DE3616491A1

DE3616491A1 - Faserverstaerktes harzmatrix-verbundbauteil und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number: DE3616491A1
Application number: DE19863616491
Authority: DE
Inventors: Evan A. Fairfield Conn. Fradenburgh; David G. Stratford Conn. Matuska
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1985-05-16
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1986-11-20
Also published as: GB2175273B; GB2175273A; IT1189127B; FR2582283B1; FR2582283A1; US4666753A; JPS61268433A; JPH0661878B2; IT8620442A0; GB8610816D0; IT8620442A1

Description

Faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil und Verfahren zu

dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil insbesondere ein Verbundmembranbauteil, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Um Energie von einem Turbinenmotor, einem konventionellen Brennkraftmotor, einem Elektromotor oder irgendeiner krafterzeugenden Vorrichtung auf eine Maschine zu deren Antrieb zu übertragen, ist es üblicherweise notwendig, die krafterzeugende Vorrichtung mit der Maschine durch irgendeine Art von Kupplung zu verbinden. Diese Vorrichtungen übertragen die Kraft üblicherweise durch eine sich drehende Welle, wobei diese Kraftabgabe normalerweise als Drehmoment bezeichnet. Die Kraftkupplungseinrichtung ist ein kritisches Bauteil, weil ihr Ausfall normalerweise zur Abschaltung der Maschine führt.

Wenn eine krafterzeugende Vorrichtung, die eine hohe Leistung hat (z.B. ein Elektromotor mit 746 KW (1 000 H.P.)) mit einer Maschine gekuppelt ist, die eine Welle mit einer hohen Drehgeschwindigkeit hat (z.B. eine Zentrifugalpumpe), ist es wesentlich, daß die Wellen der Vorrichtungen so nah wie möglich zueinander ausgerichtet sind. Ein Nicht-Fluchten führt zu einer Anzahl von Problemen, wie ungünstige Schwingungspegel, vorzeitiger Lagerausfall, struktureller Schaden, Überhitzung, übermäßiger Lärm und eine hohe Abnutzungs- und Ausfallrate der Kupplung. Obgleich es theoretisch möglich ist, die Wellen der krafterzeugenden-Vorrichtung und der Maschine perfekt zueinander auszurichten, gibt es praktische Beschränkungen, die in der Meßausrüstung, der Ausrüstungsanordnung, ungünstigen ümgebungsfaktoren unterschiedlichen War-

medehngeschwindigkeiten während des Betriebes usw. liegen. Außerdem kann die Konstruktion ein bestimmtes Maß an Gelenkigkeit fordern. Es gibt vorbekannte Kupplungen, die eine leichte Wellenversetzung für Fälle mit hohem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit zulassen, die Größe der Versetzung oder des Nicht-Fluchtens beträgt normalerweise ungefähr 1/2° oder auch weniger, und diese Kupplungen haben dann typischerweise eine Metallkonstruktion und sind sehr schwer. Die Hauptbeschränkung der vorbekannten Kraftkupplungen besteht darin, daß die Konstruktionswerkstoffe kein hohes Drehmoment und keine hohe Drehgeschwindigkeit bei einer großen Wellenversetzung bis zu ungefähr 10° über ein breites Temperaturspektrum zulassen. Eine solche Kraftkupplung muß als Drehmoment übertragendes oder treibendes Mittel wirken, und sie muß auch biegsam sein, um eine elastische Verformung zur Kompensation der Versetzung oder des Nichtfluchtens zu gestatten.

Die Kraftkupplungseinrichtung ist besonders bei Drehflügelflugzeugen oder Hubschraubern kritisch. Die Kraftkupplungseinrichtung, die bei Hubschraubern dazu verwendet wird, das Drehmoment von der Kraftwelle zu den Hubschrauberblättern zu übertragen, wird üblicherweise als Drehnabe bezeichnet. Die vorbekannten Drehnaben sind komplizierte Metallvorrichtungen. Die Nachteile dieser Drehnaben aus Metall sind verschiedene wie Gewicht, Ermüdungsbruch, sehr hoher Wartungsaufwand und hohe Kosten.

Auf diesem Gebiet wird laufend danach gesucht, Flugzeugteile aus Metall durch im Gewicht leichte, hochfeste, gegen Ermüdung widerstandsfähige Verbundbauteile zu ersetzen. Ein Beispiel für eine kardanische Rotornabe eines Hubschraubers, bei der Verbundwerkstoffe verwendet werden, ist in der US-PS 4 323 332 enthalten.

Die Ausschaltung von konventionellen Rollenlagern und Kugellagern in der Rotornabe eines Hubschraubers wird bei einer kardanischen Verbund-Rotornabe durch die Verwendung von Verbundwerkstoffen im Blatt und in der Nabe erzielt, die sich Biegen und Drehen können, um Blattanstellungs-, Schlag- und Schwenkbewegungen aufzunehmen. Die Rotornabe hält die Blätter gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft fest und überträgt die Auftriebskraft von den Blättern auf die Welle und die Zelle des Hubschraubers. Da die Rotornabe um die Zentralachse der Welle bei einer Verbundnabenkonstruktion kippen sollte, muß eine kippbare Einrichtung zum Übertragen des Drehmoments von der Welle auf die Rotorblätter bereitgestellt werden. Der Drehmomentantriebsaufbau muß steif genug sein, um das Drehmoment direkt von der Welle auf die Hubschrauberblätter zu übertragen, muß aber auch genügend flexibel und biegbar sein, um als Feder zu wirken und sich um ungefähr 10° aus der Horizontalen während der Übertragung der Drehmomentenlast zu neigen. Die typische Kraftausgabe an einem Nabenaufbau beträgt über 746 KW (1 00.0 H.P.). Herkömmliche Werkstoffe haben nicht die erforderlichen Eigenschaften um gleichzeitig die Drehmomentantriebsfunktion und die Federfunktion ohne Materialbruch auszuführen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine flexible Verbund-Drehmomentübertragungseinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Drehmomentübertragungseinrichtung zu schaffen, welche die Schwierigkeiten der vorbekannten Einrichtungen überwindet.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles der Hauptansprüche gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil insbesondere zur Verwendung als Drehmo-

