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"Hohlwelle"
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Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle, bei der ggf. das eine oder
beide Enden geschlossen ausgebildet sind.
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Es sind Hohlwellen verschiedener Art je nach dem angewandten Herstellungsverfahren
bekannt, wobei die Herstellungsart sich im wesentlichen danach richtet, ob die Welle
an beiden Enden offen oder aber an einem sowie ggf. an beiden Enden geschlossen
ausgebildet werden soll.
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Die Herstellung beidendig geschlossener Hohlwellen ist bisher praktisch
nur dadurch möglich, daß zunächst eine einendig offene Hohlwelle hergestellt wird,
die nachträglich an ihrem
zweiten Ende verschlossen werden muß.
Abgesehen davon, daß somit die Herstellung beidendig geschlossener Hohlwellen einen
erheblichen Arbeitsaufwand bedingt, sind derartige Wellen bisher nicht aus einem
Gußwerkstoff herzustellen, welcher bei ausreichender Materialfestigkeit ein besonders
hohes Dämpfungsvermögen für den Körperschall aufweist, welcher von der Welle übertragen
bzw. durch die unvermeidbaren Schwingungen der Welle erzeugt wird.
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Wenn Hohlwellen benötigt werden, die, über ihre Länge gesehen, eine
unterschiedliche Wand stärke und außerdem einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen
sollen, um beispielsweise eine Erhöhung der Eigenschwingungszahl der Welle zu erreichen
und/oder eine Biegefestigkeit der Welle in jeder Querschnittsebene zu erzielen,
die etwa gleich ist und bei der die Biegelinie sich einer Geraden nähert, so sind
derartige Wellen praktisch nur wirtschaftlich durch Gießen herstellbar. Dabei ist
ein sehr erheblicher Aufwand für diese Herstellung notwendig. Die Ausführung derartiger
Wellen erfordert für den beidendigen Verschluß zusätzlich sehr aufwendige Bearbeitungsmaßnahmen.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Hohlwelle zu schaffen,
welche in einem Arbeitsgang wahlweise offen oder ein- bzw.
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beidendig geschlossen ausgebildet ist und bei der sowohl die Wandstärke
als auch der Durchmesser, über die Länge der Welle gesehen, ohne großen Aufwand
unterschiedlich gestaltet werden kann.
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Zur Lösung vorstehender Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
die Welle aus zwei Schleudergußteilen besteht, deren Innenflächen jeweils ein Rotationsparaboloid,
ggf. mit außerhalb der Welle liegendem Scheitel, bilden und die, bezogen auf die
Wellenlängsachse, gegensinnig angeordnet sind, sich in Richtung der Wellenlängsachse
überdecken und im Uberdeckbereich miteinander verschweißt sind.
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Es ist zwar bekannt, Hohlwellen nach Art von Schleudergußrohren herzustellen,
jedoch handelt es sich bei diesen bekannten Rohren oder Hohlwellen um Ausführungsformen,
welche beidendig offen sind und die eine im wesentlichen zylindrische Innenoberfläche
aufweisen oder allenfalls zu einem Ende des Gußteiles hin in ihrem Durchmesser abnehmen,
wobei dann aber dieses Gußteil zu seinem anderen Ende hin zwangsläufig einen größeren
Innendurchmesser aufweisen muß.
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Da die obengenannte Hohlwelle aus zwei in Richtung der Wellenlängsachse
sich überdeckenden gegensinnig angeordneten verschweißten Schleudergußteilen besteht,
kann die Welle sowohl an einem als auch an beiden Enden geschlossen oder offen ausgebildet
sein, wobei je nach der Außenkontur der Hohlwelle die Wandstärke über die Länge
der Welle gleichbleibend oder unterschiedlich ausgebildet sein kann. Es ist fernerhin
ohne weiteres möglich, die Schleudergußteile unterschiedlich lang auszub-ilden und
auch ihren Uberdeckungsbereich variabel zu gestalten, wobei
die
Verschweißung dieser Gußteile im Uberdeckungsbereich keine Probleme bereitet, wenn
dies während des Schleudergießens der beiden Teile bzw. des zweiten mit dem ersten
zu verbindenden Schleudergußteiles erfolgt.
