DE3629758C2

DE3629758C2 - Verbundkörper aus faserverstärkter Kunstharzmatrix und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3629758C2
Application number: DE19863629758
Authority: DE
Inventors: David G Matuska
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2006-09-02
Also published as: IT8621827A1; IT1197288B; JPS6292834A; FR2587938A1; GB2181107B; FR2587938B1; GB2181107A; IT8621827A0; DE3629758A1; JPH0655456B2; US4629644A; GB8621191D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 16 bzw. 9 und 25 angegebenen Art.

Zum Übertragen von Energie von einem Turbinentriebwerk, ei nem herkömmlichen Verbrennungsmotor, einem Elektromotor oder irgendeiner Energieerzeugungsvorrichtung auf eine Maschine zum Antreiben derselben ist es üblicherweise notwendig, die Energieerzeugungsvorrichtung mit der Maschine durch eine Art von Kupplung zu verbinden. Diese Vorrichtungen übertragen Energie üblicherweise über eine drehbare Welle, und diese Ausgangsenergie wird üblicherweise als Drehmoment bezeichnet. Die Kupplung ist ein kritisches Teil der Anordnung, weil ihr Versagen üblicherweise die Energieversorgung der Maschine unterbricht.

Wenn eine Energieerzeugungsvorrichtung, die eine hohe Aus gangsleistung hat (z.B. ein Elektromotor von 735 kW), mit einer Maschine gekuppelt wird, die eine Welle hoher Winkel geschwindigkeit hat (z.B. eine Kreiselpumpe), ist es kri tisch, daß die Wellen der Vorrichtung und der Maschine so gut wie möglich aufeinander ausgerichtet sind. Eine Fehlausrichtung wird eine Anzahl von Problemen ergeben, zu denen nachteilige Schwingungen, vorzeitiger Lagerausfall, bauliche Beschädi gung, Überhitzung, übermäßiges Geräusch, hoher Verschleiß und eine hohe Ausfallrate der Kupplung gehören. Es ist zwar theoretisch möglich, die Wellen der Energieerzeugungsvor richtung und der Maschine perfekt aufeinander auszurichten, es gibt aber praktische Grenzen, und zwar aufgrund der Meß ausrüstung, des Ausrüstungsortes, nachteiliger Umgebungsfak toren, unterschiedlicher Wärmeausdehnungsgeschwindigkeiten während des Betriebes usw. Darüber hinaus kann der Entwurf eine bestimmte Gelenkigkeit verlangen. Es gibt im Stand der Technik Kupplungen, die eine geringfügige Wellenfehlausrich tung bei hohem Drehmoment und hoher Drehzahl gestatten, das Ausmaß an Fehlausrichtung beträgt jedoch typisch etwa 1/2° oder weniger, und diese Kupplungen haben typisch einen Aufbau aus Metall und sind sehr schwer. Die Hauptbeschränkung der Kupplungen im Stand der Technik besteht darin, daß die Kon struktionsmaterialien kein hohes Drehmoment und keine hohe Winkelgeschwindigkeit bei großer Wellenfehlausrichtung von bis zu etwa 10° in einem breiten Temperaturbereich gestat ten. Eine solche Kupplung muß als Drehmomentübertragungsein richtung und außerdem als Biegeteil dienen, um eine elasti sche Verformung zum Kompensieren der Fehlausrichtung zu ge statten.

Die Kupplung ist besonders wichtig bei Drehflügelflugzeugen oder Hubschraubern. Die Kupplung, die bei Hubschraubern be nutzt wird, um das Drehmoment von der Antriebswelle auf die Rotorblätter zu übertragen, wird typisch als Drehnabe be zeichnet. Die bekannten Drehnaben sind komplizierte metal lische Vorrichtungen. Zu den Nachteilen dieser metallischen Drehnaben gehören hohes Gewicht, Ermüdungsbruchneigung, War tungsaufwendigkeit und hohe Wartungskosten.

Auf diesem Gebiet der Technik wird ständig danach getrach tet, metallische Flugzeugteile durch leichte, hochfeste, er müdungsbeständige Verbundteile zu ersetzen. Ein Beispiel ei ner kardanischen Hubschrauberrotornabe, bei der Verbundmate rialien benutzt werden, ist in der US-PS 43 23 332 beschrie ben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Die Beseitigung von herkömmlichen Rollenlagern und Kugella gern in der Rotornabe eines Hubschraubers wird durch eine kardanische Verbundrotornabe erreicht, indem Verbundmateria lien in den Blättern und der Nabe benutzt werden, die in der Lage sind, sich zu biegen und zu drehen, um die Blattver stell-, -schlag- und -schwenkbewegung zuzulassen. Die Rotor nabe nimmt die Blattzentrifugalkraft auf und überträgt die Auftriebskraft von den Blättern auf die Welle und die Zelle des Hubschraubers. Da sich die Drehnabe um die zentrale Achse der Welle bei einer kardanischen Nabenkonstruktion nei gen sollte, ist es notwendig, eine neigbare oder gelenkige Einrichtung zum Übertragen des Drehmoments von der Welle auf die Rotorblätter vorzusehen. Die Drehmomentübertragungs vorrichtung muß starr genug sein, um das Drehmoment direkt von der Welle auf den Hubschrauber zu übertragen, ohne daß die Blätter knicken oder beulen, und muß trotzdem ausreichend flexibel und biegbar sein, um sich bis zu unge fähr 10° gegen die Horizontale zu neigen, während sie die Drehmomentbelastung überträgt.

Das Knicken oder Beulen einer Drehmomentübertragungsvor richtung wird als eine Wellenerscheinung oder als eine Reihe von Wellen erscheinungen beobachtet, die in der Vorrichtung als Reaktion auf eine auf die Vorrichtung ausgeübte Drehmomentbelastung hervorge rufen werden. Knicken tritt üblicherweise bei einer flexib len Drehmomentübertragungsvorrichtung auf und ist uner wünscht, weil es in direkter Beziehung zu reduzierter Zeit schwingfestigkeit, reduzierter Drehmomentbelastbarkeit und dynamischer Instabilität der Drehmomentübertragungsvorrich tung steht. Die typische Leistungsabgabe an eine Hubschrau bernabenbaugruppe beträgt mehr als 735 kW (1000 PS). Her kömmliche metallische Materialien haben nicht die Eigen schaften, die erforderlich sind, um gleichzeitig die Drehmo mentübertragungsfunktion und die Biegefunktion ohne Knicken und/oder bauliches Versagen zu erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen flexiblen Verbundkörper und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, durch den die vorgenannten Probleme des Standes der Technik überwunden werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1, 16 und 9, 25 angegebenen Merkmale bzw. Schritte gelöst.

Ein Verbundkörper nach der Erfindung ist insbesondere zur Ver wendung als Drehmomentübertragungswand in ei ner Drehflügelflugzeugnabe geeignet.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Her stellen dieses Verbundkörpers.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verbundkörper, der insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentübertragungskupplung ge eignet ist.

Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen dieses Verbundkörpers.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines aus Fasern gewickelten Verbundkörpers als Drehmomentübertragungsvorrichtung,

Fig. 2A in Draufsicht eine typische Ver bundhubschrauberrotornabenbaugruppe mit einem Verbundkörper als Drehmomentübertragungs vorrichtung,

Fig. 2B in Seitenansicht und im Querschnitt die Rotornabenbaugruppe,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt des aus Fasern gewickelten Verbundkörpers,

Fig. 4 ein typisches Wickelmuster für einen aus Fasern gewickelten Verbundkörper,

Fig. 5 ein wahlweise verwendbares drei kreisiges Wickelmuster zur Randver stärkung,

Fig. 6 ein wahlweise verwendbares vier kreisiges Wickelmuster zur Randver stärkung,

Fig. 7 wahlweise verwendbare Verstärkungs muster für den Verbundkörper nach der Erfindung,

Fig. 8 eine Kupplung mit dem Verbundkörper als Drehmomentüber tragungsvorrichtung,

Fig. 9 eine Querschnittansicht der Kupp lung nach der Linie 9-9 in Fig. 8,

Fig. 10A-10C Verstärkungsringe, die in dem Verbundkörper nach der Erfindung benutzt werden, und

Fig. 11 eine Wickelform, die benutzt werden kann, um die Verstärkungsringe des Verbundkörpers nach der Erfindung zu wickeln.

Zu den Fasern, die zum Herstellen des als Drehmomentübertragungs vorrichtung vorgesehenen Verbundkörpers benutzt werden, gehören bekannte Fasern wie Polyaramidfasern, Graphitfasern, Glasfa sern und Kombinationen derselben. Die Fasern werden typisch eine Zugfestigkeit von etwa 483 MPa bis etwa 3792 MPa und vorzugsweise von etwa 2758 MPa haben. Eine bei dem hier beschriebenen Verbundkörper be sonders bevorzugte Kunstfaser ist die Polyaramidfaser Kevlar 29®. Die Polyaramidfaser Kevlar 29® hat eine Zugfestig keit von etwa 2758 MPa und einen Zugmodul von 62 052 MPa. Die Faser wird typisch in Form von im Handel erhältlichem vorgefertigten Roving oder Band ge kauft. Das Band wird typisch aus 8 Rovings bestehen. Das Band, das zum Wickeln des Verbundkörpers be nutzt wird, ist typisch etwa 12,7 mm bis etwa 305 mm und typischer etwa 12,7 mm bis etwa 152 mm breit, obgleich jede herkömmliche Brei te benutzt werden kann. Die bevorzugte Breite des Bandes, das beim Wickeln eines Verbundkörpers benutzt wird, wird von der Größe des Verbundkörpers abhängen und sich mit der Größe des Verbundkörpers ändern. Die Dicke des Bandes beträgt typisch et wa 1,27 mm bis etwa 0,051 mm und typischer etwa 0,30 mm bis etwa 0,15 mm und vorzugsweise etwa 0,15 mm.

Es wird bevorzugt, ein Polyaramidband zu benutzen, das mit Kunstharz vorimprägniert worden ist, obgleich nichtimprägnier tes Band benutzt und mit dem Kunstharz während der Verarbei tung imprägniert werden kann.

Ein Verbundkörper, der Kevlar®-Polyaramid fasern und eine Kunstharzmatrix aufweist, wird einen unidi rektionalen Zugmodul von etwa 68 947 MPa bis etwa 82 736 Mpa bei Raumtemperatur haben. Das Verhältnis von Fasern zu Harz eines Verbundkörpers der aus Polyaramidfasern und Kunstharzmatrix herge stellt ist, wird etwa 55 Vol.-% zu etwa 65 Vol.-% betragen.

Graphitfasern können bei der Herstellung des Verbundkörpers eben falls benutzt werden. Graphitfasern haben im allgemeinen eine Zugfestigkeit von etwa 2758 MPa bis etwa 4137 MPa. Der Durchmesser von üblicherweise benutzten Graphitfasern reicht von etwa 6,35 µm bis etwa 7,62 µm. Graphitfasern wie Polyaramid fasern werden typisch in Form von Roving oder Band benutzt, das im Handel in verschiedenen herkömmlichen Breiten erhält lich ist. Roving enthält typisch etwa 12 000 Fasern. Es wird bevorzugt, Roving oder Graphitfasern zu benutzen, die mit in Wärme aushärtendem Kunstharz vorimprägniert sind, obgleich es möglich ist, nichtimprägnierte Fasern zu kaufen und die Fasern vor den Wickelvorgängen mit der Kunstharzmatrix zu imprägnieren. Eine bevorzugte Graphitfaser ist die Graphit faser Celion® von Celanese Chemical Company. Weitere Beispiele von Graphitfasern, die benutzt werden können, sind die Graphitfasern T-300® von Union Carbide Corporation und die Graphit fasern AS-4® von Hercules, Inc. Das Graphitfaserroving oder -band, das üblicherweise benutzt wird, hat eine Dicke von etwa 0,30 mm, obgleich Dicken von 0,15 mm ebenfalls verfügbar sind. Der ausgehärtete Graphit- und Kunst harzmatrixkörper sollte etwa 50 Vol.% bis etwa 65 Vol.% an Fasern enthalten. Ein Verbundkörper, der Graphitfasern und eine Kunstharzmatrix aufweist, wird einen unidirektionalen Zugmodul von etwa 124 105 MPa bis etwa 172 368 MPa bei Raumtemperatur haben.

Glasfasermaterial kann bei der Herstellung des Verbundkörpers eben falls benutzt werden. Die bevorzugte Glasfaser ist ein S-Typ oder ein E-Typ, der im Handel vorimprägniert mit Epoxyharz oder nichtimprägniert erhältlich ist. Vorimprägnierte Glas fasern sind im Handel erhältlich in Form von Faserroving oder -band, das herkömmliche Breiten hat, beispielsweise von etwa 2,54 mm bis etwa 25,4 mm und Dicken von beispielsweise zwischen 1,52 mm und etwa 0,32 mm. Die wahlweise Dicke und Breite steht in Beziehung zu der Größe und der Belastung des Verbundkörpers. Der Verbundkörper wird, wenn er aus einer Glasfaser- und Kunstharzmatrix hergestellt ist, einen Fasergehalt von etwa 45 Vol.% bis etwa 60 Vol.% ha ben. Ein Verbundkörper, der Glasfasern und eine Kunstharzmatrix aufweist, wird einen unidirektionalen Zugmodul von etwa 34 474 MPa bis etwa 48 263 MPa bei Raumtemperatur haben.

Die Kunstharzmatrix wird ein in Wärme aushärtendes oder thermo plastisches Kunstharz aufweisen, das in der Lage ist, sich mit der Kunstfaser zu verbinden. Das Kunstharz kann ein organi sches oder ein anorganisches Kunstharz sein. Typische Harze, die bei der Herstellung des Verbundkörpers benutzt werden können, sind Epoxy, Polyester, Polyimid und andere hochwarmfeste vernetzte Polymerstrukturen. Ein besonders bevorzugtes Kunst harz ist das Epoxyharz Nr. 1806 von American Cyanamid Co. Dieses Kunstharz ist ein hochbelastbares Kunstharz. Beispiele von im Handel erhältlichen Kunstharzen sind Epoxyharz Nr. 35 101-B von Hercules, Inc., Epoxyharz Nr. 5143 und Epoxyharz Nr. 1806 von American Cyanamid Co., Polyimidharz Nr. E-7178 von U. S. Polyimide Co. und das Kunstharz Nr. E-746 von U. S. Prolam Corporation. Das Band oder Roving kann wie oben er wähnt entweder vorimprägniert mit Kunstharz benutzt wer den oder während des Wickelvorganges durch be kannte Verfahren mit Kunstharz imprägniert werden, beispiels weise durch Hindurchleiten des Bandes durch ein Reservoir von Kunstharzlösung vor dem Wickeln. Ein weiteres Verfahren ist ein Kunstharzspritzpreßprozeß, bei dem Kunstharz in die Form eingespritzt und dadurch in die Faserstruktur aufgenom men wird. Bei der Herstellung des Verbundkörpers wird vorgezogen, Band oder Roving zu benutzen, das mit Kunstharz vorimpräg niert worden ist.

