DE3503194A1

DE3503194A1 - Wellenverbindung

Info

Publication number: DE3503194A1
Application number: DE19853503194
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 5200 Siegburg Hoffmann; Werner Dipl.-Ing. Krude
Original assignee: Uni Cardan AG
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1985-01-31
Filing date: 1985-01-31
Publication date: 1986-08-14
Also published as: IT1186998B; GB2170575A; ES290514Y; JPS61184221A; FR2576986A1; GB2170575B; GB8601374D0; DE3503194C2; IT8505257A0; US4747806A; IT8505257A1; IT8507146V0; FR2576986B1; JPH0554567B2; ES290514U

Description

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WELLENVERBINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Verbindung, insbesondere lösbare Verbindung, zweier wellen- oder rohrförmiger Körper unterschiedlichen Werkstoffs, so etwa glas- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff einerseits und Stahl andererseits, mittels Spannelementen, Flanschen, Schrauben oder dgl.

Gleichermaßen aus Gewichtsersparnis-, Schwingungs- und Geräuschdämpfungsgründen, damit aber auch aus Gründen der Kraftstoffersparnis, besteht in der Kraftfahrzeugtechnik die Forderung, einerseits möglichst leichte, schwingungs- und geräuscharme Verbindungswellen zu verwenden, um andererseits die motorische Antriebskraft über ein Differential sicher auf die Hinterräder zu übertragen.

Die zu diesem Zweck üblicherweise zur Anwendung gelangenden Längswellen bestehen aus Stahl-Vollmaterial oder aber aus Stahlrohren. Derartige Wellen vermögen bei entsprechender

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Dimensionierung zwar ohne weiteres das Drehmoment vom Motor auf die Hinterräder zu übertragen. Sie weisen indes ein relativ hohes Eigengewicht auf und fungieren zudem in bestimmten Betriebszuständen vielfach als Schwingungsresonatoren und Geräuscherzeuger .

Um diesen oder ähnlichen Unzulänglichkeiten zu begegnen, ist es bekannt, einstückige Längswellen aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen und zu benutzen. Wiewohl solche Wellen zwar im Gewicht gegenüber Stahlwellen spezifisch leichter sind und sich in bestimmtem Umfang auch schwingungsdämpfend sowie geräuschvermindernd auswirken, finden derartige Wellen bei der Übertragung hoher Drehmomente ihre natürlichen Grenzen.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine einfache und zudem lösbare Verbindung zwischen einer aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Welle mit einer Stahlwelle zu schaffen, durch die die Einleitung und Übertragung auch hoher Drehmomente gewährleistet wird. Die Stahlwelle kann dabei, nicht zuletzt unter Berücksichtigung von konstruktions- und raumspezifischen Gründen, aus Volloder aber auch aus Rohrmaterial bestehen.

Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß

der an dem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr einstückig angeformte Flansch unter einem Winkel definierter Größe zur Längsachse des rohrförmigen Körpers angeordnet ist, wobei

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zwischen dem Flanschwinkel ß und dem WickelwinkeloC der Fasern die Beziehungß^tC besteht, die ein Wickeln des Flansches auf einer geodätischen Linie und damit rutschfrei bewirkt,

an dem aus Stahl oder dgl. bestehenden und die Krafteinleitung bewirkenden Gegenkörper, etwa einem Rohr, einstückig ein mit einem Zentrierkonus versehener Flansch angeordnet ist, dessen Schrägungswinkel mit dem Winkel des an dem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr angeformten Flansch korrespondiert.

In sinnvoller und sich vor allem beim Wickeln des Flansches günstig auswirkender Ausgestaltung schlägt die Erfindung weiter vor, daß sich der Flansch des aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohres radial nach außen verjüngt.

Ebenfalls weitere Ausgestaltung erfährt der die vorliegende Erfindung tragende Gedanke auch dadurch, daß der Flansch des Gegenkörpers, etwa des Stahlrohres, an seiner dem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr zugekehrten Seite mit einem zylinderförmigen, dem Zentrieren beider Körper dienenden Ansatz versehen ist.