mentantriebsmembran in einer Drehflügelflugzeugnabe. Das Bauteil umfaßt eine kreisförmige Membran, die einen Rand hat, der einen nach innen gebogenen Flansch zur Befestigung aufweist, und die ein zentrales Loch zur Aufnahme einer Welle hat. Das Bauteil beinhaltet eine Harzmatrix, Verstärkungsfasern, die im wesentlichen tangential zu dem zentralen Loch in einem Mehrkreismuster gewickelt sind, um einen Membranabschnitt des Bauteiles und einen Rand mit einem nach innen gebogenen Flansch zu bilden, und Verstärkungsfasern, die im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt sind, um den Randabschnitt des Bauteiles zu verstärken und die gesamten Wärmeeigenschaften des Bauteiles auszugleichen. Das Bauteil wird mit ausreichender Faserspannung gewickelt und durch Formen mit ausreichender Wärme und ausreichendem Druck ausgehärtet. Der Membranabschnitt des Bauteiles bleibt im wesentlichen gleichmäßig eben, wenn er durch Temperaturänderungen eingeführten Spannungen ausgesetzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzmatrix-Verbundbauteiles insbesondere zur Verwendung als Drehmomentantriebsmembran in einer Drehflügelflugzeugnabe, wobei eine mit einem aushärtbaren Harz imprägnierte Faser unter ausreichender Faserspannung auf einen Kern im wesentlichen tangential zu einem zentralen Loch in einem Mehrkreismuster gewickelt wird, um eine Membran mit einem Rand und einen nach innen gebogenen Flansch zu bilden, und wobei mit Harz imprägnierte Fasern unter ausreichender Faserspannung im wesentlichen in ümfangsrichtung gewickelt werden, um den Randabschnitt des Bauteiles zu verstärken, wobei die Verstärkungsfasern mit den Tangentialfasern verschachtelt sein können, um das Bauteil zu bilden. Das Bauteil wird dann durch Formen bei ausreichender Wärme und ausreichendem Druck ausgehärtet. Der Membranabschnitt des Bauteiles bleibt im wesentlichen gleichmäßig eben, wenn sie durch Temperaturänderungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentantriebskupplung. Das Bauteil weist eine hohle Scheibe auf, die eine erste im wesentlichen ebene Membranseite und eine zweite im wesentlichen ebene Membranseite hat, wobei jede Membranseite ein zentrales Loch hat, das konzentrisch zu der Zentralachse der Scheibe für die Aufnahme einer Welle angeordnet ist. Jede Membranseite hat auch eine Befestigungseinrichtung, die zentral um das zentrale Loch herum angeordnet ist. Die Scheibe hat einen äußeren Rand, der die Membranseiten miteinander verbindet. Das Bauteil umfaßt eine Harzmatrix, eine Faser, die mit ausreichender Spannung im wesentlichen tangential zu den zentralen Löchern in einem Mehrkreismuster gewickelt ist, um die Scheibe zu bilden, und eine Faser, die mit ausreichender Spannung im wesentlichen in ümfangsrichtung gewickelt ist, um den äußeren Rand des Bauteiles zu verstärken und die gesamten Wärmeeigenschaften des Bauteiles auszugleichen. Das Bauteil wird durch Formen mit ausreichender Wärme.und ausreichendem Druck ausgehärtet, so daß die Membranabschnitte im wesentlichen gleichmäßig eben bleiben, wenn es durch Temperaturänderungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzmatrix-Verbundbauteiles insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentantriebskupplung. Bei dem Verfahren wird eine mit Harz imprägnierte Faser auf einen Kern im wesentlichen tangential zu einem zentralen Loch mit ausreichender Faserspannung in einem Mehrkreismuster gewickelt, um eine Scheibe zu bilden, die eine erste im wesentlichen ebene Membranseite und eine zweite im wesentlichen ebene Membranseite hat, wobei die Seheibe einen äußeren Rand hat, der die Membranseiten miteinander verbindet, wobei jede Membranseite ein zentrales Loch hat,

das konzentrisch zu der Zentralachse der Scheibe zum Aufnehmen einer Welle angeordnet ist, und eine Befestigungseinrichtung hat, die zentral um das zentrale Loch herum angeordnet ist, und werden mit Harz imprägnierte Verstärkungsfasern mit ausreichender Spannung im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt, um den Randabschnitt des Bauteiles zu verstärken, wobei die Verstärkungsfasern mit den Tahgentialfasern verschachtelt sein können, um das Bauteil zu bilden, wobei das Bauteil dann durch Formen bei ausreichender Wärme und ausreichendem Druck so ausgehärtet wird, daß die Membranseiten der Scheibe im wesentlichen gleichmäßig eben bleiben, wenn es durch Temperaturänderungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

Die kombinierten Wirkungen der Umfangsrandeigensöhaften und der Faservorspannung führen zu einem Membranteil mit wesentlich verbesserten Wärmeeigenschaften, wodurch die Neigung zur "ölkarinenerscheinuhg" ausgeschaltet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen W gezeigt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des fasergewickelten Drehmomentübertragungsbauteiles nach der Erfindung,

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Teilübersicht einer typischen Verbundhubschrauberrotornabenanordnung, die das Drehmomentantriebsbauteil nach der Erfindung beinhaltet,

Fig. 2b eine Seitenansicht eines Querschnittes der

Rotornabenanordnung,

Pig. 3 einen Teilquerschnitt des fasergewickelten

Drehmomentübertragungsbauteiles nach der Erfindung,

Fig. 4 ein typisches Wickelmuster für ein fasergewickeltes Drehmomentübertragungsbauteil nach der Erfindung,

Fig. 5 ein fakultatives 3-Kreiswickelmuster zur

Rian:dver Stärkung,

Fig. 6 ein fakultatives 4-Kreiswickelmuster zur

Randverstärkung,

Fig. 7 ein fakultatives Verstärkungsmuster für das

Bauteil nach der Erfindung,

Fig. 8 eine Kupplung welche das Drehmomentantriebsbauteil, nach der Erfindung benutzt, und

Fig. 9 eine Schnittansicht einer Kupplung, welche

das Drehmomentantriebsbauteil nach der Erfindung benutzt.

Die Fasern, die zur Herstellung der Drehmomentübertragungsbauteile nach der Erfindung verwendet werden, sind Fasern, die auf dem Gebiet der Herstellung von Verbundbauteilen bekannt sind. Beispiele dieser Fasern sind Polyaramidfasern, Graphitfasern, Glasfasern und Kombinationen daraus. Die Fasern haben typischerweise eine Zugfestigkeit von ungefähr 483 bis ungefähr 3 792 MPa (ungefähr 70 000 bis ungefähr 550 000 psi), vorzugsweise ungefähr 2 758 MPa (ungefähr 400 000 psi). Eine besonders bevorzugte synthetische Faser zur Ausführung der Erfindung ist eine Polyaramidfaser der Marke Kevlar 29 (eingetragenes Warenzeichen), die von DuPont Company, Wilmington,

Delaware hergestellt wird. Die Polyaramidfaser der Marke Kevlar 29 hat eine Zugfestigkeit von ungefähr 2 758 MPa {ungefähr 400 000 psi) und einen Elastizitätsmodul aus Zugversuch von 62 055 MPa (9 000 000 psi). Die Faser wird typischerweise in Form des im Handel erhältlichen vorgefertigten Stranges (roving) oder Bandes gekauft. Das Band weist typischerweise ungefähr 8 Stränge auf. Das zum Wickeln der Bauteile nach der Erfindung verwendete Band ist typischerweise ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) bis ungefähr 30,5 cm (12 Zoll), besser ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) bis ungefähr 15,24 cm (6 Zoll) und vorzugsweise ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) breit. Die bevorzugte Breite des beim Wickeln eines Bauteiles verwendeten Bandes hängt von der Größe des Bauteiles ab und ändert sich mit dieser. Die Dicke des Bandes beträgt typischerweise ungefähr 1,27 mm (0,050 Zoll) bis ungefähr 0,05 mm (0,002 Zoll), besser ungefähr 0,30 mm (0,012 Zoll) bis 0,15 mm (0,006 Zoll) und vorzugsweise ungefähr 0,15 mm (0,006 Zoll).