Der Verbundkörper als Drehmomentsübertragungsvorrichtung wird hergestellt, indem eine Wickelform und eine im Handel erhältliche automatische Fadenwickelvorrichtung benutzt werden. Die Wickelform weist einen äußeren Überzug aus Sili kongummi und einen inneren Tragring auf, der aus lösbaren Metallabschnitten oder -segmenten besteht. Die Wickelform wird in eine Spannvorrichtung auf der Wickelvorrichtung eingesetzt, und ein vorprogrammiertes Wickelmuster wird be nutzt, um die Wickelform mit dem Faserband oder -roving zu umwickeln und so eine Faserschicht oder -lage ausreichender Dicke mit geeigneter Faserausrichtung herzustellen. Obgleich die meisten Wickelmuster, die eine symmetrische und maßge schneiderte Faserschicht ergeben, eine im wesentlichen radi ale Ausrichtung haben, bei der Herstellung des Verbundkörpers be nutzt werden können, wird vorgezogen, ein elfkreisiges fort schreitendes Wickelmuster zu benutzen. Fig. 4 zeigt ein grundlegendes elfkreisiges Wickelmuster für die Drehmoment übertragungsvorrichtung. Der Winkel zwischen jedem Band aus Fasern 55 beträgt ungefähr 33,2308°. Nachdem die elf Kreise fertigge stellt worden sind, wird das Muster automatisch um ungefähr 5,5385° vorverlegt. Nachdem insgesamt 65 Kreise gewickelt worden sind, ist das Muster fertig und eine Konstruktions faserschicht ist auf die Wickelform 50 gewickelt worden. Das Band oder Roving aus Fasern 55 wird auf die Wickelform 50 hauptsächlich oder im wesentlichen tangential zu dem zentralen Loch in dem Verbundkörper gewickelt.

Verbundkörper, die fadengewickelte, harzimprägnierte Kunstharz-Faser-Matrizen aufweisen, haben die Festigkeit für die Verwendung als Drehmomentübertragungsvorrichtung oder Kupplung für hohe Leistung, hohe Winkelgeschwindigkeit, Wel lenfehlausrichtung oder Wellengelenkigkeit und -neigung. Typisch wird eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für eine Rotornabe oder eine Kupplung wenigstens eine im wesentlichen ebene Wand aufweisen, die einen Rand, eine zen trale Befestigungseinrichtung, eine Randbefestigungseinrich tung und Verstärkungsringe hat. Der Verbundkörper wird mit kunstharzimprägnierter Faser auf einer Wickelform ty pisch radial gewickelt, so daß die Faserausrichtung am Umfang im wesentlichen radial und an einem zentralen Loch tangential ist. Ein Problem bei einem gewickelten Verbundkörper, der eine ebene Wand hat, besteht darin, daß die Wand dazu neigt, sich aus dem gewünschten uni planaren Zustand heraus "ölkannenartig" zu verformen oder zu verlagern. Dieses Problem ist einem unterschied lichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Kunstfaser und dem Kunstharz zuzuschreiben. Ein weiteres Problem, das bei einem solchen Verbundkörper auftritt, ist das Knicken oder Beulen des Verbundkörpers unter Drehmomentbelastung. Das Knicken reduziert bekanntlich die Zeitschwingfestigkeit und die Drehmomentbelastbarkeit und trägt zu dynamischer In stabilität bei.

Unidirektionale Verbundstoffe haben zwei Hauptkoeffizienten der Wärmeausdehnung, den Längsausdehnungskoeffizienten c_L in der Richtung, in der die Fasern verlaufen, und den Queraus dehnungskoeffizienten c_t in der Richtung quer zu den Fasern. Bei einem Verbundmaterial ist der Längskoeffizient c_L übli cherweise viel kleiner als der Querkoeffizient c_t, und zwar weil die Fasern, die üblicherweise einen kleineren Koeffi zienten als die Kunstharzmatrix haben, dazu neigen, auf das Kunstharzmatrixmaterial eine mechanische Haltekraft auszuüben.

Bei der Drehmomentübertragungsvorrichtung mit fadengewickel ter Wand ändert sich das Gemisch von Faserwin keln in dem gewickelten Verbundkörper von dem zentralen Bereich bis zu dem Außenumfang der Wand beträchtlich. Der zentrale Bereich hat ein Gemisch von großen Faserwinkeln, die sich am Rand in überwiegend radiale Ausrichtung ändern. Des halb wird in dem zentralen Teil die Wärmeausdehnung durch die Faser dominiert (die einen niedrigen Ausdehnungskoeffi zienten hat), wogegen in dem Randbereich die Kunstharzmatrix (die einen hohen Ausdehnungskoeffizienten hat) in der tan gentialen Richtung dominiert.

Wenn der Verbundkörper eine Temperaturänderung irgendeiner Art erfährt, dehnt sich infolgedessen der zentrale Teil der Wand aus oder zieht sich zusammen, und zwar mit einer viel kleineren Ge schwindigkeit als der Außenumfang oder Randteil. Ein solcher aus Fasern gewickelter Verbundkörper wird, wenn er nach einem typischen Aushärten mit hoher Temperatur auf Umgebungs temperatur abgekühlt wird, in ungleichmäßigen Verhältnissen schrumpfen. Darüber hinaus wird der Verbundkörper im Gebrauch Temperaturänderungen seiner Umgebung ausgesetzt sein, die das Problem verstärken können. Der Außenumfang oder Randbereich schrumpft mit einer viel größeren Geschwindigkeit als der zentrale Teil der Wand, und zwar infolge der Faserwinkelände rung. Der zentrale Teil der Wand wird infolgedessen auf Druck beansprucht, mit der sich daraus ergebenden Tendenz zu knicken oder sich aus dem gewünschten uniplanaren Zustand zu verlagern. Das ist eine typische Erscheinung bei Wänden von gewickelten Verbundkörpern. Es ist deshalb erwünscht, die Faseraus richtung des Verbundkörpers maßzuschneidern, um die Wärme dehnungseigenschaften des Verbundkörpers auszugleichen.