Besonderer Wert ist zudem der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung bei einer Längswelle für Kraftfahrzeuge zusammen mit einem Stützlager zuzumessen. Hier sieht die Erfindung vor, daß in einem festen oder in Axialrichtung der Wellenverbindung variablen Zwischenraum auf der jeweils den aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Flanschen abgekehrten Seite ein an sich bekanntes Stützlager angeordnet ist.

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In weiterer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens sieht die Erfindung vor, daß der Zwischenraum konstanter Größe mittels einer unlösbaren Verbindung, etwa Schweißen, Pressen oder dgl., der jeweils mit den Stahlflanschen eine Baueinheit bildenden Körper hergestellt ist.

Alternativ hierzu läßt sich nach einem anderen Erfindungsmerkmal der Zwischenraum variabler Größe auch mittels einer lösbaren Verbindung herstellen, die im wesentlichen aus teleskopartig ineinander verschiebbaren, zueinander korrespondierende Längsverzahnungen tragenden und an ihren jeweils dem Stützlager abgekehrten Seiten Stahlflanschen aufweisenden Körpern bestehen.

Mit der vorliegenden Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher, deren wesentlichster darin besteht, daß die Verbindung in vollem Umfang insbesondere den Erfordernissen der Kraftfahrzeug - Antriebstechnik dergestalt gerecht wird, daß mit ihr einerseits auch hohe Drehmomente übertragen werden können und andererseits Schwingungen und/oder Geräusche unerwünschter Größe vermieden werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht zudem in der leichten Lös- bzw. Trennbarkeit der Verbindung. Dieser Vorteil ist vor allem hinsichtlich Wartungs-, Reparatur- und Austauschfreundlichkeit von Belang. Darüber hinaus ist durch die besondere konstruktive Ausbildung der zueinander korrespondierenden Flansche Vorsorge getroffen, daß sich diese gegeneinander selbsttätig zentrieren, so daß Unwuchten von vorn herein vermieden bleiben. Unter entsprechender Berücksichtigung des Flanschwinkels /3 in seiner Beziehung zum Wickelwinkel oC ist zudem ein leichtes, schnelles und damit auch unkompliziertes Wickeln des aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Verbindungsteiles unter Einschluß des daran vorgesehenen einstückigen Flansches gewährleistet. Dies wiederum führt zu einer optimalen Aus-

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nutzung der dem faserverstärktem Kunststoff innewohnenden Eigenschaften.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs- sowie eines Verwendungsbeispiele(s) dargestellt.

Dabei zeigt:

Fig. 1 die Verbindung einer aus faserverstärk

tem Kunststoff bestehenden rohrförmigen Welle mit einem korrespondierend ausgebildeten Gegenkörper, etwa einer Stahlwelle, unter Angabe des Flansch-Schrägungswinkels sowie des Wickelwinkels,

Fig. 2 eine Verbindung entsprechend Fig. 1 mit

symbolischer Darstellung des sich radial nach außen verjüngenden Flansches der aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohrwelle,

Fig. 3 eine Verbindung entsprechend Fig. 1, je

doch mit parallel zur Rohrlängsachse angeordneten Befestigungsschrauben,

Fig. H eine Verbindung entsprechend Fig. 1, je

doch mit einem in die aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Rohrwelle eingreifenden, am Flansch des Gegenkörpers, etwa einer Stahlwelle, angeordneten Zentrieransatz,

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Pig. 5 eine Verbindung entsprechend Fig. 1, je

doch mit senkrecht zur Rohrlängsachse angeordneten Befestigungsschrauben, und schließlich

Fig. 6 die Verwendung zweier Verbindungen ähn

lich Fig. 1 bei einer Längswelle für Kraftfahrzeuge zusammen mit einem Stützlager.

