DE3733731A1

DE3733731A1 - Drive shaft

Info

Publication number: DE3733731A1
Application number: DE19873733731
Authority: DE
Inventors: Michael Tatomir
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1989-04-27

Abstract

In the case of a drive shaft in the form of a hollow shaft composed of a material with a modulus of elasticity considerably lower than that of metals such as steel, in particular one composed of fibre-reinforced plastic, vibration of the hollow shaft is reduced by constructing it from at least two concentrically arranged tubes (1, 2), with a torsionally rigid connection between their respective input and output ends and with a radial clearance between their walls between these two torsionally rigid connections. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 2.The invention relates to a drive shaft according to the preamble of Claims 1 and 2.

Eine derartige z.B. durch die DE-PS 33 20 760 bekannte Antriebswelle ausschließlich aus faserverstärktem Kunststoff macht bei längeren Wellensträngen (wie Kardanwellen) Abstützungen und Strangteilungen erforderlich, weil sonst die ungeteilte Antriebswelle im Betrieb bei hohen Drehzahlen zu Schwingungserscheinungen mit Resonanzgefahr neigt. Insoweit sind gemäß der DE-OS 30 49 117 zwar Verbesserungen erreichbar, jedoch nur durch eine Werkstoffverbundbauweise unter Verwendung eines kunststoffgefüllten Leichtmetallrohres, also durch den Verzicht auf eine Hohlform der Antriebswelle ausschließlich aus faserverstärktem Kunst stoff.Such a e.g. drive shaft known from DE-PS 33 20 760 exclusively made of fiber-reinforced plastic for longer Shaft strands (such as cardan shafts) supports and strand divisions required, because otherwise the undivided drive shaft during operation high speeds tend to vibrate with a risk of resonance. In this respect, improvements can be achieved according to DE-OS 30 49 117, however only by a composite material construction using a plastic-filled light metal tube, i.e. by dispensing with one Hollow shape of the drive shaft made exclusively of fiber-reinforced art material.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch unter gänzlichem Verzicht auf einen Werkstoff mit gegenüber Kunststoff relativ hohem Elastizitätsmodul eine schwingungsarme Antriebswelle der eingangs genannten Art zu schaffen.The invention is therefore based on the object, also under complete Dispensing with a material that is relatively high compared to plastic Elasticity module a low-vibration drive shaft of the input to create the kind mentioned.

Diese Aufgabe ist für eine gattungsgemäße Antriebswelle mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des nebengeordneten Patentanspruchs 2 gelöst. Dabei liegt beiden Lösungen einheitlich der Gedanke zugrunde, daß durch Aufteilung der Antriebswelle in mehrere konzentrische Wellenteile gleicher Wandungsdicke und unterschiedlichen Durchmessers diese im Betrieb nur nacheinander von innen nach außen ihre kritische Drehzahl erreichen und durchlaufen können, d.h. bei der erfindungsgemäßen Antriebswelle können Schwingungserscheinungen jeweils bloß an einem Teil-Rohr (bzw. -Querschnitt) auftreten, während zugleich das oder die übrigen Teil-Rohre in ihrem stabilen Drehzahlbereich umlaufen. Hierbei wird im Falle der eine gegenseitige Abstützung der Teil-Rohre bevorzugenden Lösung nach Patentanspruch 2 eine schwingungs mäßige Beeinflussung eines Teil-Rohres durch ein gerade mit seiner kritischen Drehzahl laufendes Teil-Rohr durch die Ausbildung des Stütz kerns als Schwingungsdämpfer, etwa in der im Unteranspruch 4 gekenn zeichneten baulich einfachen Weise, weitgehend ausgeschlossen. Diese Lösungsalternative kann schließlich durch die im Unteranspruch 3 gekenn zeichnete Weiterbildung, wie die Antriebswelle gemäß dem Patentanspruch 1, zur Übertragung höherer Drehmomente brauchbar gestaltet werden. Folglich ist auch bei der Antriebswelle nach dem Patentanspruch 1 ein schwingungsdämpfungsfähiger Stützkern zwischen den Rohren im Bereich zwischen den drehfesten Verbindungen nicht ausgeschlossen. Der Wellenan schluß läßt sich bei beiden Lösungen, weil sie die Beibehaltung der gewichtssparenden Bauform "Hohlwelle" sichern, etwa in der im Unteran spruch 5 gekennzeichneten Weise baulich besonders einfach realisieren.This task is for a generic drive shaft with the kenn Drawing features of claim 1 or the sibling Claim 2 solved. Both solutions are the same Thought based on the fact that by dividing the drive shaft into several concentric shaft parts of the same wall thickness and different The diameter of these in operation only one after the other from the inside out can reach and run through critical speed, i.e. in the Drive shaft according to the invention can each show vibrations occur only on a partial pipe (or cross-section) while at the same time that or the other partial pipes in their stable speed range circulate. Here, in the case of mutual support Partial-tube preferred solution according to claim 2 a vibration moderate influence of a partial pipe by a straight one with its critical speed running part-tube through the formation of the support core as a vibration damper, for example in the in claim 4 drew structurally simple, largely excluded. These Alternative solution can finally be identified by the subclaim 3 Drew further training, such as the drive shaft according to the claim 1, can be designed to transmit higher torques. Consequently, also in the drive shaft according to claim 1 Vibration-damping support core between the pipes in the area between the non-rotatable connections not excluded. The waves can be concluded with both solutions because they maintain the Secure weight-saving design "hollow shaft", for example in the lower one Say 5 marked way structurally particularly easy to implement.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung inThe invention is further elucidated below on the basis of exemplary embodiments explained. The drawing shows in

Fig. 1 bis 3 je einen Längsschnitt durch eine Hohlwelle. Fig. 1 to 3 each show a longitudinal section through a hollow shaft.