Vorzugsweise wird ein Polyaramidband verwendet, das mit Harz vorimprägniert wurde. Es kann jedoch auch'ein nicht-imprägniertes Band verwendet werden und das Harz anschließend während der Weiterverarbeitung einimprägniert werden.

Ein Bauteil nach der Erfindung, das Polyaramidfasern der Marke Kevlar und eine Harzmatrix aufweist hat einen durch Zugversuch in einer Richtung ermittelten Elastizitätsmodul von ungefähr 68 950 MPa (10 000 000 psi) bis ungefähr 82 MPa (12 000 000 psi) bei Raumtemperatur. Das Faser-Zug-Harz-Verhältnis eines Bauteiles nach der Erfindung, das aus Polyaramidfasern und einer Harzmatrix hergestellt wurde, beträgt ungefähr 55 bis ungefähr 65 Vo1.-%.

Graphitfasern können auch bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden. Graphitfasern haben im allgemeinen eine Zugfestigkeit von ungefähr 2 785 MPa (400 000 psi) bis ungefähr 4 137 MPa (600 000 psi). Der Durchmesser von typischerweise verwendeten Graphitfasern liegt in einem Bereich von ungefähr 0,0063 mm (0,00025") bis ungefähr 0,0076 mm (0,00030"). Graphitfasern werden wie Polyaramidfasern typischerweise in Form eines Stranges oder Bandes verwendet. Ein Strang (roving) umfaßt typischerweise ungefähr 12 000 Fasern. Es wird bevorzugt, einen Strang von Graphitfasern zu verwenden, die mit einem wärmeaushärtbaren Harz vorimprägniert sind, obwohl es möglich ist, nicht-imprägnierte Fasern zu kaufen und die Fasern mit der Harzmatrix vor den Wickelvorgängen zu imprägnieren. Eine bevorzugte Graphitfaser ist die Graphitfaser der Marke Celion (eingetragenes Warenzeichen) die von der Celanese Chemical Company, New York, NY hergestellt wird. Weitere Beispiele von Graphitfasern, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, sind die von der Union Carbide Corporation, New York, NY erhältliche Graphitfaser der Marke T-300 (eingetragenes Warenzeichen) und die von Hercules, Inc., Wilmington, Delaware erhältliche Graphitfaser der Marke AS-4 (eingetragenes Warenzeichen). Der Graphitfaserstrang oder das Graphitfaserband hat gewöhnlich eine Dicke von ungefähr 0,30 mm (0,012"), obgleich Dicken wie 0,152 mm (0,006") auch erhältlich sind. Das ausgehärtete Graphit- und Harzmatrixverbundbauteil sollte ungefähr 50 bis ungefähr 65 Vol.-% an Fasern enthalten. Ein Bauteil nach der Erfindung, das Graphitfasern und eine Harzmatrix aufweist, hat einen in einer Richtung durch Zugversuch ermittelten Elastizitätsmodul von ungefähr 124 110 MPa (18 000 000 psi) bis ungefähr 172 375 MPa (25 000 000 psi) bei Raumtemperatur.

Es kann auch ein Glasfaserwerkstoff bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden. Die bevorzugte Glasfaser ist

ein S-Typ oder Ε-Typ, der im Handel vorimprägniert mit Epoxyharz oder nichtimprägniert erhältlich ist. Vorimprägnierte Glasfasern sind in Form eines Faserstranges oder -bandes erhältlich, das Breiten von ungefähr 2,54 mm (0,1") bis ungefähr 25,4 mm (1,0") und Dicken von zwischen 1,52 mm (0,06") und ungefähr 0,31 mm (0,0125") hat. Die mögliche Dicke und Breite ist jeweils von der Größe und Belastung des Bauteiles abhängig. Das Bauteil nach der Erfindung hat, wenn es aus Glasfaser und einer Harzmatrix gebildet ist, einen Fasergehalt von ungefähr 45 bis 60 Vol.-%. Ein Bauteil nach der Erfindung, das Glasfasern und eine Harzmatrix aufweist, hat einen durch Zugversuch in einer Richtung ermittelten Elastizitätsmodul von ungefähr 34 475 MPa (5 000 000 psi) bis ungefähr 48 265 MPa (7 000 000 psi) bei Raumtemperatur.

Die Harzmatrix besteht aus einem wärmeaushärtbaren oder thermoplastischen Harz, das die synthetischen Fasern miteinander verkleben kann. Das Harz kann organisch oder anorganisch sein. Typische Harze, die zur Ausführung der Erfindung verwendet werden können, sind Epoxy, Polyester, Polyimid und andere bei hoher Temperatur vernetzte Polymerisate. Ein besonders bevorzugtes Harz ist das American Cyanamid-Epoxyharz Nr. 1806, von der American Cyanamid Co.,Wayne, NJ. Dieses Harz ist hochbeanspruchbar. Beispiele von im Handel erhältlichen Harzen sind das Epoxyharz Nr. 35101-B der Hercules, Inc., Wilmington, Delaware, das Epoxyharz Nr. 5143 und das Epoxyharz Nr. 1806 der American Cyanamid Co., Wayne, N.J., das Polyimidharz Nr. E-7178 der U.S. Polyimide Co. und das Harz Nr. E-746 der U.S. Prolam Corporation. Das Band oder der Strang kann, wie zuvor erwähnt, entweder vorimprägniert mit Harz verwendet werden,oder das Band oder der Strang kann mit Harz während des Wickelvorganges durch bekannte Verfahren wie z.B. durch Führen des Bandes durch einen Vorrat von Harzlösung vor dem Wickeln imprägniert werden. Ein anderes Verfahren ist ein Harzübertragungs-Form-

verfahren, bei dem Harz in die Form eingespritzt und dadurch in den Faseraufbau eingespritzt wird. Zur Ausführung der Erfindung ist es bevorzugt, ein Band oder einen Strang zu verwenden, der mit Harz vorimprägniert wurde.