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Die neue Hohlwelle ist somit in äußerst einfacher Weise und mit einem
geringen baulichen Aufwand in den verschiedensten Variationen herstellbar und erfordert,
unabhängig von der Ausgestaltung mit einem oder beiden geschlossenen Enden, keinen
zusätzlichen Bearbeitungsaufwand, wie er bisher zwingend erforderlich gewesen ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Hohlwelle aus einem graphithaltigen
Eisengußwerkstoff, vorzugsweise Gußeisen, mit Kugelgraphit oder - ggf. mit Magnesium
behandeltem - Temperguß besteht, damit sie ein hohes Dämpfungsvermögen für den Körperschall
aufweist. Dabei kann die Welle auch ohne weiteres mit einem über ihre Länge unterschiedlichen
Querschnitt ausgeführt werden, um für die Erzielung einer hohen Eigenschwingungszahl
konstante Biegesteifigkeitsverteilung zu erreichen.
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Die neue Welle läßt sich dadurch, daß sie aus Gußeisen besteht, in
besonders einfacher Weise oberflächenvergüten. Zweckmäßig ist es, wenn die Oberfläche
wenigstens im Bereich der Anschlußstellen durch Brenn- oder Induktionsbehandlung
gehärtet ist, um
hierdurch die Verschleißfestigkeit an den Angriffsstellen
der Welle zu erhöhen.
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Die Herstellung der Welle ist gemäß den obigen Ausführungen auf besonders
einfache und wirtschaftliche Weise möglich. Das Verfahren hierzu kennzeichnet sich
erfindungsgemäß dadurch, daß in einer beidendig verschließbaren Schleudergußkokille
mit gegensinnig neigbarer Drehachse bei einer Neigung der Achse in der einen Richtung
das erste Schleudergußteil und unter Aufrechterhaltung der Schleuderbewegung bei
entgegengesetzter Neigung der Kokille das zweite Schleudergußteil geformt und im
Vberdeckbereich mit dem ersten Schleudergußteil verschweißt wird.
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Durch den jeweiligen Neigungswinkel der Drehachse sowie durch die
Winkelgeschwindigkeit und die Länge des Schleudergußteiles wird die jeweilige Form
des die Innenfläche des Gußteiles bestimmenden Rotationsparaboloids bestimmt. Es
gilt hier die Beziehung:
Hierin bedeuten: d = Kleinstdurchmesser (cm), D = Größtdurchmesser (cm), L = GußstUcklänge
(cm, g = Fallbeschleunigung = 981 cm/s2, ==Neigungswinkel der Drehachse und CA>
= Winkelgeschwindigkeit (rad/s).
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Die Formung der die Hohlwelle bildenden miteinander verschweißten
Gußteile kann bei unterschiedlichem Neigungswinkel und auch bei unterschiedlicher
Drehzahl ein und derselben Kokille erfolgen, so daß die beiden Enden der Welle nicht
die gleiche Innenkontur aufweisen müssen. Hinsichtlich der Außenkontur ist die Gestaltung
ohnehin durch die jeweilige Formgebung der Kokille frei wählbar.
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Die Herstellung der Hohlwelle erfolgt nach obigen Darlegungen in einem
zweistufigen, jedoch ununterbrochenen Arbeitsgang, wobei unmittelbar nach der Formgebung
des ersten Gußteiles die Formung des zweiten Gußteiles folgt und auf diese Weise
günstige Voraussetzungen für die Verschweißung der beiden Gußteile im Uberdeckbereich
geschaffen werden. Für den Fall, daß das erste Gußteil in dem Überdeckbereich mit
dem nachfolgend geformten zweiten Teil nicht mehr die ausreichende Schweißwärme
aufweisen sollte, können die Schleudergußteile im Uberdeckungsbereich während der
Formung des zweiten Schleudergußteiles zur Verschweißung zusätzlich erwärmt werden.
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Die Herstellung der beiden Gußteile kann entweder in der Weise erfolgen,
daß eine zweimalige Füllung der Kokille erfolgt, und zwar jeweils zur Formung der
einzelnen Gußteile, wobei die zweite Befüllung vorgenommen wird, nachdem das erste
Gußteil hinreichend formstabil ist, oder aber es können die Schleudergußteile aus
einer einmaligen Befüllung der Kokille geformt werden. Dies ist
dadurch
möglich, daß das in der Kokille befindliche Material durch die äußere Abkühlung
von der Kokillenwandung nach innen fortschreitend in den festen Zustand Ubergeht,
so daß nach Erreichen einer vorbestimmten Wandstärke des festen Materials die Neigungsrichtung
der Kokille geändert wird und hierdurch der noch nicht erstarrte Gußwerkstoff in
Richtung zu dem anderen Ende der Kokille fließt und infolge der Schleuderbewegung
und der weiteren Abkühlung das zweite Schleudergußteil bildet, wobei durch dieses
Verfahren mit einer einmaligen Befüllung eine sichere Verschweißung der beiden Schleudergußteile
im Bereich ihrer Überdeckung gewährleistet wird, ohne daß eine zusätzliche Erwärmung
in diesem Bereich erforderlich ist.
