DE29614242U1

DE29614242U1 - Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoffrohr mit angeklemmten Anschlußeinrichtungen

Info

Publication number: DE29614242U1
Application number: DE29614242U
Authority: DE
Original assignee: Centa Antriebe Kirschey GmbH
Current assignee: Centa Antriebe Kirschey GmbH
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1996-10-17
Anticipated expiration: 2006-08-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoffrohr mit angeklemmten Anschlußeinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer durch offenkundige Vorbenutzung bekanntgewordenen Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoffrohr sind in die beiden Rohrenden hülsenförmige

30 Abschnitte von Kupplungsflansche bildenden Anschlußstücken eingeschoben und die Kontaktflächen, die die hülsenförmigen Abschnitte mit dem Kunststoffrohr ausbilden, mittels Klebstoff aneinander befestigt. Alternativ oder zusätzlich ist diese Verbindung durch eine

35 Vielzahl von radialen Nieten gesichert, die jeweils in mehreren Ringanordnungen im Überlappungsbereich von Rohr und Flanschhülse angebracht sind.

Postgiroamt	Credit- und Volksbank eGmbH	Commerzbank AG	USt-IdNr.
Essen	Wuppertal-Biirmen	Wuppertal-Barmen	VAT-No.
(BLZ 360 100 43) 445 04-431	(BLZ 330 600 98) 301 891024	(BLZ 330 400 01) 4 034 323	DE 121068676

Centa-Antriebe Kirschey GmbH

Abgesehen davon, daß diese praktizierte Verbindung eines faserverstärkten Kunststoffrohres mit den an beiden Enden benötigten Anschlußeinrichtungen aufwendig ist, ergibt sich hier der Nachteil, daß eine Reparatur dieses Systems praktisch nicht möglich ist, denn die Anschlußeinrichtungen lassen sich nicht zerstörungsfrei vom Rohr wieder entfernen.

Eine gegenüber dieser offenkundig vorbenutzten Antriebswelle einfacher gestaltete Ausführung zeigt beispielsweise die DE 31 04 068 A1, von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Hier besteht die Anschlußeinrichtung aus einem Gelenkteil und einer als Manschette bezeichneten Hülse, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des rohrförmigen Gelenkteilabschnitts. In diesem kreisringförmigen Zwischenraum ist das Ende des rohrförmigen Wellenabschnitts kraft- bzw. reibschlüssig gehalten. Die Verbindung wird derart hergestellt, daß das Gelenkteil in das Ende des Wellenabschnittes eingepreßt wird und anschließend die Manschette aus dünnwandigem Stahlblech axial auf den Wellenabschnitt aufgeschoben wird.

Der relative Nachteil dieser an sich einfachen Konstruktion besteht auch hier zum einen darin, daß die Verbindung ohne Beschädigung zumindest des rohrförmigen Wellenabschnitts kaum wiederlösbar ist, und zum anderen in der Begrenzung des übertragbaren Drehmoments.

Hier setzt die Erfindung ein. Ihr liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine Antriebswelle der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher umrissenen Art so auszugestalten, daß bei einfacher Konstruktion und Mon-

Centa-Antriebe Kirschey GmbH

tagemöglichkeit der Anschlußeinrichtungen hohe Drehmomente übertragbar sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe in erster Linie und im wesentlichen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist somit dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse fest mit einem Anschlußflansch verbunden ist und zusammen mit diesem einen Kupplungsflansch zur Verbindung der Antriebswelle mit einem Maschinenaggregat ausbildet und daß die andere Zylinderfläche Bestandteil eines Konusringes ist, mit dessen konischer Mantelfläche eine konische Gegenmantelfläche eines Spannrings zusammenwirkt, der mit der Hülse des Kupplungsflansches unter radialer Klemmung des Rohrabschnitts zwischen den beiden Zylinderflächen mittels gegenseitig axialverspannbarer Mittel verbunden ist.

Im Unterschied zum Stand der Technik ist hier die Anschlußeinrichtung als Konusring-Spanneinrichtung ausgebildet. Diese gestattet es, die von den axialverspannbaren Mitteln einwirkenden Spannkräfte unmittelbar in die Klemmkräfte umzusetzen, die zur drehfesten Verbindung des Rohrendabschnitts mit der Anschlußeinrichtung gefordert sind. Die Montage der Anschlußeinrichtungen an die Rohrendabschnitte ist sehr einfach und vor allem auch in wiederlösbarer VJeise gewährleistet. Die Rohrendabschnitte erfahren im. Prinzip lediglich radiale Spannkräfte, sie werden indes mechanisch nicht geschwächt, z.B. mittels den Werkstoff durchdringender Nieten. Sie erfahren auch beim Zusammenbau keine das Rohr auf Knickung belastenden Schubkräfte.