Die Drehmomentantriebsbauteile nach der Erfindung werden unter Verwendung eines Kernes und einer im Händel erhältlichen automatischen Faserwickelvorrichtung hergestellt. Der Kern besteht aus einer äußeren Beschichtung aus Silikonkautschuk und einem inneren tragenden Ring, der aus lösbaren Metallabschnitten oder -Segmenten besteht. Der Kern wird in einer Befestigungsvorrichtung der Wickelvorrichtung angeordnet, und ein vorprogrammiertes Wickelmuster wird dazu verwendet, den Kern mit dem Faserband oder dem Faserstrang zu umwickeln, um eine Faserschicht oder -lage von ausreichender Dicke mit ausreichender Faserausrichtung zu erzeugen. Obwohl die meisten Wickelmuster, die eine symmetrische und passende Schicht aus Fasern erzeugen, die eine im wesentlichen radiale Ausrichtung haben., zur Ausführung der Erfindung verwendet werden können, wird vorzugsweise ein 11-Kreis-Wickelmuster verwendet. Fig. 4 zeigt ein grundlegendes 11-Kreis-Wickelmuster für das Drehmomentantriebsbauteil. Der Winkel zwischen jedem Band 55 beträgt ungefähr 33,2308°. Nachdem die 11 Kreise fertig sind, wird das Muster automatisch um 5.5385° verschoben, bis das Muster fertig ist und eine strukturelle Faserschicht auf dem Kern 50 gewickelt wurde. Das Band oder der Strang 55 wird auf den Kern 50 im wesentlichen tangential zu dem zentralen Loch in dem Bauteil gewickelt.

Verbundbauteile, die eine aus Fasern gewickelte, mit Harz imprägnierte Harz-Fasermatrizen aufweisen, scheinen die Festigkeit für die Verwendung als Drehmomentantriebe oder Kupplungen für Fälle mit hoher Leistung, hoher Drehgeschwindigkeit, Wellenversetzung oder Wellengelenkigkeit und Kipp-

bewegungen zu haben. Typischerweise hat ein Drehmomentantrieb für eine Rotornabe oder eine Kraftkupplung mindestens einen Nabenbereich, mindestens einen im wesentlichen ebenen Membranbereich, einen Randbereich und eine Befestigungseinrichtung. Die Verbundbauteile werden typischerweise radial mit Harz imprägnierten Fasern auf einen Kern gewickelt, so daß die Faserrichtung am Rand im wesentlichen radial und an einem zentralen Loch tangential ist. Eine Schwierigkeit bei einem Verbundwickelbauteil, das einen ebenen Membranabschnitt hat, besteht darin, daß der Membranabschnitt die Neigung zu einer "Ölkannenerscheinung" oder zum Abweichen von der gewünschten gleichmäßigen ebenen Ausführung hat. Diese Schwierigkeit ist einem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der synthetischen Faser und dem Harz zurechenbar.

Im einzelnen haben einseitig gerichtete Verbundbauteile zwei Hauptwärmeausdehnungskoeffizienten, den Längsausdehnungskoeffizienten tj._ in der .Richtung, in welcher die Fasern verlaufen, und den Querausdehnungskoeffizienten <&„. quer zu den Fasern. Bei einem Verbundwerkstoff ist gewöhnlich der Längskoeffizient ^L_L viel kleiner als der Querkoeffizient ^. , weil die Fasern, die gewöhnlich einen kleineren Koeffizienten als die Harzmatrix haben, dazu neigen, einen mechanischen Zwang auf das Harzmatrixmaterial auszuüben.

Bei dem fasergewickelten Membrandrehmomentantrieb ändert sich die Mischung von Faserwinkeln in dem gewickelten Bauteil erheblich von dem Zentrumsbereich bis zu dem äußeren Radius des Membranabschnittes. Der Zentrumsbereich hat eine Mischung von hohen Faserwinkeln, die sich hauptsächlich zu einer radialen Ausrichtung am Rand ändern. Daher wird im zentralen Bereich die Wärmeausdehnung durch die Fasern dominiert (die einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten haben), während im Randbereich die Harzmatrix (die einen hohen Ausdehnungs-

koeffizienten hat) besonders in der Tangentialrichtung dominierend ist.

Wenn das Teil eine Temperaturänderung irgendeiner Art durchmacht, erweitert sich oder schrumpft der zentrale Abschnitt der Membran viel langsamer als der äußere Radius oder Randabschnitt. Ein solches Verbundfaserwickelbauteil schrumpft ungleichmäßig, wenn es nach einer typischen Hochtemperaturaushärtung auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Außerdem wird das Bauteil in Gebrauch Temperaturänderungen seiner Umgebung ausgesetzt, die das Problem verstärken. Der äußere Radius oder Randbereich schrumpft viel schneller als der zentrale Abschnitt der Membran als Folge des Faserwinkelunterschieds. Infolgedessen wird der zentrale Abschnitt des Membranteiles zusammengedrückt, wobei die Neigung entsteht, sich aus der gewünschten gleichmäßig ebenen Ausführung wie eine "Ölkanne" zu verwerfen. Dies ist eine typische Erscheinung bei gewickelten Verbundmembranen. Es ist daher erwünscht, die Faserausrichtung des Verbundbauteiles so zu wählen, daß Wärmebeanspruchungseigenschaften des Bauteiles ausgeglichen werden.

Da ein Faserwickelbauteil, das als Drehmomentantrieb oder Kraftkupplung verwendet wird, nicht nur ein Drehmoment übertragen sondern auch flexibel sein muß, ist es wesentlich, daß die "Ölkannenerscheinung" ausgeschaltet oder vermindert wird. Die "Ölkannenerscheinung" ist aus mehreren Gründen nicht erwünscht. Zu allererst ist die Fähigkeit eines Bauteiles ein Drehmoment zu übertragen, stark von der Festigkeit des Bauteiles abhängig. Ein Bauteil, bei welchem sich die "Ölkannenerscheinung" zeigt, hat eine verminderte Torsionsfestigkeit. Zweitens ist die Heftigkeit der "Ölkannenerscheinung" eine Funktion der Temperatur. Die Temperaturänderungen, denen ein Hubschrauberdrehmomentantrieb oder eine Kraftkupplung typischerweise ausgesetzt ist, liegen

zwischen -53,9°C und mehr als 110⁰C (-65⁰F bis mehr als 150⁰F) und verursachen unerwünschte Änderungen in der Torsionsfestigkeit aufgrund der TemperaturSchwankungen. Schließlich führt die "Ölkannenerscheinung" oder die Verwerfung des Membranabschnittes zu nicht-linearen Federeigenschaften beim Kippen. Wenn der Drehmomentantrieb oder die Kupplung an Ort und Stelle befestigt ist, ist festgestellt worden, daß der "Ölkannen"-Effekt bewirkt, daß der Membranabschnitt sich ausbeult und auf eine stark nicht-lineare Art und Weise durchschnappt. Dies führt zu einer dynamischen Instabilität und zu einem möglichen Fehlbetrieb. Dieses Verhalten ist bei einem Hubschrauberrotor unannehmbar, da es die Steuereigenschaften nachteilig beeinflußt.