Da ein aus Fasern gewickelter Verbundkörper, der als Drehmoment übertragungsvorrichtung oder Kupplung benutzt wird, zusätz lich zur Drehmomentübertragung als Biegeteil dienen muß, ist es kritisch, die erwähnte ölkannenartige Verformung zu eli minieren oder zu minimieren. Diese ölkannenartige Verformung ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Erstens, das Drehmoment übertragungsvermögen einer Vorrichtung ist weitgehend von der Steifheit der Vorrichtung abhängig. Eine Vorrichtung, die eine ölkannenartige Verformung zeigt, hat eine reduzierte Torsionssteifheit. Zweitens, das Ausmaß der ölkannenartigen Verformung ist eine Funktion der Temperatur. Die Temperatur veränderung, der eine Hubschrauberdrehmomentübertragungs vorrichtung oder -kupplung typisch ausgesetzt ist, nämlich -54°C bis mehr als 71°C, wird unerwünschte Veränderungen in der Torsionssteifheit aufgrund der Tempe raturschwankungen verursachen. Schließlich führt die ölkan nenartige Verformung oder Verlagerung der Wand zu nichtlinearen Federkennlinien im Neigungszu stand. Es ist zu beobachten, daß die ölkannenartige Verfor mung, wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung oder Kupp lung festgelegt ist, bewirkt, daß die Wand knickt und auf äußerst nichtlineare Weise durch schnappt. Das führt zu beschleunigter baulicher Ermüdung und zu anschließendem Bruch. Dieses Verhalten ist bei einem Hubschrauberrotor auch deshalb unerwünscht, weil es die Steuerungseigenschaften nachteilig beeinflussen würde.

Zusätzlich zu der ölkannenartigen Verformung, die zum Knicken beiträgt, wird angenommen, daß das Knicken auf die Aus bildung einer flexiblen, fadengewickelten Drehmomentüber tragungsvorrichtung zurückzuführen ist, bei der ein Grad an Torsionssteifigkeit geopfert wird, um das Biegen der Dreh momentübertragungsvorrichtung zu gestatten. Es läßt sich beobachten, daß das Knicken bei einer flexiblen Drehmoment übertragungsvorrichtung als eine wellenartige Verformung oder Reihe von wellenartigen Verformungen auftritt, die sich in einem speichenartigen Muster von dem Mittelpunkt der Vorrich tung nach außen bewegen.

Die Randverstärkung ist bei der hier beschriebenen Drehmomentübertragungsvor richtung vorgesehen, um die Erscheinung der ölkannenartigen Verformung zu beseitigen. Die Randver stärkung ist eine Umfangsumwicklung aus Fasern (Band oder Roving), die in einem mehrkreisigen Muster aufgebracht wird, bis eine vollständige Schicht oder Lage der Fasern gewickelt worden ist. Vorzugsweise werden Fasern, wie beispielsweise Polyaramid- oder Graphitfasern, benutzt, die einen sehr nie drigen oder negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten c_L für die Randverstärkung haben, um die thermischen Eigenschaften der Vorrichtung auszugleichen. Die Randverstärkung kann ge wickelt werden, bevor die Anfangsschicht der Vorrichtung auf die Wickelform gewickelt wird oder nachdem die Anfangs schicht oder -schichten gewickelt worden sind. Die Randverstärkungsumfangsumwicklung ist in den Fig. 3, 5 und 6 dar gestellt. Fig. 5 zeigt ein dreikreisiges zurücklaufendes Muster, bei dem der Rand um die Wickelform 50 mit Faserband aus Verstärkungsfasern 60 in einem sich wiederholenden Muster in etwas weniger als 120°-Intervallen umwickelt wird, um eine Umfangsschicht her zustellen, und Fig. 6 zeigt ein vierkreisiges, zurücklaufen des Muster, bei dem der Rand um die Wickelform 50 mit Faser band aus Fasern 65 in einem sich wiederholenden Muster in etwas weniger als 90°-Intervallen umwickelt wird, um eine Umfangsschicht herzustellen. Eine wahlweise verwendbare Umwicklung ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die Verstärkungsfasern 70 um die Wickelform 50 unter einem Winkel zu und längs deren Radius zwi schen dem zentralen Loch und dem äußeren Rand gewickelt wer den; die Fasern 55 und 65 sind zu Vergleichszwecken ebenfalls dargestellt.

Der Zweck des Verstärkens der Wand der Drehmoment übertragungsvorrichtung mit Verstärkungsringen besteht darin, die Torsionssteifigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Zu nahme der Biegesteifigkeit der Wand zu minimie ren. Das ist kritisch, weil die größere Torsionssteifigkeit ohne größere Biegesteifigkeit verlangt wird, damit die bieg same Drehmomentübertragungsvorrichtung richtig arbeiten kann. Die Verstärkungsringe können auf einer speziellen Wickelform, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, separat gewickelt werden oder in die Wand selbst gewickelt werden. Die Ringe kön nen entweder an der oberen oder an der unteren Oberfläche der Wand befestigt werden oder verschachtelnd in die Wand der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der Darstellung in den Fig. 10A, 10B und 10C hineingewickelt werden. Es ist möglich, Verstärkungsringe in jeder Kombination vorzusehen, beispielsweise auf der oberen und auf der unteren Fläche, auf der oberen Fläche und verschachtelt mit der Wand, usw.

Die Verstärkungsringe werden fadengewickelt, und zwar unter Verwendung eines relativ schmalen Bandes oder Rovings. Das Band oder Roving wird eine Breite haben, die typisch etwa 1,27 mm bis etwa 25,4 mm und typischer etwa 1,27 mm bis etwa 12,7 mm beträgt. Das Band oder Roving wird eine Dicke von etwa 0,076 mm bis etwa 0,30 mm und typischer von etwa 0,15 mm bis etwa 0,30 mm haben. Die Fasern, die benutzt werden, um die Verstärkungs ringe zu wickeln, sind die gleichen Fasern, die oben zur Ver wendung beim Wickeln der Vorrichtung und des Verstärkungs randes erwähnt worden sind. Es ist vorgesehen, daß wenigstens ein Ring benutzt wird, um eine Wand zu verstärken und so die Drehsteifigkeit zu verbessern, typischer werden aber mehrere Ringe benutzt. Die Ringe werden variie rende Durchmesser und variierende Breiten haben, und zwar in Abhängigkeit von der Spannungskonzentration in dem beson deren Punkt in der Drehmomentübertragungsvorrichtung. Da rüber hinaus können die Ringe unterschiedliche Dicken haben, was ebenfalls von der Spannungskonzentration in einem be sonderen Punkt mit Abstand von dem Mittelpunkt der Dreh momentübertragungsvorrichtung abhängig ist. Es ist vorgese hen, daß die Ringe gemeinsam mit der Drehmomentübertragungs vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform ausgehärtet werden, es ist aber auch möglich, die Verstärkungsringe ge trennt von der Drehmomentübertragungsvorrichtung auszuhär ten und dann die Verstärkungsringe an der ausgehärteten Dreh momentübertragungsvorrichtung durch Kleben, usw. zu be festigen.

Wie oben erwähnt zeigen die Fig. 9, 10A, 10B und 10C ver schiedene Ausführungsformen der Drehmomentübertragungsvor richtung mit Verstärkungsringen. Der Querschnitt eines Verstärkungsringes kann vielfältige geo metrische Formen haben, was von den Spannungskonzentrationen in einem besonderen Punkt abhängig ist. Die variierenden geo metrischen Konfigurationen werden erzielt, indem die Breite des Rovings verändert wird, während der Ring gewickelt wird. Beispielsweise können Querschnitte hergestellt werden, die rechteckig, quadratisch, dreieckig oder kreisförmig sind. Die Verstärkungsringe werden mit ausreichender Zugspannung unter Verwendung einer herkömmlichen Fadenwickelvorrichtung auf einer Wickelform gewickelt, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Die Ringe können auch direkt auf die Wickelform gewickelt werden, die zum Wickeln der Drehmomentübertragungsvor richtung benutzt wird. Die Ringe sind zwar vorzugsweise kreis förmig, sie können jedoch andere Konfigurationen haben, bei spielsweise eine elliptische, dreieckige, quadratische, recht eckige.

