolzen 232a durch
die Durchgangsbohrungen 221a hindurchtreten und um eine
bestimmte Länge daraus herausragen können. Die
Muttern 232b sind an den jeweiligen Schraubbolzen 232a festgezogen,
welche aus den Durchgangsbohrungen 221a herausragen, wodurch
die Schraubbolzen 232a an den äußeren
Enden der Durchgangsbohrungen 221a befestigt sind.
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Im
Folgenden soll das Verfahren zum Herstellen einer Verbundantriebswellenbaugruppe
gemäß der vorliegenden Erfindung durch Montieren
der Verbindungsstücke des oben beschriebenen Aufbaus an
den gegenüberliegenden Enden der Verbundantriebswelle beschrieben
werden.
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10 ist
eine Ansieht, die das Konzept einer Verbundantriebswellenbaugruppe
der vorliegenden Erfindung zeigt, die durch Montieren des Verbindungsstücks
aus 2 an die beiden Enden der Verbundantriebswelle
aus 1 gebildet wurde.
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Wie
in 1 bis 10 gezeigt,
wird zunächst die dritte Verbindungseinheit 230 des
Verbindungsstücks 200 in die beiden Enden der
Verbundantriebswelle 100 eingeführt. Dabei werden
die zwei gerundeten Vertiefungen 231a der dritten Verbindungseinheit 230 an
den zwei gerundeten Vorsprüngen 121 entlang bewegt,
die an der Innenfläche der Verbundantriebswelle 100 ausgebildet
sind. Die dritte Verbindungseinheit 230 wird so weit in
die Verbundantriebswelle 100 eingeführt, bis die
zwei gerundeten Vertiefungen 231a eine Position erreichen,
an der die gerundeten Vertiefungen 231a nicht in Kontakt
mit den gerundeten Vorsprüngen 121 stehen. Anschließend
wird die dritte Verbindungseinheit 230 in einem Winkel
von 90° vor oder zurück gedreht, dass die zwei
geneigten Vertiefungen 231b der dritten Verbindungseinheit 230 an
der gleichen Längslinie in Überein stimmung mit
den zwei geneigten Vorsprüngen 122 der Verbundantriebswelle 100 gelangen.
Dann wird die dritte Verbindungseinheit 230 aus der Verbundantriebswelle 100 herausgezogen,
derart, dass die zwei geneigten Vertiefungen 231b der dritten
Verbindungseinheit 230 in Reihungskontakt mit den zwei geneigten
Vorsprüngen 122 der Verbundantriebswelle 100 gelangen,
und daran befestigt werden. Auch wenn also die dritte Verbindungseinheit 230 in
diesem Zustand aus der Verbundantriebswelle 100 herausgezogen
wird, kann die dritte Verbindungseinheit 230 nicht aus
der Verbundantriebswelle 100 herausgezogen werden, da sie
darin befestigt ist.
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Anschließend
werden die zwei Arretierungselemente 211, die die erste
Verbindungseinheit 210 ausmachen, an dem vergrößerten
Abschnitt der zweiten Verbindungseinheit 220 montiert,
derart, dass die winkelige Innenfläche 231 der
Arretierungselemente 211 in Flächenkontakt mit
der oberen und unteren Seite des vergrößerten
Abschnitts der zweiten Verbindungseinheit 220 gelangt.
Die montierte erste und zweite Verbindungseinheit 210 und 220 werden
in die Antriebswelle 100 eingeführt, derart, dass
die Durchgangsbohrungen 221a in der zweiten Verbindungseinheit 220 über
die zwei Schraubbolzen 232a der dritten Verbindungseinheit 230 geschoben werden,
und gleichzeitig die gerundeten Vertiefungen 212a in den
zwei Arretierungselementen 211 den gerundeten Vorsprüngen 121 zugewandt
werden, die an der Innenfläche der Verbundantriebswelle 100 ausgebildet
sind. Mit anderen Worten, die montierte erste und zweite Verbindungseinheit 210 und 220 werden
so weit in die Verbundantriebswelle 100 eingeführt,
bis die Enden der zwei Arretierungselemente 211 in Kontakt
mit einer Flache des Arretierungsabschnitts der dritten Verbindungseinheit 230 gelangen.
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Anschließend
werden die zwei Muttern 232b an den Schraubbolzen 232a festgezogen,
die aus den Durchgangsbohrungen 221a herausragen. Dabei
wird die dritte Verbindungseinheit 230 an der Verbundantriebswelle 100 befestigt.