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Praktische Versuche haben ergeben, daß bei der Bildung des Hohlraumes
einer beidendig geschlossenen Welle keinerlei Schwierigkeiten auftreten.
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Da die äußere Formgebung der Welle frei wählbar ist, besteht die Möglichkeit,
nicht nur außen glattwandige ggf. abgestufte Wellen herzustellen, sondern auch ellen
mit umfänglichen Vorsprüngen oder Ansätzen, so daß beispielsweise auch die Herstellung
von Nockenwellen durch das neue Verfahren möglich ist.
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Die Zeichnung gibt einige Ausführungsbeispiele der Hohlwelle nach
vorliegender Erfindung wieder.
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Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt durch eine beidendig geschlossene,
in ihrem Außendurchmesser außerhalb der Anschlußstellen tonnenförmig ausgebildete
Hohlwelle, Fig. 2 einen Längs schnitt durch eine im Bereich außerhalb der Anschlußstellen
in ihrem Außendurchmesser zylindrisch ausgeführte Welle, Fig. 3 einen Längsschnitt
durch eine einendig offene, in ihrem Außendurchmesser zylindrisch ausgebildete Welle,
Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Kokille während
der Herstellung einer Hohlwelle nach der Erfindung.
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Die in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebenen Wellen bestehen aus zwei Schleudergußteilen
1 und 2, welche sich über den größten Teil ihrer Länge überdecken. Die jeweiligen
Uberdeckungsbereiche sind durch die Linien 3 in den Figuren kenntlich gemacht.
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Das Schleudergußteil 2 bildet dabei in den Fig. 1 und 2 dasjenige
Gußteil, was zuerst hergestellt wurde und welches demgemäß auch die Außenkontu der
Wellen im Uberdeckungsbereich der beiden Gußteile 1 und 2 bestimmt. Im Falle der
Ausführung nach Fig. 3 ist dies gerade umgekehrt.
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Man erkennt, daß die Gußteile 1 und 2, bezogen auf die Wellenlängsachse
6, gegensinnig angeordnet sind, und daß ihre Innenflächen 4 bzw. 5 Rotatiosparaboide1i1den,bzw.
daß im Falle
der Fig. 3 die Innenfläche 5 Teil eines Rotationsparaboloids
bildet, dessen Scheitel außerhalb der dargestellten Welle liegt.
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Die Berührungsflächen 3 zwischen den Gußteilen 1 und 2 bilden in ihrer
Kontur ebenfalls Teile von Rotationsparaboloiden, da diese Flächen bei der Herstellung
des jeweils den Außenwandungsteil im Uberdeckungsbereich bildenden Gußteiles entstehen.
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Bei den Wellen nach den Fig. 1 und 2 sind Anschlußenden 7 bzw. 8 angedeutet,
die in ihrer Länge unterschiedlich ausgebildet sind und auch eine verschiedenartige
Außenstruktur aufweisen können.
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Diese Anschlußstellen 7 und 8 können beispielsweise durch Brenn-oder
Induktionsbehandlung gehärtet werden, um eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen.
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Bei der Ausführung der Welle nach der Fig. 1 ist diese in ihrer Außenkontur
außerhalb der Anschlußstellen 7 und 8 geringfügig tonnenförmig ausgebildet, so daß
sich ihr Durchmesser, über die Länge der Welle gesehen, ändert bei nahezu gleichbleibender
Wandstärke 9.
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Die Welle nach Fig. 2 ist in ihrem mittleren Abschnitt zwischen den
Anschlußstellen 7 und 8 etwa zylinderförmig ausgeführt und dabei ebenfalls mit einer
etwa gleichbleibenden Wand stärke ausgerüstet.
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Bei der Welle nach Fig. 3 ist die Anschlußstelle 7 im gleichen Durchmesser
wie die übrige Welle vorgesehen. An dem der Anschluß stelle abgewandten Ende ist
die Welle offen ausgebildet, wobei dieses offene Ende ebenfalls als Anschlußstelle
ausgebildet wer- 1 den kann.