Es ist kritisch, die Fasern mit ausreichender Zugspannung zu wickeln, um die Vorrichtung herzustellen, die knickbeständig ist und sich nicht ölkannenartig verformt. Typisch wird die Wickelzugspannung etwa 6,89 MPa bis etwa 68,95 MPa und vorzugsweise etwa 34,47 MPa betragen.

Die Anzahl der baulichen Schichten, die Anzahl der Randver stärkungsschichten und die Größe und die Anzahl der Ver stärkungsringe, die irgendeine besondere Drehmomentübertra gungsvorrichtung aufweist, werden von der Größe der Vorrich tung, der Belastung, der Winkelgeschwindigkeit und dem Nei gungs- oder Gelenkigkeitsgrad während des Neigens abhängig sein. Vorzugsweise sind mehr als eine bauliche Schicht vor gesehen, wenigstens eine Randverstärkungsschicht und wenig stens ein Verstärkungsring. Die Randverstärkungsschichten und die baulichen Schichten sowie die Verstärkungsringe kön nen in jeder Reihenfolge oder Kombination gewickelt werden. In einem Beispiel einer besonderen Ausführungsform sind die Randverstärkungsschichten 10 wahlweise mit den Kon struktions- oder baulichen Schichten 12 verschachtelt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Nachdem das Wickeln abgeschlos sen ist, kann eine zusätzliche Verstärkung aus Gewebe 11 wahlweise auf die äußere Oberfläche der Vorrichtung aufgebracht werden, um die Vorrichtung für die Befestigung gemäß der Darstel lung in Fig. 3 zu verstärken.

Das Gewebe wird typisch ein Gewebe aus Glasfaser, Kevlar® und Graphitfaser sein. Ein bevorzugtes Gewebe ist das Gewebe Kevlar® 49, das eine Dicke von etwa 0,30 mm hat. Das Gewebe ist vorzugsweise mit Kunstharz vorimprägniert, obgleich das Gewebe mit Kunstharz während der Verarbeitung im prägniert werden kann, wie es oben mit Bezug auf die Fasern erläutert worden ist.

Die in Segmente unterteilte Wickelform, die mit Fasern und Kunstharzmatrix umwickelt ist, wird dann in einer Formma schine unter ausreichender Wärme und ausreichendem Druck und für eine ausreichende Zeitspanne ausgehärtet, um die Kunstharzmatrix auszuhärten und der Vorrichtung die gewünsch te Form zu geben. Nach dem Abkühlen wird der hintere Teil der Vorrichtung wahlweise ausgeschnitten, um eine Randbe festigungseinrichtung zu schaffen, so daß ein Befestigungs flansch verbleibt, wenn die Vorrichtung als Hubschrauberna bendrehmomentübertragungsvorrichtung benutzt wird. Wenn sie als Drehmomentübertragungskupplung benutzt wird, wird die Rückseite nicht ausgeschnitten, um den Flansch herzustellen, und beide Seiten der sich ergebenden Vorrichtung werden sich gleichen oder identisch sein. Die in Segmente unterteilte metallische Wickelform wird zerlegt und entfernt, und der Gummiüberzug wird herausgezogen. Die Vorrichtung wird dann wahlweise um die zentrale Befestigungseinrichtung, bei der es sich um eine zentrale Nabe oder um Naben handeln kann, und/oder um den Flansch des Randes oder an anderer Stelle an der Vorrichtung durchbohrt, um Befestigungselemente auf zunehmen. Mit Durchbohren ist jedes Materialabtragungsver fahren wie beispielsweise Bohren, Stanzen, Brennen usw. ge meint. Darüber hinaus können die Löcher in die Vorrichtung gewickelt werden, indem Vorsprünge auf der Wickelformoberfläche an geordnet werden. Typisch ist der Aushärtezyklus, der für die Vorrichtungen benutzt wird, ein stufenweiser Zyklus, in wel chem die Temperatur schrittweise um 1°C pro Minute bis auf 177°C erhöht wird. Die Vorrichtung wird dann für etwa 2 h auf 177°C gehalten und dann mit einer Ge schwindigkeit von 1°C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt. Es ist auch wahlweise möglich, bei einer Tempe ratur von etwa 121°C auszuhärten. Der Druck, mit dem das Teil während des Aushärtezyklus beaufschlagt wird, be trägt typisch etwa 3,5-20,7 bar und vorzugs weise etwa 5,2 bar. Die Formvorrichtung, die be nutzt werden kann, um die Vorrichtung auszuhärten und zu formen, ist typisch für Wärme- und Druck formmaschinen bekannter Art und weist einen erhitzten Hohl raum auf, der in seiner Form den Oberflächen der Vorrichtung angepaßt ist, und eine Einrichtung zur Druckbeaufschlagung.

Der Faservolumenanteil der geformten Vorrichtung nach dem Abkühlen wird etwa 55 Vol.% bis etwa 65 Vol.% betragen.

Die Dickenverteilung der gewickelten und geformten Vorrich tung reicht aus, um eine akzeptable gleichmäßige Spannung ungefähr in der gesamten Vorrichtung zu erzielen. Typisch ist die Dicke der Vorrichtung nahe der zentralen Befestigungs einrichtung am größten, in der Wand geringer und im Rand größer.

Eine Ausführungsform der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach der Erfindung zur Verwendung in einer Hubschraubernaben baugruppe ist in Fig. 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Wand 8 auf, die einen Rand 2 und einen nach innen gedrehten Flansch 3 hat. Die Vorrich tung hat ein zentrales Durchgangsloch 4 zum Aufnehmen einer Welle. Die Vorrichtung hat Löcher 6 zum Aufnehmen von Steuer stangen, und Löcher 5 zum Befestigen der Vorrichtung an einer Welle. Die Vorrichtung hat Löcher 7 in dem Flansch 3 zur Be festigung. Die Vorrichtung hat den an der Wand 8 befestigten Verstärkungsring 15.

Die Konstruktionsschicht aus Fasern 12 ist mit der Schicht aus Verstärkungsfasern 10 und der Verstärkung aus Gewebe 11 dargestellt. Die Verstärkungs ringe 15 und 16 sind an der oberen und unteren Oberfläche der Wand 8 befestigt dargestellt.