Wenn die Mutter 232b an den Schraubbolzen 232a festgezogen
werden, wird dabei der vergrößerte Abschnitt 221 der zweiten
Verbindungseinheit 220 in die Verbundantriebswelle 100 hinein
bewegt, wobei die obere und untere Fläche des vergrößerten
Abschnitts 221 in Flächenkontakt mit der Innenfläche 213 der
zwei Arretierungselemente 211 stehen. Der vergrößerte
Abschnitt, der in die Innenflächen des Arretierungselements 211 geführt
wird, ist derart verjüngt, dass sein vorderes Ende dünner
ist als sein hinteres Ende, weshalb er geneigte Flächen
aufweist, während die Innenflächen 213 der
Arretierungselemente 211 geneigte Flächen aufweisen,
die den geneigten Flächen des vergrößerten
Abschnitts 221 entsprechen. Wenn also die Mutter 232b angezogen
werden, öffnen sich die Arretierungselemente 211 allmählich, wodurch
ihre Außenflächen 212 in engen Kontakt
mit der Innenfläche der Verbundantriebswelle 100 gelangen
können. Mit anderen Worten, die gerundeten Vertiefungen 212a der
Außenflächen 212 gelangen in engen Kontakt
mit den gerundeten Vorsprüngen 212 der Verbundantriebswelle 100,
und die gerundeten Flächen, die an gegenüberliegenden
Seiten der gerundeten Vertiefungen 212a begrenzt sind,
gelangen in engen Kontakt mit der inneren gerundeten Fläche
der Verbundantriebswelle 100, und werden so daran befestigt.
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Das
Verbundmaterial kann bereits durch kleinste Erschütterungen
beschädigt werden. Wenn das Verbindungsstück 200 und
die Verbundantriebswelle 100 derart gefertigt sind, dass
die Verbindungsflächen genaue Abmessungen ausweisen, tritt
kein Problem auf, wenn die Verbindungsstücke und die Verbundantriebswelle
einmal montiert sind. Berücksichtigt man jedoch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufgrund von jahres zeitlichen Temperaturdifferenzen, kann es schwierig
sein, eine genaue Abmessung der Verbindungsstücke und der
Verbundantriebswelle beizubehalten, da diese unterschiedliche physikalische
Eigenschaften aufweisen. Daher können die Verbindungsstellen
zwischen den Verbindungsstücken und der Verbundantriebswelle
mit einem Haftmittel verklebt werden. Die Klebeverbindung mit Hilfe
des Haftmittels dient nicht dazu, den Verbindungsstellen eine höhere
Festigkeit für die Kraftübertragung zu verleihen,
sondern soll kleine Zwischenräume beseitigen, die sich
in den Verbindungsstellen zwischen den Verbindungsstücken
und der Verbundantriebswelle bilden können, um zu verhindern,
dass bei der Kraftübertragung durch die Antriebswelle Erschütterungen
direkt auf die Verbundantriebswelle einwirken.
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In
dieser Ausführungsform kann also, wenn das oben beschriebene
Verfahren in einem Zustand ausgeführt wird, in dem ein
Haftmittel an die Außenflächen der zwei Arretierungselemente 211 und/oder auf
die Innenfläche der beiden Enden der Verbundantriebswelle 100 aufgetragen
wird, das Verbindungsstück 200 effizient am Ende
der Verbundantriebswelle 100 befestigt werden.
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Indem
also zwei Verbindungsstücke 200 in der oben beschriebenen
Weise an den gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle 100 befestigt,
lässt sich eine Verbundantriebswellenbaugruppe 300 gemäß der
vorliegenden Erfindung fertigen.
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Obwohl
die Ausführungsformen eines Verbindungsstücks
und einer das Verbindungsstück aufweisenden Verbundantriebswellenbaugruppe
unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren zur Veranschaulichung
of fenbart wurden, dienen diese Ausführungsformen zur Eingrenzung
der vorliegenden Erfindung.
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Fachleute
werden verstehen, dass verschiedene Ersetzungen, Modifikationen
und Veränderungen möglich sind, ohne vom Umfang
und Geist der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen
offenbart sind.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben, fertigt die vorliegende Erfindung eine Antriebswelle,
die zum Übertragen der Drehkraft eines Motors oder eines
Getriebes an eine Triebachse benutzt wird und ein Verbundmaterial
benutzt, und montiert jeweils ein Verbindungsstück an gegenüberliegenden
Enden der Verbundantriebswelle, wodurch die Verbundantriebswelle
in verschiedenen Maschinen einsetzbar ist, z. B. in Fahrzeugen, Schiffen
und Flugzeugen.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verbindungsstück bereit,
das derart konfiguriert ist, dass es sich effizient an den beiden
Enden einer Verbundantriebswelle befestigen lässt, welche
Kraftübertragungselemente an ihren gegenüberliegenden
Enden aufweist. Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswellenbaugruppe
bereit, die einen integrierten Aufbau aufweist, der erzielt wird,
indem jeweils ein Verbindungsstücke an den gegenüberliegenden
Enden der Verbundantriebswelle befestigt wird, welche mit Ausnahme
der gegenüberliegenden Enden, die als Kraftübertragungsteile
dienen, röhrenförmig mit einem kreisförmigen
Querschnitt ausgebildet ist, ähnlich wie eine gewöhnliche
Welle, derart, dass die Verbundantriebswellenbaugruppe effizient auch
ein hohes Drehmoment übertragen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 241232 [0007]
- - KR 432991 [0011]
- - KR 2004-0006568 [0011]
- - KR 515800 [0011]
- - KR 526020 [0011]