Die Randverstärkung wird in das Drehmomentantriebsbauteil nach der Erfindung eingebaut, um die "Ölkannen"-Erscheinung auszuschalten. Die Randverstarkung besteht aus einer Faserwicklung in Umfangsrichtung (Band oder Strang), die in einem Mehrkreismuster aufgebracht wird, bis eine vollständige Lage oder Schicht aus Fasern gewickelt ist. Vorzugsweise werden Fasern wie Polyaramid oder Graphit, die einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten dU haben, für die Randverstärkung verwendet, um die Wärmeeigenschaften des Bauteiles auszugleichen. Die Randverstärkung kann gewickelt werden, bevor die erste Lage des Bauteiles auf den Kern gewickelt wurde oder nachdem die erste Lage oder die ersten Lagen gewickelt wurden. Die Randverstärkungsumwicklung in Umfangsrichtung ist in Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt. Fig. 5 zeigt ein 3-Kreis-Rückzugsmuster, bei dem der Rand um den Kern 50 mit einem Faserband 55 in einem sich wiederholenden Muster in ungefähr 120"-Abständen herumgewickelt wird, um eine ümfangsschicht zu erzeugen, und Fig. 6 zeigt ein 4-Kreis-Rückzugsmuster, bei dem der Rand um den Kern 50 mit einem Faserband 60 in einem sich wiederholenden Muster in ungefähr 90"-Abständen herumgewickelt

wird, um eine Umfangsschicht zu erzeugen. Eine fakultative Wicklung ist in Fig. 7 dargestellt, wobei die Verstärkungsfasern 70 um den Kern 50 unter einem Winkel zu und entlang seinem Radius zwischen dem zentralen Loch und dem äußeren Rand herumgewickelt wurden, wobei die Paser 55 und Faser zum Vergleich gezeigt sind.

Es ist wesentlich, daß die Fasern mit ausreichender Spannung gewickelt werden, um Bauteile nach der Erfindung, die keine "ölkannen"-Erscheinung aufweisen, zu erzeugen. Typischerweise beträgt die Wickelspannung ungefähr 6,9 MPa (1 000 psi) bis ungefähr 68,95 MPa (10 000 psi), vorzugsweise aber ungefähr 34,5 MPa (5 000 psi).

Die Anzahl der tragenden Schichten und die Anzahl der Randverstärkungsschichten, die in irgendeinem speziellen Drehmomentantriebsbauteil enthalten sind, hängen von der Größe des Bauteiles, der Belastung, der Winkelgeschwindigkeit und der Größe der Kippbewegung oder Neigung während des Kippens ab. Vorzugsweise sind mehr als eine tragende Schicht vorgesehen, und ist mindestens eine Randverstärkungsschicht vorgesehen. Die Randverstärkungsschichten und die tragenden Schichten können in jeder Reihenfolge oder Kombination gewickelt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Randverstärkungsschichten 10 mit den tragenden Schichten wie in Fig. 3 dargestellt, verschachtelt sein. Nachdem das Wickeln fertig ist, kann eine zusätzliche Stoffverstärkung 11 fakultativ auf die äußere Oberfläche des Bauteiles aufgebracht werden, um das Bauteil zur Befestigung, wie in Fig. 3 gezeigt, zu verstärken.

Der Stoff besteht typischerweise aus gewebten Glasfasern, Kevlar- oder Graphitfasern. Ein bevorzugter Stoff ist das gewebte Tuch der Marke Kevlar 49, das eine Dicke von ungefähr 0,30 mm (0,012") hat. Der Stoff wird vorzugsweise mit

Harz vorimprägniert, obwohl der Stoff während der Weiterverarbeitung, wie zuvor in bezug auf die Fasern erörtert, mit Harz imprägniert werden kann.

Der aus Segmenten bestehende Kern, der mit Pasern und der Harzmatrix umwickelt ist, wird dann in einer Formmaschine unter ausreichender Wärme und ausreichendem Druck genügend lang ausgehärtet, um die Harzmatrix zu härten und dem Bauteil die gewünschte Form zu geben. Nach der Abkühlung kann der rückwärtige Teil des Bauteiles ausgeschnitten werden, so daß ein Befestigungsflansch übrigbleibt, wenn es als Drehmomentantrieb bei einer Hubschraubernabe verwendet wird. Wenn es als Drehmomentantriebskupplung verwendet wird, wird die Rückseite nicht ausgeschnitten, um den- Flansch zu bilden, und beide Seiten des sich ergebenden Bauteiles sind identisch. Der aus Segmenten bestehende Metallkern wird zerlegt und entfernt, und die Gummiumhüllung wird herausgezogen. Das Bauteil wird dann um die zentrale Nabe, Naben und/oder um den Flansch des Randes oder sonstwo in dem Bauteil durchbohrt, um Befestigungsmittel oder -teile aufzunehmen. Unter Bohren wird jedes Material-Entfernungsverfahren wie Bohren, Stanzen, Brennen usw. verstanden. Außerdem können die Löcher in das Bauteil durch Anordnen. von VorSprüngen auf der Kernoberfläche gewickelt werden. Typischerweise ist der Aushärtezyklus für das Bauteil ein Stufenzyklus, bei dem die Temperatur um I⁰C pro Min. (2⁰F pro Min.) bis zu 177⁰C (350⁰F) erhöht wird. Das Bauteil wird dann auf 177⁰C (350⁰F) für ungefähr 2 h gehalten und dann mit einer Geschwindigkeit von 1°C pro Min. (2⁰F pro Min.) auf Raumtemperatur abgekühlt. Es kann auch bei einer Temperatur von ungefähr 121⁰C (250⁰F) ausgehärtet werden. Der auf das Teil während des Aushärtezyklus aufgebrachte Druck beträgt typischerweise ungefähr 0,34-2,068 MPa (50-300 psi) und vorzugsweise ungefähr 0,517 MPa (75 psi). Die Formvorrichtung, die die zum Aushärten und

Formen der Bauteile nach der Erfindung verwendet wird, ist typischerweise eine an sich bekannte Wärme- und Druckformmaschine, die einen erhitzten Hohlraum, der eine der Oberfläche, des Bauteiles entsprechende Form hat, und eine Einrichtung zum Aufbringen von Druck hat.