In Fig. 1 ist eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Rohrwelle 1 mit einem Flansch 1a versehen. Dessen Schräge zur Längsachse der Rohrwelle 1 ist durch den Winkel β gekennzeichnet. Zwischen diesem Winkel β und dem Wickelwinkelo6 der Fasern besteht die Beziehung/^ 2fr 06 > ^um das Wickeln des Flansches 1a auf einer geodätischen Linie und damit rutschfrei bewirken zu können. Rohrwelle 1 und Flansch 1a sind ebenso einstückig ausgebildet wie der aus Stahl oder dgl. bestehende Gegenkörper, beispielsweise eine Rohrwelle 2, mit ihrem Flansch 2a. Die zum Winkel /3 des Flansches 1 korrespondierende Schräge bzw. der mit dieser sich ergebende Konus wirkt gegenüber dem Flansch 1a selbstzentrierend. Das Verbinden der beiden Flansche 1a, 2a erfolgt in an sich bekannter Weise mittels einer Anzahl umfangsverteilter Schrauben 3 und Scheiben 4; die im vorliegenden Beispiel rechtwinklig zum Flansch- Schrägungswinkel /3 angeordneten Schrauben 3 sind in ebenso angeordneten Gewinden 2b des Flansches 2a befestigt.

Die Verbindung nach Fig. 2 ist unter Einschluß der Bezugszeichen mit der der Fig. 1 identisch; die Fig. 2 läßt über das in Fig. 1 Gezeigte hinaus jedoch erkennen, daß der Flansch 1a

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sich - strichpunktiert gezeichnet und mit 1b bezeichnet - radial nach außen hin verjüngt, was ein leichteres Wickeln im Gefolge hat.

Die Ausführungsform der in Fig. 3 dargestellten Verbindung entspricht konzeptionell ebenfalls derjenigen nach Fig. 1. Die Verbindung der beiden Flansche 1a, 2a erfolgt indes mittels einer Reihe umfangsverteilter Schrauben 3 und Muttern 5, deren Achsen parallel zur Längsachse der Körper 1,2, etwa Rohrwellen, verlaufen.

In Abweichung von der Ausführungsform nach Fig. 1 ist in Fig. 4 der Flansch 2a des Körpers 2, hier in Gestalt einer Rohrwelle mit einem zylinderförmigen, dem weiteren Zentrieren beider Körper 1, 2 dienenden Ansatz 2c versehen. Im Bedarfsfalle läßt sich der äußere umfang dieses Ansatzes mit einer Rändelung oder dgl. versehen, um eine noch innigere Verbindung zwischen den beiden Körpern 1, 2 zu bewerkstelligen.

Die Ausbildung nach Fig. 5 entspricht konzeptionell ebenfalls der in Fig. 1 dargestellten. Jedoch sind beim Lösungsvorschlag nach Fig. 5 die umfangsverteilten Verbindungsschrauben 3 senkrecht zur Längsachse der Körper 1, 2 in den Flansch 2a eingeschraubt. Zum Angleichen an die Schräge des Flansches 1a der Rohrwelle 1 ist, um die Schrauben 3 senkrecht zur Längsachse der Rohrwelle 1 einschrauben zu können, ein ggf. geteilter Ring 6 vorgesehen, dessen dem Flansch 1a zugekehrte Ringfläche denselben Neigungswinkel β aufweist wie der Flansch selbst.

Bei dem Lösungsvorschlag nach Fig. 6 sind - entsprechend der schon vorbeschriebenen Bauweise - zwei zueinander spiegelbildliche Verbindungsanordnungen dargestellt. Hierbei ist der

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mit einer entsprechenden Passung versehene und im Durchmesser kleinere Körper 2d in den im Durchmesser entsprechend größeren Körper 1 eingeschoben, so daß beide Teile unlösbar verbunden werden können, etwa durch Schweißen, Pressen oder dgl. Der Mantel des Körpers 2 dient dabei zugleich als Aufnahme
für ein an sich bekanntes Stützlager 7. Anstelle einer unlösbaren Verbindung der Körper 1, 2c nach Fig. 4 kann ebenso
auch eine solche lösbarer Art Anwendung finden. Das Verbinden erfolgt dann nach Art einer teleskopartig verschiebbaren
Längsverzahnung (nicht dargestellt).

