DE3503194C2

DE3503194C2 - Wellenverbindung

Info

Publication number: DE3503194C2
Application number: DE3503194A
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: 1987-02-19
Also published as: IT8507146V0; IT1186998B; FR2576986B1; GB2170575A; IT8505257A1; JPS61184221A; FR2576986A1; IT8505257A0; ES290514Y; US4747806A; GB2170575B; GB8601374D0; ES290514U; DE3503194A1; JPH0554567B2

Abstract

Es wird eine Rohrverbindung aus unterschiedlichen Werkstoffen, etwa aus faserverstärktem Kunststoff, einerseits und Stahl o. dgl. andererseits, angegeben, wobei der Flansch des aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Körpers einstückig unter einem Winkel β angeformt ist. Der Winkel β steht dabei mit dem Wickelwinkel α in der Beziehung β &lE; α. Der Flansch des korrespondierenden Gegenkörpers, etwa eines Stahlrohres, ist zum Zwecke der Zentrierung mit dem faserverstärkten Körper und dessen Flansch mit einer Konusfläche versehen; das Verbinden beider Körper erfolgt in der Regel in konventioneller Weise mittels Schrauben und ggf. Muttern. Die Erfindung gibt ferner Verwendungsbeispiele für eine solche Rohrverbindung an, wobei die teleskopartig ineinandergeschobenen Körper, etwa Stahlrohre, zugleich der Aufnahme eines an sich bekannten Stützlagers dienen. Die teleskopartig ineinandergeschobenen Körper können dabei entweder unlösbar miteinander verbunden sein oder aber Längsverzahnungen aufweisen, die eine axiale Verschiebbarkeit der Verbindung zulassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden rohrförmigen Körpers mit einem aus Stahl o. einem Material vergleichbarer Dichte bestehenden zweiten Rohr, wobei jedes der beiden Rohre einen Flansch aufweist, mit dem sie ineinander gefügt sind, und wobei die sich in Achsrichtung überlappenden Flansche konisch ausgebildet sind.
Aus Gründen der Gewichtsersparnis wie auch aus Schwingungs- und Geräuschdämpfungsgründen, damit zugleich aber auch aus Gründen der Kraftstoffersparnis, besteht in der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik 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.
Um den vorstehend genannten Forderungen Rechnung zu tragen, wurde in der DE-OS 27 28 306 bereits eine Verbindung zwischen einer rohrkörperförmigen Welle und einem Bauteil eines Universaldrehgelenks vorgeschlagen. Bei dieser Verbindung ist wenigstens die Welle aus einem Werkstoff hergestellt, der eine beträchtliche niedrigere Dichte als eisenhaltige Werkstoffe hat, aus denen ein solches Bauteil normalerweise hergestellt ist. Die beiden Bauteile nach diesem Lösungsvorschlag weisen eng axial ineinandergreifende Endstücke auf, die wenigstens an Abschnitten ihrer einander benachbarten, axial sich überlappenden und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Flächen miteinander verbunden sind.
Nachteilig erweist sich bei diesem Vorschlag, daß die Verbindung unlösbar ist und deshalb sowohl bei der Montage als auch bei der Wartung Probleme aufwirft, die einer einfachen Handhabungsweise entgegenstehen.
In der US-PS 36 61 670 wurde ferner ein Verfahren vorgeschlagen, um Fiberglasrohre mit einem schraubenförmig gewikkelten Faserverbund zu versehen. Fig. 5 dieser Druckschrift zeigt dabei eine Vorrichtung, um derartige Rohre herzustellen. Nachteilig wirkt sich bei dieser Vorrichtung aus, daß sie lediglich das Wickeln zylindrischer Rohre zuläßt; das Wickeln von Rohren, deren Enden etwa flanschähnliche Konfigurationen aufweisen, ist mit der dargestellten Vorrichtung jedoch nicht möglich.
Demgegenüber soll mit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gelöst werden, unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung von Montage- und Wartungsproblemen eine einfache Verbindung zu schaffen, die einerseits das Einleiten und Übertragen auch hoher Drehmomente gestattet und andererseits die sich insbesondere aus der Anwendung faserverstärkten Kunststoffs ergebenden günstigen Eigenschaften hinsichtlich Schwingungs- und/oder Geräuschverminderung gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß

(a) die beiden sich überlappenden konischen Flansche als lösbare Flanschverbindung ausgebildet sind, und
(b) der Flanschwinkel [β] gleich oder kleiner als der Wickelwinkel [α] der Fasern des einen Rohres in bezug auf die Längsachse der Verbindung ist.