Das Faser-zu-Harz-Verhältnis des geformten Bauteiles nach der Abkühlung beträgt ungefähr 55 bis ungefähr 65 Vol.-%.

Die Dickenverteilung des gewickelten und geformten Bauteiles ist ausreichend, um die Spannungen annähernd in dem ganzen Teil ungefähr gleichmäßig zu machen. Typischerweise ist die Dicke des Bauteiles in der Nähe des zentralen Loches am größten, in der Membran niedriger und im Rand höher.

Eine Ausführungsform des Drehmomentantriebsbauteiles nach der Erfindung zur Verwendung beii einer Hubschraubernabenanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Das Bauteil weist einen Membranabschnitt 8 auf, der einen Rand 2 und einen nach innen gebogenen Flansch 3 hat. Das Bauteil hat ein zentrales Loch 4 zur Aufnahme einer Welle. Das Bauteil hat Löcher 6 zum Aufnehmen von Steuerstangen und Löcher 5 zum Befestigen des Bauteiles an einer Welle. Das Bauteil hat Löcher 7 im Flansch 3 zur Befestigung.

Die tragende Schicht 12 ist mit der Verstärkungsschicht und der Tuchverstärkung 11 gezeigt.

Die Verwendung des Bauteiles als Drehmomentantriebsmembran bei dem Rotor eines Drehflügelflugzeuges wie z.B. einem Hubschrauber, ist in Fig. 2a und Fig. 2b gezeigt. Das Rotorwellenverbindungsstück 24 ist mit der Drehmomentantriebsmembran 21 verbunden und treibt sie an. Die Drehmomentantriebsmembran 21 ist durch eine Klemme 30 mit dem Rotorblatt

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22 verbunden. Das Rotorblatt 22 hat einstückig mit ihm ausgeführt einen Biegeträger 31 und ein Drehmomentrohr 29. Die Blattwinkelverstellung wird durch die Stoßstange 32, die auf dem Verstellarm 33 wirkt, um das Drehmomentrohr 29 zu drehen, gesteuert. Der Biegeträger 31 ermöglicht dem Blatt eine Biegeschwingung während des normalen Betriebes des Rotors. Ein Kardangelenk 23 läßt die Rotornabe um die Rotorwelle 24 infolge von verschiedenen Blatteinstellwinkeln, die dem Blatt 22 zugeführt werden, kippen. Ein Deckel 27 schützt den Rotor und gibt ein aerodynamisches Profil. In Fig. 2a und 2b ist ersichtlich, daß die Drehmomentantriebsmembran 21 die Welle mit den Blättern verbindet, um den Blättern ein Drehmoment zuzuführen, wogegen die Rotornabe 25 und das Kardanlager 23 die Blätter gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft halten und die Nabe kippen lassen. Wenn die Rotornabe 23 kippt, muß auch der Drehmomentantrieb 21 kippen. Ein Kippanschlag 26 bestimmt die maximale Neigung.

Eine Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung als Kraftkupplung (z.B. die Ausgangswelle eines Getriebes, das die Welle einer Maschine antreibt, oder die Ausgangswelle eines Elektromotors, der eine Zentrifugalpumpe antreibt) , ist in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt.

Das Bauteil 40 weist eine hohle Scheibe auf, die eine erste im wesentlichen ebene Seite 41 und eine zweite parallele im wesentlichen ebene Seite 42 hat. Ein einstückiger Rand 43 verbindet die ebene Seite 41 mit der ebenen Seite 42. Die ebene Seite 41 hat ein zentrales Loch 43a zur Aufnahme einer ersten Welle. Die ebene Seite 42 hat ein zentrales Loch 44 zur Aufnahme einer zweiten Welle. Die ebene Seite 41 hat einen im wesentlichen ebenen Membranabschnitt 45, der von dem Nabenabschnitt 46 aus bis zu dem Rand 43 verläuft. Ebenso hat die ebene Seite 42

einen Membranabschnitt 47, der von dem Nabenabschnitt 48 aus bis zu dem Rand 43 verläuft. Die Nabenabschnitte 46 und 48 haben Löcher 49 zur Befestigung.

Das Bauteil 40 kann einen Rand 43 haben, der in Längsrichtung verlängert ist, um eine zylindrische oder konische Form anzunehmen. Dies wird durch Ändern der Form des Kernes erzielt.

Die fakultative Verschachtelung der Verstärkungsfasern mit den tangential gewickelten Fasern im Randabschnitt des Bauteiles ist in Fig. 3 dargestellt. Membran- oder tragende Schichten 12 sind mit den Randverstärkungsfasern 10 verschachtelt dargestellt. Die fakultative Stoffverstärkung 11 ist auch dargestellt.

Die Drehmomentantriebsbauteile nach der Erfindung enthalten Löcher oder Leerräume zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, Steuerstangen usw. Die Löcher können durch herkömmliche Verfahren wie Bohren, Stanzen, Brennen usw. eingebracht werden. Die Löcher können auch "eingewickelt" werden, indem Vorsprünge auf der Kernoberfläche vorgesehen werden, um die die Fasern herumgewickelt werden, wodurch sich Bereiche des Bauteiles ergeben, die frei von Fasern sind.

Die Drehmomentantriebsbauteile nach der Erfindung dienen allgemein zum Verbinden einer sich schnell drehenden und ein hohes Drehmoment übertragenden Welle mit einer zweiten sich drehenden Welle, eines Teiles oder Teilen oder für den Zusammenbau zum Antreiben dieser Welle oder zum Antreiben des Teiles oder der Teile oder des Zusammenbaus. Eine Welle kann ihre zentrale Längsachse gegenüber der zentralen Längsachse der anderen Welle oder des Zusammenbaus' um ungefähr 10° geneigt haben. Wenn das Drehmomentantriebsbauteil als Kupplung und nicht als Drehmomentan-

trieb bei einer Hubschrauberrotoranordnung verwendet wird, ist es dafür ausgebildet, eine Welle auf der Vorder- und
der Rückseite aufzunehmen. Das Verfahren zur Herstellung
ist dann zudem ähnlich, das zuvor beschrieben wurde, außer daß die Rückseite nicht ausgeschnitten wird, um einen
Flansch zu bilden, sondern gewickelt und ausgehärtet wird, um einen Nabenabschnitt mit einem zentralen Loch zur Aufnahme einer Welle zu bilden. Das Bauteil würde dann an jeder Seite an einer Welle -befestigt werden, um als flexible Drehmomentantriebskupplung zu arbeiten, und jede Seite würde einen Nabenabschnitt und ein Loch darin haben.