Unter Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung lassen sich
selbstverständlich Verbindungen auch auf andere Art und Weise als Schrauben-/Mutter-Verbindungen herstellen. So lassen sich beispielsweise die beiden Hälften der Verbindung ohne weiteres mittels eines ihnen gemeinsamen Überwurfringes, Mutter
oder dgl. zusammenfügen. Hieraus ergibt sich im übrigen der
weitere Vorteil, daß insbesondere der faserverstärkte Flansch keinen mechanischen Beschädigungen ausgesetzt ist.

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BEZÜGSZEICHENLISTE

1	Körper, etwa Rohrwelle
1a	Flansch
1b	Flanschverjüngung
2	Körper, etwa Rohrwelle
2a	Flansch
2b	Gewindebohrung
2c	zylinderformiger Ansatz
2d	Körper, etwa Rohrwelle
3	Schraube
U	Scheibe
5	Mutter
6	Ring, ggf. geteilt
6a	Ringfläche
7	Stützlager

- Leerseite

Claims

Uni-Cardan Aktiengesellschaft 30. Januar 1985 Alte Lohmarer Str. 59 Hn/He Siegburg U0117.000 PATENTANSPRÜCHE

1. Verbindung, insbesondere lösbare Verbindung, zweier wellen- oder rohrförmiger Körper unterschiedlichen Werkstoffs, etwa glas- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff einerseits und Stahl andererseits, mittels Spannelementen, Flanschen, Schrauben oder dgl., t

dadurch gekennzeichnet, daß *

der an dem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr (1) einstückig angeformte Flansch (1a) unter einem Winkel P definierter Größe zur Längsachse des rohrförmigen Körpers (1) angeordnet ist, wobei

zwischen dem Flanschwinkel /3 und dem Wickelwinkel o£ der Fasern die Beziehung/JaeCbesteht, die ein Wickeln des Flansches (1a) auf einer geodätischen Linie und damit rutschfrei bewirkt,

an dem aus Stahl od. dgl. bestehenden und die Krafteinleitung bewirkenden Gegenkörper, etwa ein Rohr (2) einstückig ein mit einem Zentrierkonus versehener Flansch (2a) angeordnet ist, dessen Schrägungswinkel

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mit dem Winkel {3 des an dem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr (1) angeformten Flansch (1a) korrespondiert.

Verbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Flansch (1a) des aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohres (1) radial nach außen verjüngt (1b).

Verbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Flansch (2a) des Gegenkörpers, etwa des Stahlrohres (2), an seiner dem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr (1) zugekehrten Seite mit einem zylinderförmigen, dem Zentrieren beider Körper (1, 2) dienenden Ansatz (2c) versehen ist.

k. Verwendung einer Verbindung nach den Ansprüchen 1 und 2 bei einer Längswelle für Kraftfahrzeuge zusammen mit einem Stützlager,
dadurch gekennzeichnet,

daß in einem festen oder in Axialrichtung der Wellenverbindung variablen Zwischenraum auf der jeweils den aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Flansches (1) abgekehrten Seite ein an sich bekanntes Stützlager (7) angeordnet ist.

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Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zwischenraum konstanter Größe mittels einer unlösbaren Verbindung, etwa Schweißen, Pressen od. dgl., der jeweils mit den Stahlflanschen (1, 2d) eine Baueinheit bildenden Körper (1, 2) hergestellt ist.

Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zwischenraum variabler Größe mittels einer lösbaren Verbindung hergestellt ist, die im wesentlichen aus teleskopartig ineinander verschiebbaren, zueinander korrespondierende Längsverzahnungen tragenden und an ihrer jeweils dem Stützlager (7) abgekehrten Seiten Stahlflanschen (2a) aufweisenden Körpern (2, 2d) bestehen.