Allen drei dargestellten Ausführungsformen einer Hohlwelle ist ein Aufbau aus faserverstärktem Kunststoff gemeinsam, beispielsweise Glas fasern in einer Kunstharzmatrix. Dabei besteht jede Hohlwelle aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren 1 und 2 mit überwiegend unterschied lichem Durchmesser:All three illustrated embodiments of a hollow shaft have a structure made of fiber-reinforced plastic in common, for example glass fibers in a synthetic resin matrix. Each hollow shaft consists of two concentrically arranged tubes 1 and 2 with mostly different diameters:

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist je eine drehfeste Verbindung durch Kleben mit Formschluß der beiden Rohre 1 und 2 an den an- bzw. abtriebsseitigen Rohrenden sichergestellt, so daß nur hierzwischen ein radialer Abstand der beiden Rohrwandungen besteht.In the embodiment according to FIG. 1, a non-rotatable connection is ensured by adhesive bonding with positive locking of the two pipes 1 and 2 at the pipe ends on the drive and driven sides, so that there is only a radial distance between the two pipe walls between them.

Dagegen ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 das Außenrohr 2 etwa um die auf den Außendurchmesser des Innenrohres 1 verjüngten Rohrenden gekürzt und stattdessen über einen Stützkern 3 auf radialem Abstand zum Innenrohr 1 gehalten. Hierbei steht für einen an- und abtriebsseitigen Wellenanschluß nur das Innenrohr 1 zur Verfügung. Der Stützkern 3 besteht aus einem dämpfungsfähigen Werkstoff, vorzugsweise ein Hart schaumstoff wie Polyvinylchlorid o. dgl., so daß diese Ausführungsform der Hohlwelle besonders schwingungsarm ist. Allerdings ist das übertrag bare Drehmoment geringer als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit starrer Kopplung der Rohrenden.In contrast, 2, the outer tube 2 is in the embodiment of Fig. Approximately reduced by the taper on the outer diameter of the inner tube 1 and the tube ends instead of a support core 3 in a radial distance to the inner tube 1 is held. Here, only the inner tube 1 is available for an input and output shaft connection. The support core 3 consists of a damping material, preferably a hard foam such as polyvinyl chloride or the like, so that this embodiment of the hollow shaft is particularly low in vibration. However, the transferable torque is lower than in the embodiment according to FIG. 1 with rigid coupling of the pipe ends.

Schließlich sind diese beiden Ausführungsformen kombinierbar. Wie Fig. 3 zeigt, können auch bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 2 wie bei der jenigen gemäß Fig. 1 zusätzlich die Rohrenden des Außenrohres 2 auf den Außendurchmesser des Innenrohres 1 verjüngt und mit dessen Rohrenden unter Formschluß durch Kleben drehfest verbunden sein.Finally, these two embodiments can be combined. As shown in FIG. 3, can additionally be tapered in the jenigen shown in FIG. 1, the tube ends of the outer tube 2 to the outer diameter of the inner tube 1 and rotatably connected with the pipe ends to form end by gluing as shown in FIG. 2, also in an embodiment according.

Bei sämtlichen Ausführungsformen lassen sich für den Wellenanschluß in den Rohrenden des Innenrohres 1 einfache Anschlußbeschläge 4 beispiels weise aus Metall in üblicher Weise einsetzen und verankern.In all embodiments 1 simple terminal fittings 4 can be used as example of metal in conventional manner and anchored to the shaft connection in the pipe ends of the inner tube.

Claims

1. Drive shaft in the form of a hollow shaft made of a material with a compared to metals such as steel, much lower elasticity module, in particular made of fiber-reinforced plastic, characterized in that the hollow shaft consists of at least two concentrically arranged tubes ( 1 , 2 ), each with a rotationally fixed Connection between their drive or output-side pipe ends and with a radial distance between their walls between these two non-rotatable connections.

2. Drive shaft in the form of a hollow shaft made of a material with a much lower modulus of elasticity than metals, such as steel, in particular made of fiber-reinforced plastic, characterized in that the hollow shaft consists of at least two concentrically arranged and via a vibration-damping support core ( 3 ) at a radial distance its walls held tubes ( 1 , 2 ), with an input and output shaft connection is limited to the inner tube ( 1 ).

3. Drive shaft according to claim 2, characterized in that the tube ends of the outer tube ( 2 ) on the outer diameter of the inner tube ( 1 ) tapers and are non-rotatably connected to the tube ends under positive locking.

4. Drive shaft according to claim 2, characterized in that the support core ( 3 ) consists of a foam plastic, in particular a rigid foam.

5. Drive shaft according to claim 1 or 2, characterized in that in the tube ends of the inner tube ( 1 ) connection fittings ( 4 ) are inserted.