BEISPIEL

Ein fasergewickeltes Drehmomentantriebsbautexl wurde im
Maßstab von ungefähr 1:6 zur Verwendung in einer Verbundnabe eines Hubschraubers dadurch hergestellt, daß Polyaramidfasern der Marke Kevlar 29 um einen Kern herumgewickelt wurden. Der Kern bestand aus einem inneren zerlegbaren
segmentierten Metallring und einer äußeren Silikonkautschukumhüllung .

Eine einzelne Lage oder Schicht aus einem Strang der Marke Kevlar 29 wurde zu Beginn um den Rand des Kerns in einem
7-Kreis-Rückzugsmuster gewickelt, um die Randverstärkung zu bilden. Dann wurde eine einzelne Lage oder Schicht des Bandes um den Kern in einem 11-Kreis-Muster gewickelt, um das Bauteil zu bilden. Das Band war ein Polyaramidfaserband der Marke Kevlar 29, mit einer Dicke von ungefähr 0,15 mm (0,006"). Das Band war ungefähr 12,7 mm (0,5")
breit und bestand aus neun einzelnen Fasersträngen. Das
Band wurde mit einer Epoxyharzmatrix (zur Erprobung)
Nr. 18 06 der American Cyanamid imprägniert, das ein hohes Verformungsvermögen hat. Das Band wurde von der American
Cyanamid Co., Wayne, NJ. gekauft. Die Faserspannung wurde

während des Wickeins auf ungefähr 34,47 MPa (5 000 psi) eingestellt. Ein gewebter Stoff aus Polyaramidfasern der Marke Kevlar 29 wurde dann um den Randabschnitt herumgeschlagen. Der Stoff war mit derselben Harzmatrix vorimprägniert. Der Stoff hatte eine Dicke von 0,228 mm (0,009 Zoll). Der Kern und das Wickelbauteil wurden in eine Formmaschine gelegt und das Bauteil wurde durch Formen bei einem Druck von ungefähr 0,51 MPa (75 psi) mit einem Stufentemperaturzyklus ausgehärtet, bei dem die Temperatur um ungefähr 1°C pro Min. (2⁰F pro Min.) bis ungefähr 177⁰C (350⁰F) stufenweise erhöht, auf 177⁰C (35O⁰F) 2 h lang gehalten und um 1°C pro Min. (2⁰F pro Min.) auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Das Bauteil wurde dann um die zentrale Nabe und den Flansch herum gebohrt, um Befestigungsmittel aufzunehmen. Die Rückseite des Bauteiles wurde ausgeschnitten, um einen Flansch zu bilden, und der Kern und die Umhüllung wurden entfernt. Das Bauteil hatte einen Radius von 12,9 cm (5,08") und ein zentrales inneres. Loch hatte einen Durchmesser von 2,66 cm (1,05"). Das Bauteil hatte eine Dicke an der Nabe von ungefähr 3,81 mm (0,15") und eine Dicke am Rand von 0,30 mm (0,012"). Die Gesamttiefe des Bauteiles betrug ungefähr 2,03 cm (0,80").

Das Bauteil wurde in eine Simulationsvorrichtung im Maßstab 1:6 für die Nabenanordnung eines Hubschraubers eingebaut und mit einer Winkelgeschwindigkeit von ungefähr 1 500 Umdrehungen pro Min. 21 Millionen Zyklen lang bei Winkeln von bis zu 8° ohne Materialversagen gedreht. Eine "Ölkannen"-Erscheinung wurde nicht beobachtet.

Die Verbund-Drehmomentantriebsanordnungen nach der Erfindung ergeben eine Einrichtung zum Verbinden einer sich drehenden Antriebswelle, die eine Leistung mit einem hohen Drehmoment und einer hohen Winkelgeschwindigkeit ab-

gibt, mit einer zweiten angetriebenen Welle oder Anordnung, wobei die zentralen Längsachsen der Wellen oder der Welle und der Anordnung um bis zu ungefähr 10° gegeneinander geneigt werden können. Die Drehmomentantrxebsanordnungen sind aus gewickelten synthetischen Fasern und einer Harzmatrix hergestellt. Die Mehrwinkelwickelmuster, die typischerweise verwendet werden, ergeben eine überwiegend radiale Faserrichtung in den Randabschnitten eines solchen Bauteiles. Die sich ändernden Temperaturen, denen diese Bauteile bei einer typischen Anwendung ausgesetzt sind, führen zu unterschiedlichen Wärmeausdehngeschwindigkexten insbesondere am Rand, wo die Epoxymatrix in der Tangentialrichtung vorherrscht. Das Ergebnis ist eine "Ölkannen"-Erscheinung, wobei die normalerweise ebene Membran eine konkave oder konvexe Form im nicht zusammengedrückten Zustand annimmt. Wenn sie zusammengedrückt ist, verwirft sich die Membran, was zu nicht-linearen Federeigenschaften und einem verfrühten Ausfall führt. Es wurde erfindungsgemäß herausgefunden, daß durch den Einbau von im wesentlichen tangentialen Verstärkungsfasern in den Rand oder fakultativ im ganzen Bauteil, die "Ölkannen"-Erscheinung ausgeschaltet werden kann, wodurch ein wärmestabiles Bauteil geschaffen wird, das als flexibler Drehmomentantrieb für ein hohes Drehmoment und eine hohe Winkelgeschwindigkeit verwendet werden kann.

Claims

Dipl.-Phvs. Dieter FLACH I O Μ· Dipl.-Ing. Dietmar HAUG DH/409 Dipl.-Crtem. Dr. Richard KNEISSL PATENTANWÄLTE SteJnstr. 44, D-8000 Müncbfin P^ 3 »· MAI 1988 Anm.: United Technologies Corporation, Hartford, CT 06101 V. St. A. Faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung Patentansprüche

1. Faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil insbesondere zur Verwendung als Drehmomentantriebsmembran bei einer Drehflügelflugzeugnabe, mit einer kreisförmigen Membran, die einen Rand hat, der einen nach innen gebogenen Flansch zur Befestigung hat, und die ein zentrales Loch zur Aufnahme einer Welle hat, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauteil eine Harzmatrix, Fasern, die mit ausreichender Spannung im wesentlichen tangential zu dem zentralen Loch in einem Mehrkreismuster gewickelt sind, um eine Membran zu bilden, die einen Rand und einen nach innen gebogenen Flansch hat, und Verstärkungsfasern aufweist, die mit ausreichender Spannung im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt sind, um den Randabschnitt des Bauteiles zu verstärken, wobei das Bauteil durch Formen bei ausreichender Wärme und bei ausreichendem Druck so ausgehärtet wird, daß der Membranabschnitt des Bauteiles im wesentlichen gleichmäßig eben bleibt, wenn es durch Temperaturänderungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser, Polyaramidfaser und Kombinationen daraus ausgewählt ist.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein harzimprägniertes gewebtes synthetisches Stofftuch um das ganze oder einen Teil des gewickelten Bauteiles vor dem Aushärten herumgeschlagen wird.

