DE3228110A1 - Torsionswelle - Google Patents

Torsionswelle

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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin

Description

gü/sd
M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesel1 schaft
München, 23. Juli 1982
Torsionswel1e
Die Erfindung bezieht sich auf eine Torsionswelle bestehend aus einem mindestens teilweise hohlen Körper mit einem zylindrischen Bereich.
Es ist eine als Antriebswelle ausgebildete Torsionswelle aus der DE-OS 29 46 530 bekannt, die als Faserverbundrohr ausgebildet ist, wobei deren Fasern an den ng Enden des Rotors jeweils um ein Anschlußstück aus Metall gewickelt sind. Die übertragung .der Torsionskräfte erfolgt in diesem Fall über die Reibung und die Adhäsionskräfte des Klebstoffes zwischen dem faserverstärktem Rohrteil und dem metallischen Anschlußstück.
Bei unterschiedlichen Wärmedehnungen sowie bei Wechselbelastungen ist jedoch eine derartige Verbindung sehr unsicher. Um den Sicherheitsfaktor anzuheben, ist bei der bekannten Vorrichtung.der umwickelte Außenumfang des Anschlußstückes mit einem Gewinde versehen. Um hieraus einen Vorteil zu erzielen, muß jedoch eine äußerste Sorgfalt beim Wickeln bzw. Umwickeln des Gewindes beachtet werden, wobei allerdings das Gewinde nichts an der rein kraftschlüssigen Reibungsverbindung ändert.
7.2135
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebswelle der eingangs genannten Art zu entwickeln, die einfach herzustellen ist und eine sichere und dauerhafte Verbindung mit Kupplungselementen gewährleistet. 5
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an mindestens einem Ende des zylindrischen Bereiches ein hohles Verbindungsteil anschließt, bei dem zumindest der Innenquerschnitt poligonal oder annähernd elliptisch ist.
Über die annähernd elliptische oder poligonale Querschnittsf 1 ä.che erfolgt ausschließlich eine formschlüssige Verbindung zwischen der Welle und einem Kupplungselement.
!5 Dieses gewährleistet eine sichere übertragung^der Torsionskräfte, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung durch eine Lockerung eines Klebstoffes oder dergleichen besteht, wie bei der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Außerdem sind hier keine weiteren Befestigungs-
2^ mittel sowie Schrauben oder ähnlichem notwendig, deren DurchfÜhrungsbohrungen eine Schwächung der Stabilität der Wellenenden darstellen wurden.
Eine derartige Welle läßt sich außerdem fertigungstechnisch sehr einfach und aus dem gewünschten Material herstellen, wobei der zylindrische Bereich hohl oder massiv ausgebildet sein kann. Aufgrund der einfachen, wenig Bauteile bedürfenden Kupplung und der freien Materialwahl eignet sich die erfindungsgemäße·WeI1e insbesondere für die Luft- und Raumfahrttechnik.
7.2135
Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann der zylindrische Bereich sich an mindestens einem Ende über einen annähernd kegeligen Übergangsteil auf den hohlen Verbindungsteil erweitern.
5
Die sich erweiternde Querschnittsform begünstigt die konstruktive und fertigungstechnische Ausbildung des Kraft-.einl eitungsbereiches hinsichtlich mechanischer (statisch, dynamisch) Festigkeit oder ausreichender Biegesteifigkeit zur Vermeidung von Wellenvibrationen.
Außerdem schafft die Erweiterung Raum, der einen Zugang zum Innenbereich des Verbindungsteiles für Montagezwecke zuläßt. Hierzu können im entsprechend verstärkten 1^ Obergangsteil Durchgangslöcher vorgesehen werden.
Für die Herstellung der Welle eignet, sich insbesondere ein faserverstärkter, vorzugsweise kohlenstqffaserverstärkter Kunststoff. Die Welle läßt sich dabei vorteilhaft in einem Stück wickeln, wobei· gegebenenfal 1s zusätzlich zu den Fasern Gewebestreifen in den Endbereichen der Welle als zusätzliche Verstärkung aufgebracht werden können. In diesem Fall hat der ringförmige Querschnitt des Verbindungsteiles sowohl innen als auch außen
2^ die gleiche poligonale Form.
Um einen Schutz gegen äußere mechanische Beanspruchung zu gewährleisten, ist es ferner vorgesehen, daß die Außenseite und gegebenenfalls die Innenseite der Welle
mit einer Glas- oder Aramidfaserlage dünn umgeben ist.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Schutzfaserlage für die Welleinnenseite vor dem Wickeln des lasttragenden Rohres und die äußeren Lagen nach dem Rohrwickeln aufgebracht werden. Hierdurch wird eine kontrollierte Verdichtung 35
des Rohrlaminates erzielt.
7.2135
23.07.1982
Gemäß einer fertigungstechnisch sehr einfachen Ausgestaltung ist im Hohlraum des Verbindungsteiles ein Anschlußflansch eingeklebt. Bei Wellen aus faserverstärktem Material kann der Anschlußflansch bewickelt und damit direkt mit der Welle verbunden werden.
Durch die Wellengeometrie in Verbindung mit einer Welle und einem Anschlußflansch aus Kunststoff ist eine Welle geschaffen, bei der mit minimal möglicher Masse eine hinsichtlich der zu übertragenden Leistung und/oder der zwischen Punkten erforderlichen Drehsteifigkeit garantiert ist. Mit der Klebverbindung zwischen dem Anschlußflansch und der Hohlwelle können auch Kräfte in begrenzter Höhe in Richtung der Wellenachse übertragen werden. Der Anschlußflansch kann aus Metall hergestelltsein.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Antriebswelle 10, bestehend aus einem mittleren zylindrischen Bereich 11, dessen Enden jeweils über einen kegeligen Übergangsteil 12 in einen hohlelliptischen Verbindungsteil 13 übergehen. Der Querschnitt des Verbindungsteiles kann jede nicht kreissymmetrische Form annehmen, wie beispielsweise ein Viereck, Rechteck, Vieleck. In Fig. 2 ist ein Verbindungsteil 13' gezeigt, das innen einen achteckigen Querschnitt hat und sich direkt
an den zylindrischen Bereich 11' anschließt. 30
Die Welle 10 ist aus Faserverbundwerkstoff hergestellt. Die Hohlwelle 10 wird dabei in einem Stück auf einem zerlegbaren, nicht dargestellten Dorn gewickelt, wobei
an den Endbereichen 12 bzw. 13 zur Verstärkung zusätzlich 35
Fasermatten- oder gewebe eingelegt sein können. Als Fasern sind Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern geeignet.
7.2135
23.07.1982