Centa-Antriebe Kirschey GmbH

Dadurch, daß die axialen Spannkräfte hohe radiale Kräfte auf die Rohranschlußverbindung ausüben können, wird eine derart feste Verbindung der Anschlußeinrichtungen mit dem faserverstärkten Kunststoffrohr erzielt, daß die Antriebswelle sehr hohe Drehmomente zu übertragen in der Lage ist.

Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist auch die mit ihr einhergehende zweischnittige Drehmomenteinleitung, weil das Drehmoment sowohl am Außendurchmesser als auch am Innendurchmesser des Rohrendabschnitts übertragen wird. Dies ist bei dem engeren in Bezug genommenen Stand der Technik entsprechend DE 31 04 068 A1 nicht der Fall, denn dort dient die Hülse lediglich als Stützmanschette zur Verhinderung des Aufweitens des Rohrendabschnitts bzw. zur Definition des Einklemmspaltes für den Rohrendabschnitt. An einer Drehmomentübertragung kann die Hülse nicht teilnehmen.

Demgegenüber kann die als Flanschhülse ausgebildete und mit dem Konusring radialklemmend befestigte Hülse bei geeigneter sonstiger Auslegung der Anschlußeinrichtung etwa die Hälfte des Nenndrehmoments übertragen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele.

Centa-Antriebe Kirschey GmbH ,

Die Zeichnungen zeigen jeweils im Teil-Längsschnitt vier verschiedene Ausführungen von Anschlußeinrichtungen an einem faserverstärkten Kunststoffrohr-Endabschnitt, und zwar im einzelnen:
5

Fig. 1 eine Anschlußeinrichtung mit einem Außenspannkonus,

Fig. 2 eine Anschlußeinrichtung ähnlich Fig. 1, wobei jedoch der Konusring mit einem zwischen Spann

ring und Widerlagerflansch einspannbaren Ringflansch versehen ist,

Fig. 3 eine Anschlußeinrichtung mit einem Innenspannkonus einfacher Bauart,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 modifizierte Ausführung mit einem Innenspannkonus, der, ähnlich Fig. 2, einen Ringflansch zum Einspannen zwischen Spannring und Flanschhülse aufweist.

Die Figuren zeigen jeweils ein Ende einer Antriebswelle mit einem faserverstärkten Kunststoffrohr 10 und einer Anschlußeinrichtung 11.

Das Wellenrohr 10 ist vorzugsweise ein Carbonfaserrohr. Der Werkstoff der rohrförmigen Welle 10 kann aber andere in Epoxidharzmatrix eingebettete Fasern enthalten, also beispielsweise auch ein Glasfaser-, Aramidfaser- od.dgl. Rohr sein. Wesentlich ist, daß Hohlwellen aus derartigen Werkstoffen gegenüber solchen aus Stahl höhere biegekritische Drehzahlen zulassen, so daß bei gleicher Nenndrehzahl mit Faserrohren eine grö-

Centa-Antriebe Kirschey GmbH , ,,

ßere Antriebswellen-Baulänge ohne das Erfordernis realisierbar ist, Zwischenlager vorzusehen. Die Anschlußeinrichtung 11 , deren Aufbau und Funktion im einzelnen nachfolgend erläutert werden, besteht vorzugsweise aus Stahl. Jede Anschlußeinrichtung 11 umfaßt einen Konusring 12, einen Spannring 13 und eine Hülse 14a, die zusammen mit einem hier einstück-stoffschlüssig gefertigten Anschlußflansch 15 einen Kupplungsflansch 14 ausgebildet. Der Kupplungsflansch dient der Verbindung der Antriebswelle mit einem antreibenden oder angetriebenen Maschinenaggregat wie Motorschwungrad, Getriebeflansch od.dgl.

Der Konusring 12 der Ausführungen nach Fig. 1 und 2 ist ein Außenspaankonus. In der Terminologie der Erfindung bedeutet dies, daß er das Ende des Rohres 10 von außen gegen die Hülse 14a spannt. Deshalb weist der Außenspannkonus 12 eine kreiszylindrische Innenmantelfläche 12a und eine konische Außenmantelfläche 12b auf. Der Steigung der Außenmantelfläche 12b ist die Steigung der inneren, ebenfalls konischen Mantelfläche 13a des Spannrings 13 angepaßt.

Die Hülse 14a hat eine kreiszylindrische Außenmantelfläche 14b und an einem Ende einen radialen Anschlußflansch 15. Der Anschlußflansch 15 überragt die die Stirnflächen des Konusrings 12 und des Spannrings 13 und kann im äußeren, in der Zeichnung abgebrochenen Umfangsbereich über seinen Umfang verteilte Bohrungen, auch Gewindebohrungen, zum Anschluß an Maschinenaggregate mittels Verschraubungen aufweisen.