Die Verwendung der Vorrichtung als Drehmomentübertragungswand in dem Rotor eines Drehflügelflugzeuges, beispielsweise eines Hubschraubers, ist in den Fig. 2A und 2B gezeigt. Ein Rotor wellenverbinder 24 ist mit einer Drehmomentübertragungswand 21 verbunden und treibt diese an. Die Drehmomentübertragungswand 21 ist durch eine Klammer 30 mit dem Rotorblatt 22 verbun den. An dem Rotorblatt 22 sind ein biegsamer Holm 31 und ein Torsionsrohr 29 angeformt. Der Blatteinstellwinkel wird durch eine Stoßstange 32 gesteuert, die auf einen Blattver stellarm 33 einwirkt, um das Torsionsrohr 29 zu drehen. Der biegsame Holm 31 verdreht sich, um dem Blatt zu gestatten, wahrend des normalen Betriebes des Rotors seinen Einstell winkel zu verändern. Ein Kardanlager 23 gestattet der Rotor nabe, sich um den Rotorwellenverbinder 24 infolge der verschiedenen Ein stellwinkel, die dem Blatt 22 gegeben werden, zu neigen. Ein Deckel 27 schützt den Rotor und gibt ihm ein aerodynamisches Profil. Aus den Fig. 2A und 2B ist zu erkennen, daß die Dreh momentübertragungswand 21 die Welle mit den Blättern ver bindet und dadurch das Drehmoment auf die Blätter überträgt, wogegen die Rotornabe 25 und das Kardanlager 23 die Zentri fugalkraft der Blätter aufnehmen und der Nabe gestatten sich zu neigen. Wenn sich die Rotornabe 25 neigt, muß sich die Drehmomentübertragungswand 21 ebenfalls neigen. Ein Neigungs anschlag 26 steuert den maximalen Neigungsgrad. An der Dreh momentübertragungswand 21 sind die Verstärkungsringe 36, 37 und 38 befestigt.

Eine Ausführungsform des Verbundkörpers zur Verwendung als Kraft kupplung (z.B. zum Kuppeln der Ausgangswelle eines Getriebes mit der Welle einer Maschine oder der Abtriebswelle eines Elektromotors mit einer Kreiselpumpe) ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt.

Der Verbundkörper 40 bildet eine hohle Scheibe, die eine erste im wesentlichen ebene Seite 41 und eine zweite, parallele, im wesentlichen ebene Seite 42 hat. Ein angeformter Rand 43 verbindet die ebene Seite 41 mit der ebenen Seite 42. Die ebene Seite 41 hat ein zentrales Durchgangsloch 43a zum Auf nehmen einer ersten Welle. Die ebene Seite 42 hat ein zentra les Durchgangsloch 44 zum Aufnehmen einer zweiten Welle. Die ebene Seite 41 hat eine im wesentlichen ebene Wand 45, die sich von dem Nabenabschnitt 46 zu dem Rand 43 erstreckt. Ebenso hat die ebene Seite 42 eine Wand 47, die sich von dem Nabenabschnitt 48 zu dem Rand 43 erstreckt. Die Nabenabschnitte 46 und 48 haben wahlweise Durchgangslöcher 49 für die Befestigung. An der im wesentlichen ebenen Seite 41 ist ein Verstärkungsring 52 befestigt, und an der im wesentlichen ebenen Seite 42 ist ein Verstärkungsring 53 befestigt.

Der Verbundkörper 40 kann wahlweise einen Rand 43 haben, der in Längsrichtung verlängert ist, so daß er eine zylindrische oder konische Form bildet. Das wird erreicht durch Ändern der Gestalt der Wickelform.

Das wahlweise Verschachteln der Verstärkungsfasern und der tangential gewickelten Fasern in dem Randabschnitt der Vor richtung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Fasern 12 der Konstruk tionsschichten 12 sind wie dargestellt mit den Verstär kungsfasern 10 verschachtelt. Die wahlweise vorhandene Verstärkung aus dem Gewebe 11 ist ebenfalls dargestellt.

Fig. 10A zeigt die Wand 8, an der die Verstärkungsringe 36a und 38a an der Innenoberfläche befestigt sind, wobei die Ver stärkungsringe 36a und 38a befestigt an der unteren und an der oberen Oberfläche der Wand 8 in Fig. 10C gezeigt sind. Fig. 10B zeigt die Ringe 36a und 38a verschachtelt mit der Wand 8. Eine Fadenwickelform 80 zum Wickeln eines Verstär kungsringes 98 ist in Fig. 11 gezeigt. Die Wickelform 80 weist eine drehbare Welle 86, ein erstes abnehmbares Seiten teil 88 und ein zweites abnehmbares Seitenteil 90 sowie ein inneres Teil 94 auf. Die Wickelform 80 wird zum Entnehmen des Ringes 98 zerlegt.

Die hier beschriebene Drehmomentübertragungsvorrichtung kann Löcher oder Hohlräume zur Aufnahme von Befestigungselementen, Steuerstangen usw. aufweisen. Die Löcher können durch her kömmliche Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Bohren, Stanzen, Brennen usw. Die Löcher können auch beim Wickeln hergestellt werden, indem Vorsprünge an der Wickel formoberfläche vorgesehen werden, um die die Fasern gewickelt werden, wodurch sich Bereiche der Vorrichtung ergeben, die frei von Fasern sind.

Die Drehmomentübertragungsvorrichtung ist allgemein zum Kuppeln einer mit hoher Drehzahl laufenden, ein hohes Drehmoment liefernden Welle mit einer sich drehenden Welle, einem sich drehenden Teil oder einer sich drehenden Baugruppe zum Antreiben dieser Welle, dieses Teils oder die ser Baugruppe verwendbar. Eine Welle kann ihre Längsmittel achse bis zu etwa 10° in bezug auf die Längsmittelachse der anderen Welle oder Baugruppe schräggestellt haben. Bei Ver wendung des Verbundkörpers als Kupplung statt als Drehmoment übertragungsvorrichtung in einer Hubschrauberrotorbaugruppe wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung so angepaßt, daß sie eine Welle sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rück seite aufnimmt. Das Herstellungsverfahren wird dem oben be schriebenen gleichen, mit der Ausnahme, daß die Rückseite nicht aufgeschnitten wird, um einen Flansch zu bilden, son dern gewickelt und ausgehärtet wird, um einen Nabenabschnitt mit einem zentralen Durchgangsloch zum Aufnehmen einer Wel le zu bilden, so daß die Vorrichtung auf jeder Seite an ei ner Welle befestigbar ist, um als flexible Drehmomentüber tragungskupplung zu dienen, wobei jede Seite einen Nabenab schnitt und ein Durchgangsloch haben wird.

Beispiel

Eine aus Fasern gewickelte Drehmomentübertragungsvorrich tung im Maßstab von ungefähr eins zu sechs zur Verwendung in einer Verbundhubschraubernabe wurde hergestellt durch Wickeln der Polyaramidfaser Kevlar 29® um eine Wickelform. Die Wickelform bestand aus einem inneren zerlegbaren und in Segmente unterteilten Metallring und einem äußeren Sili kongummiüberzug.

