DE2636619B1

DE2636619B1 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen,insbesondere Maschinengehaeusen mit gewuenschtem Waermedehnungskoeffizienten und Elastizitaetsmodul

Info

Publication number: DE2636619B1
Application number: DE19762636619
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Feist; Herbert Zech
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1977-09-29
Also published as: FR2361598A1; FR2361598B1; GB1584989A; DE2636619C2

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Maschinengehäusen mit gewünschtem Wärmeausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodul.

Durch entsprechende Wahl des für ein Bauteil bestimmten Werkstoffes können im allgemeinen erwünschte Eigenschaften des Bauteiles erreicht werden. Jedoch läßt sich diese freie Wahl in vielen Fällen bedingt durch Anforderungen, wie Belastung, Temperatur, in der Praxis nicht durchführen.

Zum Beispiel sind Bauteile eines Präzisionsgetriebes von Triebwerken hohen Temperaturunterschieden ausgesetzt. Aus Gewichtsgründen wird das Getriebegehäuse vorzugsweise aus Leichtmetallguß hergestellt, während andere Teile, wie z. B. die Lager aus Stahl sein müssen. Ein derartiges System ist unterschiedlichen Wärmedehnungen ausgesetzt, wodurch sich wichtige Abmessungen, wie z. B. die Achsabstände, verändern. Weiterhin nachteilig ist, daß das in bezug auf das Gewicht und die Herstellungskosten günstige Leichtmetallgehäuse, jedoch bedingt durch den niedrigen Ε-Modul, eine geringe Formstabilität hat.

Es sind Faserverbundwerkstoffe bekannt, die durch entsprechend gerichtete Fasern einen hohen Elastizitätsmodule aufweisen und außerdem einen niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten haben.

Es ist auch möglich, Bauteile aus derartiger Faserverbundmasse zu pressen. Es ist bekannt, daß mit langen Fasern ausgestattete Faserverbundwerkstoffe einen nach Lage der Fasern gerichteten hohen E-Modul sowie niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten haben. Bauteile mit konturreicher Formgebung lassen sich jedoch nur aus mit Kurzfasern vermischter Pressmasse herstellen, die wiederum, bedingt durch das Matrixmaterial, wie im vorigen Falle, einen niedrigen Ε-Modul und hohen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen zu schaffen, durch das mit wirtschaftlich günstiger Fertigung Bauteile mit gezieltem Elastizitätsmodul sowie für die jeweilige Konstruktion optimalem Wärmedehnungskoeffizienten für allseitige, insbesondere sehr hohen Belastungsanforderungen hergestellt werden können.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einem durch bekannte Methoden, insbesondere in Leichtbauweise hergestellten Grundbauteil mindestens stellenweise Faserverbund-Platten, -Streifen oder lose Fasern auf- oder in das Grundbauteil eingebracht werden.

Die Werkstoffwahl gewinnt somit bei der Herstellung von stark beanspruchten Bauteilen Freiheitsgrade, die es erlauben, möglichst leichte und wirtschaftlich günstige Konstruktionen herzustellen, deren Eigenschaften den gewünschten Anforderungen angepaßt werden können. Die Verbundplatten brauchen bei diesem Verfahren keine bestimmten Konturen aufzuweisen, sie werden lediglich in angemessener Größe auf Bauteilflächen, die einer Verstärkung bedürfen, aufgebracht. Die hierdurch möglich gewordene Anwendung des hochfesten Langfaser-Verbundwerkstoffes verleiht dem Bauteil in Verbindung mit dem Grundwerkstoff, dessen Steifigkeit gegebenenfalls erheblich niedriger sein kann, eine hohe und gegebenenfalls gerichtete Steifigkeit, wodurch Einrichtungen, deren hohe Präzision während des Betriebes unabhängig von thermischen und mechanischen Belastungen aufrechterhalten bleiben muß, hergestellt werden können.

Im Fall von Preßmassen als Grundbauteil können die langen Fasern, entsprechend gerichtet, direkt in die noch weiche Preßmasse beim Einbringen in die Form eingelegt werden.

Lose Fasern können auch mit einem Kunstharz auf die Bauteilwand auf laminiert werden.

Die Faserverbundplatten bzw. -streifen können erfindungsgemäß auf das Grundbauteil aufgeklebt oder aufzementiert werden, und zwar so, daß die Fasern in Richtung der Beanspruchung des Bauteiles oder der einzustellenden Dehnung gerichtet sind.

Bei mehr-dimensionaler Belastung des Bauteiles sieht die Erfindung vor, daß mehrere Schichten von Verbundplatten oder -streifen mit entsprechend gerichteten Fasern oder losen Fasern auf das Grundbauteil aufgebracht werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch dargestellt

In F i g. 1 und 2 ist ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines zwei Lager 11 und 12 tragendes Gehäuseausschnittes 13 eines Präzisionsgetriebes gezeigt Das Gehäuse 13 besteht aus einem die notwendigen Verbindungs- und Befestigungskonturen aufweisenden Grundbauteil 15 aus dünnem Leichtmetall, z. B. Magnesiumguß oder aus GFK (glasfaserverstärkten Kunststoffen). Diese Werkstoffe haben für sich alleine einen geringen Ε-Modul und einen gemessen an gebräuchlichen Zahnradwerkstoffen, relativ hohen Wärmedehnungskoeffizienten, so daß bei der Verwendung eines derartigen Gehäuses, erstens zwar eine starke Verwindung des Gehäuses und damit eine einseitige Belastung der Zahnräder auftreten kann, und zweitens der Abstand A bei Erwärmung sich stärker ändert als es für die Zahnräder aus Stahl günstig wäre.

Um dieses zu vermeiden, werden an den belasteten Stellen Faserverbundplatten 20,21 auf das Grundbauteil 15 auflaminiert. Die Fasern der einzelnen Platten werden dabei sich kreuzend gerichtet, und zwar jeweils in die Richtung, in der eine bestimmte Steifigkeit und/oder eine optimale Wärmeausdehnung erreicht werden soll.

Die gewünschten Eigenschaften lassen sich durch die Wahl der Fasern sowie der Richtung, in der die Fasern auf dem Bauteil aufgebracht werden, erreichen.

Durch eine derartige Bauweise von Gehäusen kann deren Wärmedehnung der der anderen Bauteile des Getriebes, die im allgemeinen aus Stahl sind, angepaßt werden. Es ergibt sich somit ein geringeres Verdrehflankenspiel und folglich eine Verminderung der Schwingungs- und Lärmentwicklungen sowie eine geringere Beanspruchung von Lagern und Zähnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere Maschinengehäusen, mit einem gewünschten Wärmedehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodul, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem durch herkömmliche Methoden, insbesondere in Leichtbauweise, hergestellten Grundbauteil (15) mindestens stellenweise Faserverbund-Platten (20,21), -streifen oder lose Fasern auf- oder in das Grundbauteil eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Grundbauteil (15) eine Pressmasse verwendet wird, und daß in die noch weiche Pressmasse beim Einbringen in die Form entsprechend gerichtete lange Fasern eingelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lose lange Fasern mit einem Kunstharz auf die Bauteilwand auflaminiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverbund-Platten bzw. -Streifen mit den Fasern in der Beanspruchungsrichtung des Bauteiles bzw. der einzustellenden Dehnrichtung gerichtet auf das Grundbauteil (15) aufgeklebt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten von Verbundplatten (20, 21) mit entsprechend gerichteten Fasern auf das Grundbauteil (15) auflaminiert oder aufgeklebt werden.