Centa-Antriebe Kirschey GmbH. ,,

Es sind gegenseitig axial verspannbare Mittel zwischen dem Spannring 13 und der Hülse 14a vorgesehen in Gestalt von Schraubenbolzen 16, die in Gewindebohrungen 17 eingreifen, welche in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Anschlußflansches 15 verteilt angeordnet sind. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen weist auch der Spannring 13 zum Durchgriff der Schraubenbolzen 16 einen Flansch 18 auf. Dieser ist jedoch z.B. dann nicht notwendig, wenn man die Schraubenbolzen von der Außenseite des Anschlußflansches 15 des Kupplungsflansches 14 direkt in den Kreisringquerschnitt des Spannrings 13 einschraubt.

Die Montage einer Anschlußeinrichtung 11 an ein Ende des Antriebswellen-Rohres 10 ist denkbar einfach. Zunächst wird der Kupplungsflansch 14 mit seiner Hülse 14a in das Ende des Rohres 10 eingeführt, bis die Rohrstirnfläche 10a an der Flanschinnenfläche 15a anstößt. Zwischen dem Außenmantel 14b der Hülse 14a und der Innenmantelfläche 10b des Rohres 10 kann ein, vorzugsweise leichter, Preßsitz vorgesehen sein. Vor dem Einstecken der Hülse 14a in das Rohr 10 oder von der anderen Rohrseite her werden sodann der Konusring 12 und der darüber gestülpte Spannring 13 aufgeschoben und der Spannring 13 mittels der Schraubenbolzen 16 axial verspannt, wobei aufgrund der Konusflächenpaarung 12b/13a der Konusring 12 eine gewisse Durchmesserverjüngung erfährt und dadurch das Ende des Rohres 10 fest gegen die zylindrische Außenfläche 14b der Hülse 14a preßt.

In dem in Fig. 1 dargestellten Endmontagezustand liegt die zum Anschlußflansch 15 weisende Stirnfläche 13c satt an der Flanschinnenfläche 15a an, so daß über

Centa-Antriebe Kirschey GmbH . .,

diese Flächenpaarung reibschlüssig und ohne Scherbeanspruchung der Schraubenbolzen 16 ein beträchtlicher Anteil des Drehmoments übertragen werden kann.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung deutlich geworden ist, wird das über die Welle 10 oder die Anschlußeinrichtung 11 eingeleitete Drehmoment zweischnittig übertragen, nämlich einmal am Außenumfang des Rohres 10 über den Konusring 12 und den Spannring 13 sowie andererseits an seinem Innenumfang über die Hülse 14a und den mit ihr fest verbundenen Anschlußflansch 15. Diese Drehmomentübertragung erfolgt ausschließlich reibschlüssig.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Variante der Ausführung nach Fig. 1 zur Übertragung noch höherer Drehmomente und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmantelfläche 12a des Konusrings 12 und/oder die Außenmantelfläche 14b der Hülse 14a, vorzugsweise beide zylindrischen Flächen 12a und 14b, mit einer in der Zeichnung nicht sichtbaren Axialrändelung versehen sind. Diese an den Flächen axialweisend angebrachten, in Umfangsrichtung einander abwechselnden Rippen und Vertiefungen der Rändelung(en) sind so dimensioniert, daß sich die erhabenen Rippen in den Innen- und/oder den Außenmantel des Rohrendabschnitts 10 eingraben können, wenn die Teile axial ineinandergesteckt werden. Somit tritt zur reibschlüssigen Drehmomentübertragung auch Formschluß hinzu.

Um nun zu verhindern, daß Relativbewegungen in Umfangsrichtung zwischen den Konusflächen 12b und 13a von Konusring 12 und Spannring 13 auftreten, weist der

Centa-Antriebe Kirschey GmbH, &ldquor;

Konusring 12 einen nach außen weisenden Ringflansch 12c auf, der zwischen den Anschlußflansch 15 des Kupplungsflansches 14 und den Spannring 13 fest eingespannt und mittels der Schraubenbolzen 16 gehalten ist.
5

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist der entsprechend Fig. 1 im wesentlichen gleichwirkend, unterscheidet sich jedoch dadurch, daß hier anstelle des Außenkonus ein Innenkonus 12 verwendet wird, die eigentliche Spanneinrichtung also dem Innern des Rohres 10 zugeordnet sind. Ansonsten sind in Fig. 3 alle gleichen und gleichwirkenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie Fig. 1 versehen.

Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 2 im wesentlichen nur durch die Umkehrung des Außenklemm- in das Innenklemmprinzip. Dementsprechend weist hier der Flansch 12c des Spannkonus 12 radial nach innen statt nach außen. Auch hier sind ansonsten die gleichwirkenden Teile mit denselben Bezugsziffern versehen wie in Fig. 2.