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 vornherein vermieden bleiben. Unter entsprechender Berücksichtigung des Flanschwinkels in seiner Beziehung zum Wickelwinkel [α] 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 Ausnutzung der dem faserverstärkten Kunststoff innewohnenden Eigenschaften.
In sinnvoller Ergänzung dieses die vorliegende Erfindung tragenden Gedankens ist nach einem anderen wesentlichen Erfindungsmerkmal vorgesehen, daß sich die Wandstärke des Flansches des faserverstärkten Rohres radial nach außen verjüngt. Hierdurch wird zum einen ein einfacheres Wickeln der Glas- oder Kohlefaser gewährleistet und zum anderen Gewicht eingespart.
Ein weiteres wesentliches Erfindungsmerkmal besteht schließlich auch darin, daß der Flansch des Stahl- od. dgl. Rohres an seiner dem anderen Rohr zugekehrten Seite mit einem zylinderförmigen, dem Zentrieren beider Rohre dienenden Ansatz versehen ist. Mit einer derartigen Ausbildung geht der Vorteil leichterer Montage einher, weil der zylindrische Ansatz ein erstes Zentrieren mit dem gegenüberliegenden Rohr und zudem ein leichteres Verschrauben der beiden Flansche gestattet.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 1 die Verbindung einer aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden rohrförmigen Welle mit einem korrespondierenden ausgebildeten Gegenkörper, etwa einer Stahlwelle, unter Angabe des Flansch-Schrägungwinkels sowie das 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, jedoch mit parallel zur Rohrlängsachse angeordneten Befestigungsschrauben,
Fig. 4 eine Verbindung entsprechend Fig. 1, jedoch mit einem in die aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Rohrwelle eingreifenden, am Flansch des Gegenkörpers, etwa einer Stahlwelle, angeordneten Zentrieransatz,
Fig. 5 eine Verbindung entsprechend Fig. 1, jedoch mit senkrecht zur Rohrlängsachse angeordneten Befestigungsschrauben.
In Fig. 1 ist eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Rohrwelle 1 mit einem Flansch 1 a versehen. Dessen Schräge zur Längsachse der Rohrwelle 1 ist durch den Winkel β gekennzeichnet. Zwischen diesem Winkel β und dem Wickelwinkel α der Fasern besteht die Beziehung β ≤α, um das Wickeln des Flansches 1a auf einer geodätischen Linie und damit rutschfrei bewirken zu können. Rohrwelle 1 und Flansch 1 a sind ebenso einstückig ausgebildet wie der aus Stahl od. dgl. bestehende Gegenkörper, beispielsweise eine Rohrwelle 2, mit ihrem Flansch 2 a. Die zum Winkel β des Flansches 1 korrespondierende Schräge bzw. der mit dieser sich ergebende Konus wirkt gegenüber dem Flansch 1 a selbstzentrierend. Das Verbinden der beiden Flansche 1 a, 2 a erfolgt in an sich bekannter Weise mittels einer Anzahl umfangsverteilter Schrauben 3 und Scheiben 4; die im vorliegenden Beispiel rechtwinklig zum Flansch-Schrägungswinkel β angeordneten Schrauben 3 sind in ebenso angeordneten Gewinden 2 b des Flansches 2 a 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 1 asich - strichpunktiert gezeichnet und mit 1 b 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 1 a, 2 a 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 2 a des Körpers 2, hier in Gestalt einer Rohrwelle mit einem zylinderförmigen, dem weiteren Zentrieren beider Körper 1, 2 dienenden Ansatz 2 c 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 2 a eingeschraubt. Zum Angleichen an die Schräge des Flansches 1 a 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 1 a zugekehrte Ringfläche denselben Neigungswinkel β aufweist wie der Flansch selbst.
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 oder einer Mutter zusammenfügen. Hieraus ergibt sich im übrigen der weitere Vorteil, daß insbesondere der faserverstärkte Flansch keinen mechanischen Beschädigungen ausgesetzt ist.

Claims

1. Verbindung eines aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden rohrförmigen Körpers mit einem aus Stahl o. einem Material vergleichbarer Dichte bestehenden zweiten Rohr, wobei jedes der beiden Rohre einen Flansch aufweist, mit dem sie ineinander gefügt sind, und wobei die sich in Achsrichtung überlappenden Flansche konisch ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die beiden sich überlappenden Flansche (1 a, 2 a) als lösbare Flanschverbindung ausgebildet sind, und

(b) der Flanschwinkel [β] gleich oder kleiner als der Wickelwinkel [α] der Fasern des einen Rohres (1) in bezug auf die Längsachse der Verbindung ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wandstärke des Flansches (1 a) des Rohres (1) radial nach außen verjüngt (1 b).

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (2 a) des Rohres (2) an seiner dem Rohr (1) zugekehrten Seite mit einem zylinderförmigen, dem Zentrieren beider Rohre (1, 2) dienenden Ansatz (2 c) versehen ist.