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gewebte synthetische Stofftuch eine Faser aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser, Polyaramidfaser und einer Kombination daraus ausgewählt ist.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Vielzahl von Löchern radial außerhalb des äußeren Randes des zentralen Loches zur Aufnahme von Stangen und Befestigungsmitteln vorgesehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser mit einer Spannung von ungefähr 34,47 MPa (5 000 psi) gewickelt ist.

7. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Befestigungseinrichtung, die zentral um das zentrale Loch herum angeordnet ist, vorgesehen ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzverbundbauteiles insbesondere zur Verwendung als Drehmomentantriebsmembran bei einer Drehflügelflugzeugnabe, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Harz imprägnierte Faser auf einen Kern mit ausreichender Spannung im wesentlichen tangential zu einem zentralen Loch in einem Mehrkreismuster gewickelt wird, um eine Membran zu bilden, die einen Rand und einen nach innen gebogenen Flansch hat, und eine mit Harz

imprägnierte Verstärkungsfaser im wesentlichen in Umfangsrichtung mit ausreichender Spannung gewickelt wird, um den Rand des Bauteiles zu verstärken, wobei die Verstärkungsfasern mit den Tangentialfasern verschachtelt sein können und wobei das Bauteil dann durch Formen bei ausreichender Wärme und ausreichendem Druck ausgehärtet wird, um dadurch ein Bauteil zu erzeugen, bei dem die Membran im wesentlichen gleichmäßig eben bleibt, wenn es durch Temperaturänderungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zusätzlich eine Vielzahl von Löchern radial außerhalb des äußeren Randes des zentralen Loches zur Aufnahme von Teilen und Befestigungsmitteln enthält, wobei die Löcher entweder in das Bauteil während des Wicklungsvorgangs gewickelt wurden oder nach dem Formvorgang oder einer Kombination daraus gemacht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewebter Stoff aus einer harzimprägnierten Faser um das ganze Bauteil oder um einen Teil davon nach dem Wickeln und vor dem Aushärten herumgeschlagen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser, Polyaramidfaser und einer Kombination daraus, ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mit einer Faserspannung von ungefähr 34,47 MPa (5 000 psi) gewickelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran des Bauteiles zusätzlich eine Befestigungseinrichtung aufweist, die zentral um das zentrale Loch herum

angeordnet ist.

14. Faserverstärktes Harzmatrix-Verbundbauteil insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentantriebskupplung, mit einer hohlen Scheibe, die eine erste im wesentlichen ebene Membranseite und eine zweite im wesentlichen ebene Membranseite hat, wobei jede Membranseite ein zentrales Loch aufweist, das konzentrisch zu der Zentralachse der Scheibe zur Aufnahme einer Welle angeordnet ist, und einer Befestigungseinrichtung, die zentral um das zentrale Loch herum angeordnet ist, wobei die Scheibe einen äußeren Rand hat, der die beiden Membranseiten miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine Harzmatrix, eine Faser, die mit ausreichender Spannung im wesentlichen tangential zu dem zentralen Loch in einem Mehrkreismuster gewickelt ist, um die Scheibe zu bilden, und eine Faser, die mit ausreichender Spannung im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt ist, um den äußeren Rand des Bauteiles zu verstärken, aufweist, wobei das Bauteil durch Formen mit ausreichender Wärme und ausreichendem Druck so ausgehärtet wird, daß die Membranseiten des Bauteiles im wesentlichen gleichmäßig eben bleiben, wenn es durch Temperaturspannungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

15. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß die Befestigungseinrichtung eine Nabe aufweist, die durch Formen während des Aushärtungsvorganges gebildet wird.

16. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser, Polyaramidfaser und einer Kombination daraus ausgewählt sind.

17. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein gewebtes Fasertuch vorgesehen ist, das zumindest um einen Teil der äußeren Oberfläche vor dem Aus-

härten herumgeschlagen wird.

18. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Pasertuch aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser und Polyaramidfaser ausgewählt ist.

19. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Vielzahl von Löchern radial außerhalb des äußeren Randes des zentralen Loches zur Aufnahme von Teilen und Befestigungsmitteln aufweist.

20. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung ungefähr 34,47 MPa (5 000 psi) beträgt.

21. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Harzmatrix-Verbundbauteiles insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentantriebskupplung, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Harz imprägnierte Faser auf einen Kern im wesentlichen tangential zu einem zentralen Loch mit ausreichender Faserspannung in einem Mehrkreismuster gewickelt wird, um eine Scheibe zu bilden, die eine erste im wesentlichen ebene Membranseite mit einem zentralen Loch zur Aufnahme einer Welle und eine zweite im wesentlichen ebene Membranseite mit einem zentralen Loch zur Aufnahme einer Welle hat, wobei die zentralen Löcher konzentrisch zu der Zentralachse der Scheibe sind, wobei die Scheibe einen äußeren Rand hat, der die Membranseiten miteinander verbindet, und eine Befestigungseinrichtung aufweist, die zentral um die zentralen Löcher herum angeordnet ist, und daß eine mit einer Harzmatrix imprägnierte Faser mit ausreichender Spannung im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt wird, wobei die Verstärkungsfasern mit den Tangentialfasern verschachteIn sein können, wobei das Bauteil durch Formen mit ausreichender Wärme und ausreichendem Druck dann ausgehärtet wird, um dadurch ein Bauteil zu erzeugen, dessen Membranseiten im wesentlichen

gleichmäßig eben bleiben, wenn es durch Temperaturänderungen eingeleiteten Spannungen ausgesetzt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Nabe aufweist, die durch Formen während des Aushärtungsvorganges gebildet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser, Polyaramidfaser und einer Kombination daraus ausgewählt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewebtes Fasertuch um mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des Bauteiles vor der Aushärtung herumgeschlagen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser, aus der Gruppe bestehend aus Glasfaser, Graphitfaser, Polyaramidfaser und einer Kombination daraus ausgewählt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zusätzlich eine Vielzahl von Löchern radial außerhalb des äußeren Randes der zentralen Löcher zur Aufnahme von Teilen und Befestigungsmitteln aufweist, wobei die Löcher entweder in das Bauteil während des Wickelvorganges gewickelt oder nach dem Aushärtungsvorgang oder einer Kombination daraus eingebracht werden.

27. Bauteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die,Faserspannung ungefähr 34,47 MPa (5 000 psi) beträgt.

28. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rand in Längsrichtung verlängert ist, um einen hohlen Zylinder zu bilden.

29. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Bauteiles in Längsrichtung verlängert wird, um einen Zylinder zu bilden.