Claims (1)

  1. gü/sd
    M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesell schaft
    München, 23. Juli 1982
    Patentansprüche
    1. Torsionswelle bestehend aus einem mindestens teilweise hohlen Körper, '.,It einem zylindrischen Bereich, dadureK gekennzeichnet, daß
    sich an mindestens einem Ende des zylindrischen Bereiches (11) ein hohles Verbindungsteil (13) anschließt, bei dem iumindest der Innenquerschnitt
    poligonartig oder annähernd oval ist. 20
    2. Welle nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bereich (11) an mindestens ■ einem Ende sich über einem annähernd kegeligen Übergangsteil (12) auf den Verbindungsteil (13) erweitert.
    3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) aus Faserverbundwerkstoff besteht.
    4. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bereich (11) zusammen mit den Endteilen (12 bzw. 13) aus mehreren
    in einem Arbei': ~tjang gewickelten Faserlagen besteht.
    7.2135
    -z-
    5. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) auf der Außenseite und gegebenenfalls auf der Innenseite mit einer Glasfaser- oder Aramidfaserlage umgeben ist.
    6. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (12, 13) der Welle (10) zwischen den gewickelten Faserlagen Fasermatten oder -gewebe aufweist.
    7. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum des Verbindungsteiles (13) ein Anschlußflansch (14) eingeklebt oder bewickelt ist.
    7.2135 23.07.1982
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