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Es ist offensichtlich, daß die Außenkontur der Welle beliebig gestaltet
werden kann, und daß auch die Anschlußstellen 7 und 8 der Wellen die verschiedensten
Formgebungen erhalten können.
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Durch die jeweilige Wahl der Außenkontur hat man es in der Hand, die
Wand stärke 9 der Welle gleichförmig oder unterschiedlich zu gestalten, um den jeweiligen
Bedürfnissen gerecht zu werden.
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Die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine insgesamt mit 15
bezeichnete Kokille, welche einen hülsenförmigen Kokillenkörper 16 aufweist, der
an seinem offenen Ende durch einen Deckel 17 verschließbar ist. Zur Herstellung
einer Hohlwelle in der Kokille 15 wird diese um ihre Mittellängsachse 18 in bekannter
Weise mittels Schleudermaschinen rotiert. Dabei kann die Anordnung so erfolgen,
daß die Kokille 15 mit ihrer Längsachse 18 gegenüber der Horizontalen geneigt in
der einen oder anderen Richtung während des Schleudervorganges verläuft, so daß
die in die Kokille eingebrachte Schmelze je nach Neigung der Längsachse 18 gegenüber
der Horizontalen und in Abhängigkeit von der Länge der Kokille sowie der Drehzahl
zu einer einendigen Füllung der Kokille führt, wobei die Innenfläche des eingegossenen
Metalles
durch ein Rotationsparaboloid bestimmt wird.
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In der wiedergegebenen Darstellung ist angenommen, daß für die Herstellung
einer Hohlwelle nach der Erfindung die gesamte ha' zu notwendige Menge der Schmelze
in die Kokille 16 eingebraeht wurde, so daß sich bei der ersten Phase des Schleudervorganges
bei tieferliegendem rechtem Teil der Kokille eine Innenfläche der Schmelze einstellt,
wie sie durch die Begrenzungslinie 20 wiedergegeben ist.
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Nach einer vorbestimmten Rotatidnszeit, während welcher durch ein
die Kanäle 19 in dem Kokillenkörper 16 durchfließendes Kühlungsmittel gleichzeitig
eine Temperatursteuerung im Sinne einer Kühlung erfolgt, sei angenommen, daß sich
die Schmelze, von der Innenwandung der Kokille ausgehend, bis zu einer durch die
Linie 21 angedeuteten Zone verfestigt hat. Auf diese Weise entsteht der erste Schleudergußteil
22 der herzustellenden Hohlwelle.
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Wird nunmehr die Kokille zur anderen Seite hin geneigt, so fließt
die noch vorhandene Schmelze zum Deckelende der Kokille und wird dort infolge des
Schleudervorganges diesen deckelseitigen Raum wiederum so ausfüllen, daß eine Innenfläche
der Schmelze entsteht die wiederum einem Rotationsparaboloid entspricht. Es erfolgt
bei diesem Vorgang automatisch eine tiberdeckung des bereits gebil deten Schleudergußteiles
22 über einen sehr beachtlichen Teil seiner Länge durch die Schmelze, wobei der
Grad dieser t)berdeckung wiederum durch den Neigungswinkel der Kokille und durch
die Drehzahl sowie durch die Länge der Kokille bestimmt wird.
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Beim }rctarren der Restchmelze bildet sich der zweite Schleudergußteil,
welcher durch da beschriebene Verfahren automatisch und unter Ausnutzung der der
Schmelze innenwohnenden Wärme mit dem zuerst hergestellten Schleudergußteil in der
Kokille verschweißt wird. Es entsteht somit ein homogener beidendig geschlossener
Hohlkörper in Form einer Hohlwelle.
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lurch entsprechende Wahl der Kontur der Innenwandfläche der Korille
kann jede beliebige Form der herzustellenden Welle realisiert werden.
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Es ist selbstverständ]ich, daß das beschriebene Verfahren nicht nur
für die Fertigung von Hohlwellen geeignet ist, sondern sich auch zur llerstellung
anderer langgestreckter Hohlkörper eignet.
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Durch die Wahl der Rotationsgeschwindigkeit und des Neigungswinkels
der Kokille hat man es fernerhin in der Hand, den herzustellenden Wellenkörper ein-
oder beidendig offen auszubilden, wobei die jeweilige Außenkontur der Welle bzw.
des Hohlkörpers beibehalten werden kann.