Die maßliche Auslegung der Konstruktion ist so getroffen, daß im Endspannzustand, wie er in allen Figuren dargestellt ist, die Bauteile fest und spaltfrei aneinander anliegen. Die auftretenden Toleranzen werden in der Weise berücksichtigt, daß selbst im ungünstigsten Fall Klemmkräfte gewährleistet sind, die das Nenndrehmoment, für welches die Antriebswelle ausgelegt ist, mit Sicherheit übertragen können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können die Kontaktflächen von Spannkonus 12 und Rohrabschnitt 10

Centa-Antriebe Kirschey GmbH, ,, ,. _t

und/oder die Kontaktflächen von Hülse 14a und Rohrabschnitt 10 mit einem Klebstoffauftrag versehen sein. Dies hat zahlreiche Vorteile. Zunächst dient dem Zusammenbau der Einrichtung aufgebrachte Klebstoff als Gleit- bzw. Schmiermittel, um das Übereinanderschieben von Hülse 14a, Rohrabschnitt 10 und Konusring 12 zu erleichtern. Sodann hat der Klebstoff während des Betriebs der Antriebswelle den Vorzug, die von ihm gefüllten Spalte gegen Feuchtigkeit und Verunreinigungen abzudichten. Außerdem läßt die durch den Klebstoff bewirkte kraftschlüssige Haftung eine weitere Erhöhung des übertragbaren Drehmoments zu,

Sowohl die Konusringe 12 als auch die Spannringe 13 sind bei allen Ausführungen bevorzugt geschlossenwandig, also schlitzlos, ausgebildet. Gleichwohl könnten auch mit axialgeschlitzten Konen wirksame Klemmverbindungen erreicht werden.

Claims

Centa-Antriebe Kirschey GmbH. .. .. ..

Ansprüche

1 . Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoffrohr mit angeklemmten Anschlußeinrichtungen, die Zylinderflächen bereitstellen, zwischen denen jeweils ein Rohrendabschnitt fest eingespannt ist und eine der Zylinderflächen an einer Hülse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14a) fest mit einem Anschlußflansch (15) verbunden ist und zusammen mit diesem einen Kupplungsflansch (14) zur Verbindung der Antriebswelle mit einem Maschinenaggregat ausbildet und daß die andere Zylinderflache (12a) Bestandteil eines Konusringes (12) ist, mit dessen konischer Mantelfläche (12b) eine konische Gegenmantelfläche (13a) eines Spannrings (13) zusammenwirkt, der mit der Hülse (14a) des Kupplungsflansches (14) unter radialer Klemmung des Rohrabschnitts (10) zwischen den beiden Zylinderflächen (12a, 14b) mittels gegenseitig axialverspannbarer Mittel (16, 17) verbunden ist.
2. Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Stirnende des Rohres (10) weisende Flanschfläche (15a) des Anschlußflansches (15) als Anlagefläche für die Rohrstirnfläche (10a) dient.
3. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Stirnende des Rohres (10) weisende Flanschfläche (15a) des Anschlußflansches (15) als Anlagefläche für die Stirnfläche (13c) des Spannrings (13) dient.
4. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auch der

Centa-Antriebe Kirschey GmbH, ,. .. ..

Spannring (13) als Flanschring (13, 18) ausgebildet ist.
5. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die axi-

alverspannbaren Mittel (16, 17) aus über den Umfang der Flansche (15; 18) verteilt angeordneten Innengewinden (17) und darin eingreifenden Schraubenbolzen (16) bestehen.
10
6. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusring (12) als Außenspannkonus mit konischer Außenmantelfläche (12b) ausgebildet ist und mit seiner Zylinderfläche (12a) die Rohraußenmantelfläche beaufschlagt (Fig. 1 und 2).
7. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusring (12) als Innenspannkonus mit konischer Innenmantelfläche (12b) ausgebildet ist und mit seiner Zylinderfläche (12a) die Rohrinnenmantelfläche beaufschlagt (Fig. 3 und 4).
8. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder einem der darauf folgenden,, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der das Wellenrohr (10) beaufschlagenden Zylinderflächen (12a, 14b) mit einer Axialrändelung versehen ist und diese so ausgebildet ist, daß sie sich beim Verspannen des Rohrendabschnitts in den Rohrwerkstoff eingräbt.

Centa-Antriebe Kirschey GmbH» .. &ldquor; ..
9. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkonus (12) mit einem Ringflansch (12c) versehen ist, der zwischen dem Anschlußflansch (15) des Kupplungsflansches (14) und dem Spannring (13) eingespannt ist.
10. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder einem der darauf folgenden, da.durch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen von Spannkonus (12) und Rohrabschnitt (10) und/oder die Kontaktflächen von Hülse (14a) und Rohrabschnitt (10) mit einem Klebstoffauftrag versehen sind.