Eine einzelne Schicht aus dem Roving Kevlar 29® mit einer Breite von 13,97 mm wurde am Anfang um den Rand der Wickelform in einem siebenkreisigen, zurückweichenden Muster gewickelt, um die Randverstärkung herzustellen. Dann wurde eine einzelne Schicht Band um die Wickelform in einem elfkreisigen Muster gewickelt, um die Vorrichtung herzu stellen. Das Band war das Polyaramidfaserband Kevlar 29® mit einer Dicke von etwa 0,15 mm. Das Band war etwa 12,7 mm breit und bestand aus neun einzel nen Faserrovings. Das Band war mit der experimentellen Epoxyharzmatrix Nr. 1806 von American Cyanamid Co. impräg niert, das ein hohes Dehnvermögen hat. Das Band stammte ebenfalls von American Cyanamid Co. Die Faser zugspannung während des Wickelns wurde auf etwa 34,5 MPa eingestellt. Die Faserverstärkungsringe wurden von Sikorsky Aircraft hergestellt. Die Ringe hatten Durchmesser von 196,9 mm, 133,4 mm. Die Faser war ein Graphitfaserroving, vorimpräg niert mit der Kunstharzmatrix 5225 von American Cyanamid Co. Das Roving war 1,4 mm breit und 0,15 mm dick. Die Ringe waren 6,35 mm breit und 1,4 mm dick. Die Ringe wurden in die Vorrichtung durch Nach härtung mit FM-300-Klebstoff von American Cyanamid Co. eingebaut. Polyaramidge webe aus Kevlar® 29 wurde dann um den Randabschnitt gewickelt. Das Gewebe war mit der gleichen Kunstharzmatrix vor imprägniert. Das Gewebe hatte eine Dicke von 0,23 mm. Die Wickelform und die darauf gewickelte Vorrichtung wurden in eine Formmaschine eingesetzt, und die Vorrichtung wurde ausgehärtet durch Formen bei einem Druck von etwa 5,2 bar in einem stufenweisen Temperaturzyklus, in welchem die Temperatur schrittweise um etwa 1°C pro Minute auf etwa 177°C erhöht, auf 177°C für etwa 2 h gehalten und um 1°C pro Minute auf Raumtempe ratur abgekühlt wurde. Die Vorrichtung wurde um die zentrale Nabe und den Flansch durchbohrt, um Befestigungselemente aufzu nehmen. Die Rückseite der Vorrichtung wurde ausgeschnitten, um einen Flansch zu bilden, und die Wickelform und der Über zug wurden entfernt. Die Vorrichtung hatte einen Radius von 129 mm und ein zentrales inneres Loch mit einem Durchmesser von 26,7 mm. Die Vorrichtung hatte eine Dicke an der Nabe von etwa 3,8 mm und eine Dicke am Rand von 0,30 mm. Die Gesamttiefe der Vorrichtung betrug etwa 20,3 mm.

Die Vorrichtung wurde in einer im Maßstab 1/6 simulierten Hubschraubernabenbaugruppentestvorrichtung befestigt und mit einer Winkelgeschwindigkeit von etwa 1500 U/min in etwa 21 Millionen Zyklen unter Winkeln bis zu 8° ohne bauliches Versagen gedreht. Es wurde keine ölkannenartige Verformung beobachtet. Es wurde auch kein Knicken beobachtet.

Die Verbunddrehmomentübertragungsvorrichtung bildet eine Vorrichtung zum Kuppeln einer umlau fenden Antriebswelle, die Energie mit hohem Drehmoment und hoher Winkelgeschwindigkeit liefert, mit einer zweiten, an getriebenen Welle oder Baugruppe, wobei die Längsmittelachse der Wellen, der Welle oder der Baugruppe um bis zu etwa 10° gegen die andere Längsmittelachse schräggestellt sein kann. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung wird aus gewickel ten Kunstfasern und aus Kunstharzmatrix aufgebaut. Die mehr winkeligen Wickelmuster, die typisch benutzt werden, ergeben eine überwiegend radiale Faserausrichtung in den Umfangsab schnitten einer solchen Vorrichtung. Die variierenden Tem peraturen, denen diese Vorrichtungen in einem typischen An wendungsfall ausgesetzt sind, führen zu unterschiedlicher Wärmeausdehnung, insbesondere am Rand, wo das Epoxymaterial in der tangentialen Richtung dominiert. Das Ergebnis ist die Erscheinung der ölkannenartigen Verformung, bei der die nor malerweise ebene Wand eine konkave oder konvexe Form an nimmt, wenn sie nicht eingespannt ist. Wenn die Wand einge spannt ist, knickt oder beult sie sich, was nichtlineare Federkennlinien und vorzeitigen Ausfall ergibt. Bei der hier beschriebenen Vor richtung hat es sich gezeigt, daß durch Vorsehen der im wesentlichen tangentialen Verstärkungsfasern in dem Rand oder, wahlweise, in der gesamten Vorrichtung die Erscheinung der ölkannenartigen Verformung beseitigt wird, wodurch eine thermisch stabile Vorrichtung geschaffen wird, die biegsam ist und ein großes Drehmoment bei hoher Winkel geschwindigkeit übertragen kann.

Darüber hinaus können die Biegeerfordernisse einer flexiblen Drehmomentübertragungsvorrichtung zum Knicken oder Beulen der Vorrichtung bei Belastung mit hohem Drehmoment führen, das Vorsehen von aus Fasern gewickelten Verstärkungsringen führt aber zur Beseitigung oder zur wesentlichen Reduzierung des Knickens oder Beulens, wodurch die Lebensdauer, die Er müdungsbeständigkeit und die dynamische Stabilität verbessert werden.

Claims

1. Verbundkörper aus faserverstärkter Kunstharzmatrix, insbesondere zur Verwendung als Drehmomentübertragungswand in einer Drehflügelflugzeugnabe, mit einer kreisförmigen Wand (8), die einen Rand (2) mit einer Randbefestigungseinrichtung (3) und wenigstens einen Verstärkungsring (15) sowie eine zentrale Befestigungseinrichtung (4) aufweist, gekennzeichnet durch:
eine Kunstharzmatrix;
Fasern (12, 55), die mit ausreichender Zugspannung im wesentlichen tangential zu der zentralen Befestigungseinrichtung (4) in einem mehrkreisigen Muster zur Bildung der Wand (8) mit dem Rand (2) und dessen Befestigungseinrichtung (3) gewickelt sind;
Verstärkungsfasern (10, 60), die mit ausreichender Zugspannung im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt sind, um den Rand (2) des Verbundkörpers zu verstärken;
und wenigstens einen Verstärkungsring (15), der aus gewickelten Fasern gebildet ist und dessen Mittelpunkt zu der Wand (8) konzentrisch ist;
wobei der Körper durch Formen bei ausreichender Wärme und ausreichendem Druck ausgehärtet ist, so daß die Wand (8) des Körpers im wesentlichen uniplanar bleibt, wenn sie Spannungen ausgesetzt ist, die durch Temperaturänderungen verursacht werden, und der Körper bei Drehmomentbelastung beständig gegen Knicken oder Beulen ist.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (10, 12, 55, 60) Glasfasern, Graphitfasern, Polyaramidfasern oder Kombinationen derselben sind.

3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß ein mit Kunstharz imprägniertes synthetisches Gewebe (11) vor dem Aushärten um den gesamten Körper oder um einen Teil desselben gewickelt worden ist.

4. Verbundkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Gewebe (11) Glasfasern, Graphitfasern, Poly aramidfasern oder eine Kombination derselben enthält.

5. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich net durch mehrere Durchgangslöcher (5, 6) radial außerhalb des äußeren Umfangs der zentralen Befestigungseinrichtung (4) zum Aufnehmen von Stangen und Befestigungselementen.

6. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Fasern (10, 12, 55, 60) mit einer Zug spannung von etwa 34,5 MPa gewickelt sind.

7. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die zentrale Befestigungseinrichtung (4) ein Durchgangsloch zum Aufnehmen einer Welle aufweist.

8. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbefestigungseinrichtung (3) ein nach innen gedrehter Flansch ist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus faserverstärktem Kunstharz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere zur Verwendung als Drehmomentübertragungswand in einer Drehflügelflugzeugnabe, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Wickeln von mit Kunstharz imprägnierten Fasern auf eine Wickelform mit ausreichender Zugspannung im wesentlichen tangential zu einer zentralen Befestigungseinrichtung in einem mehrkreisigen Muster, um eine Wand herzustellen, die einen Rand und eine Randbefestigungseinrichtung hat,
Wickeln von mit Kunstharz imprägnierten Verstärkungsfasern im wesentlichen in Umfangsrichtung und mit ausreichender Zugspannung zum Verstärken des Randes des Körpers, wobei die Verstärkungsfasern wahlweise mit den tangentialen Fasern verschachtelt werden, und
Wickeln von mit Kunstharz imprägnierten Verstärkungsfasern auf im wesentlichen kreisförmige Weise, um wenigstens einen Verstärkungsring herzustellen, der konzentrisch auf der Wand oder in der Wand angeordnet ist, woraufhin der Körper durch Formen mit ausreichender Wärme und ausreichendem Druck ausgehärtet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Körper mehrere Durchgangslöcher radial außerhalb des äußeren Umfangs der zentralen Befestigungseinrichtung zum Aufnehmen von Teilen und Befestigungselementen gebildet werden, indem die Löcher entweder während des Wickelvorgangs in den Körper gewickelt werden oder nach dem Formprozeß hergestellt werden oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen hergestellt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Wickeln und vor dem Aushärten ein mit Kunstharz imprägniertes Gewebe um den gesamten Körper oder um einen Teil desselben gewickelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern, Graphitfasern, Polyaramidfasern oder eine Kombination daraus sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit einer Faserzugspannung von etwa 34,5 MPa gewickelt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Körpers zusätzlich ein zentrales Durchgangsloch zum Aufnehmen einer Welle hergestellt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbefestigungseinrichtung mit einem nach innen gedrehten Flansch versehen wird.

16. Verbundkörper aus faserverstärkter Kunstharzmatrix, insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentübertragungskupplung, mit einer hohlen Scheibe, die eine erste, im wesentlichen ebene Wandseite (41) und eine zweite, im wesentlichen ebene Wandseite (42) hat, wobei jede Wandseite eine zentrale Befestigungseinrichtung (46, 48) und wenigstens einen Verstärkungsring (52, 53) konzentrisch zu der axialen Mittelachse der Scheibe hat und wobei die Scheibe einen Umfangsrand (43) hat, der die Wandseiten (41, 42) miteinander verbindet, gekennzeichnet durch:
eine Kunstharzmatrix;
Fasern (55), die mit ausreichender Zugspannung im wesentlichen tangential zu der zentralen Befestigungseinrichtung (46, 48) in einem mehrkreisigen Muster zur Herstellung der Scheibe gewickelt sind;
Verstärkungsfasern (60), die mit ausreichender Zugspannung im wesentlichen in Umfangsrichtung gewickelt sind, um den Umfangs rand (43) des Körpers (40) zu verstärken; und
Fasern, die mit ausreichender Zugspannung auf im wesentlichen kreisförmige Weise zur Herstellung der Verstärkungsringe (52, 53) auf oder in den Wandseiten (41, 42) und konzentrisch zu diesen gewickelt sind; wobei der Körper (40) durch Formen mit ausreichender Wärme und ausreichendem Druck ausgehärtet ist, so daß die Wandseiten (41, 42) des Körpers (40) im wesentlichen uniplanar bleiben, wenn sie durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Spannungen ausgesetzt sind, und der Körper bei Drehmomentbelastungen knick- oder beulfest ist.

17. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Befestigungseinrichtung (4, 46, 48) eine Nabe aufweist, die durch Formen während des Aushärtevorgangs gebildet worden ist.

18. Verbundkörper nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fasern (55, 60) Glasfasern, Graphitfasern, Polyaramidfasern oder eine Kombination daraus sind.

19. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekenn zeichnet durch ein Fasergewebe (11), das vor dem Aushärten wenigstens um einen Teil der äußeren Oberfläche gewickelt ist.

20. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergewebe (11) Glasfasern, Graphitfasern oder Polyaramidfasern enthält.

21. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 16 bis 20, gekenn zeichnet durch mehrere Durchgangslöcher (49) radial außerhalb des äußeren Umfangs der zentralen Befestigungseinrichtung (46, 48) zum Aufnehmen von Teilen und Befestigungselementen.

22. Verbundkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugspannung etwa 34,5 MPa beträgt.

23. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 16 bis 22, gekenn zeichnet durch ein zentrales Durchgangsloch (44) zum Aufnehmen einer Welle.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsringe (52, 53) und die Verstärkungsfasern (60) wahlweise mit den tangentialen Fasern (55) verschachtelt sind.

25. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus faserverstärkter Kunstharzmatrix nach einem der Ansprüche 16 bis 24, insbesondere zur Verwendung als flexible Drehmomentübertragungskupplung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Wickeln von mit Kunstharz imprägnierten Fasern auf eine Wickelform im wesentlichen tangential zu einer zentralen Befesti gungseinrichtung mit ausreichender Faserzugspannung in einem mehrkreisigen Muster zum Herstellen einer Scheibe, die eine erste im wesentlichen ebene Wandseite mit einer zentralen Befestigungseinrichtung und eine zweite im wesentlichen ebene Wandseite mit einer zentralen Befestigungseinrichtung hat und einen Umfangsrand aufweist, der die Wandseiten miteinander verbindet,
Wickeln von mit Kunstharzmatrix imprägnierten Fasern mit ausreichender Zugspannung in Umfangsrichtung, um den Rand des Körpers zu verstärken, wobei die Verstärkungsfasern wahlweise mit den tangentialen Fasern verschachtelt werden, und
Herstellen wenigstens eines Verstärkungsringes für jede Wandseite durch Wickeln von mit Kunstharz imprägnierten Fasern auf im wesentlichen kreisförmige Weise, wobei die Ringe konzentrisch auf jeder Wandseite angeordnet oder wahlweise mit den tangentialen Fasern verschachtelt werden, woraufhin der Körper ausgehärtet wird durch Formen mit ausreichender Wärme und ausreichendem Druck.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Befestigungseinrichtung mit einer Nabe versehen und durch Formen während des Aushärtevorganges hergestellt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern, Graphitfasern, Polyaramidfasern oder eine Kombination daraus sind.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aushärten ein Fasergewebe wenigstens um einen Teil der äußeren Oberfläche des Körpers gewickelt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergewebe Glasfasern, Graphitfasern, Polyaramidfasern oder eine Kombination daraus enthält.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zusätzlich mit mehreren Durchgangslöchern radial außerhalb des äußeren Umfangs der zentralen Befestigungseinrichtung zum Aufnehmen von Teilen und Befestigungselementen versehen wird, wobei die Durchgangslöcher entweder während des Wickelvorgangs in den Körper gewickelt werden oder nach dem Aushärtevorgang in dem Körper hergestellt werden oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen hergestellt werden.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit einer Zugspannung von etwa 34,5 MPa gewickelt werden.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand in Längsrichtung ausgedehnt wird, um einen Hohlzylinder herzustellen.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Körpers in Längsrichtung so ausgedehnt wird, daß er eine konische Form erhält.