EP3353439A1 - Welleneinrichtung aus einem faser-kunststoff-verbund - Google Patents

Welleneinrichtung aus einem faser-kunststoff-verbund

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EP3353439A1
EP3353439A1 EP16766577.7A EP16766577A EP3353439A1 EP 3353439 A1 EP3353439 A1 EP 3353439A1 EP 16766577 A EP16766577 A EP 16766577A EP 3353439 A1 EP3353439 A1 EP 3353439A1
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EP
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shaft portion
shaft
fiber
inner shaft
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16766577.7A
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English (en)
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Inventor
Helmut Schürmann
Barbara Höring
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Horiba Europe GmbH
Original Assignee
Horiba Europe GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D3/50—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C2208/20—Thermoplastic resins
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    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0034—Materials; Production methods therefor non-metallic
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/006—Materials; Production methods therefor containing fibres or particles

Definitions

  • the invention relates to a shaft device for transmitting a torque.
  • the shaft device can be used in a test stand.
  • Shaft devices serve to transmit torques and can be used, for example, in test stands to transmit a torque flow between a load or drive device on the one hand and a test object, for example an internal combustion engine or a brake, on the other hand.
  • a test object for example an internal combustion engine or a brake
  • the invention has for its object to provide a shaft device, which consists at least partially of a fiber-plastic composite and in which an improved damping can be achieved.
  • a shaft device with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
  • Such a shaft device can be advantageously used in particular in a test bench device.
  • a shaft means comprises an inner shaft portion of a fiber-plastic composite (FKV), an outer shaft portion of a fiber-plastic composite surrounding the inner shaft portion over an overlap region, and a groove formed between the inner shaft portion and the outer shaft portion in the overlap region on, where at least partially a layer of thermoplastic urethane (TPU) is provided in the joint.
  • FKV fiber-plastic composite
  • TPU thermoplastic urethane
  • the inner shaft section and the outer shaft section thus overlap in the overlapping area over a certain length, so that the gap is formed between them.
  • This gap is cylindrical and can be at least partially filled with TPU.
  • Thermoplastic urethane belongs to the group of thermoplastic elastomers (also referred to as elastoplasts). These are plastics that behave at room temperature comparable to the classic elastomers, but can be plastically deformed under heat supply and thus show a thermoplastic behavior. TPU is thus a thermoplastic urethane-based elastomer.
  • damping properties can be achieved.
  • the fiber-plastic composite allows a very low weight of the shaft device.
  • TPU in contrast to conventional elastomers on a high shear resistance and is therefore particularly suitable as a damping layer.
  • the length of the joint that is, the overlapping area in which a TPU layer is formed, can be reduced.
  • the outer shaft section may be formed as a hollow shaft, so that the inner shaft section can be easily accommodated or pushed in at least partially in the hollow area.
  • the inner shaft portion may be formed as a hollow shaft, on the one hand to save weight and on the other hand to allow easy production of the inner shaft portion of FKV.
  • a fiber-plastic composite for example, a fiber-reinforced plastic or a fiber composite plastic can be understood. It is a material consisting of reinforcing fibers and a plastic matrix. The matrix surrounds the fibers by adhesive or cohesive forces the matrix are bound. By using fiber materials, fiber-plastic composites have a direction-dependent elasticity behavior.
  • Suitable fibers are inorganic reinforcing fibers, such as glass fibers, or in particular organic reinforcing fibers, such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, etc. FKV materials are known, so that at this point a further explanation is unnecessary.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the bonding surfaces between the layer of thermoplastic urethane and the respective associated shaft sections may at least partially identify a layer of an adhesive. It has been found that the joining of the fiber-plastic composite, in particular a CFRP, with the TPU layer proves to be problematic. With the help of the adhesive, it is possible to permanently and reliably connect the TPU layer with the FRP material of the shaft sections. Accordingly, it is expedient if the TPU layer is adhered to the FKV shaft sections at least partially with the aid of the adhesive.
  • the inner shaft portion and the outer shaft portion may form a longitudinal compression bandage.
  • the excess of the inner shaft section can be only a few thousandths or hundredths of a millimeter.
  • the inner shaft section and the outer shaft section are joined together axially and the TPU layer lying between them is pressed in. This already creates a solid bond, consisting of inner shaft section, TPU layer and outer shaft section.
  • the two above-mentioned joining principles namely the bonding of the TPU layer on the one hand and the longitudinal compression bandage on the other hand, can also be combined with one another in order to achieve a particular strength.
  • a transverse compression bandage is also possible, and this also can be combined with the bonding of the TPU layer.
  • multiple pairs of an inner shaft portion and a with this inner shaft portion via a layer of thermal plastic urethane associated outer shaft portion may be provided, wherein the pairings are arranged coaxially with each other and wherein by the pairings a torque to be transmitted from the shaft means is transferable.
  • a torque to be transmitted from the shaft means is transferable.
  • multiple pairings of an inner shaft portion and an outer shaft portion are provided which forward the torque to be transmitted.
  • a TPU layer is provided in the joint between the inner and outer shaft sections.
  • some of the shaft sections can each be connected to two other shaft sections which overlap in a corresponding overlapping area.
  • an inner shaft portion may be connected to two outer shaft portions, and vice versa.
  • two inner shaft sections are provided which are interconnected by a common outer shaft section, wherein a layer of TPU is provided in the joints between each one of the inner shaft sections and the outer shaft section.
  • a layer of TPU is provided in the joints between each one of the inner shaft sections and the outer shaft section.
  • the shaft connection described can advantageously be used in a test bench device for testing a test object.
  • the test rig device can have a load or drive device, such as a dynamometer, an eddy current brake, etc., which can be coupled to a test object at a coupling point.
  • the test object may be an engine, a brake or an entire drive train.
  • a shaft connection may be provided, which may have a shaft device of the type described above.
  • the shaft device may comprise shaft sections made of FKV with TPU layers arranged therebetween.
  • Fig. 1 is a sectional view of a shaft device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view of a shaft device according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a section of a section of a shaft device, with an inner shaft section 1 and an outer shaft section 2.
  • the inner shaft portion 1 and the outer shaft portion 2 are made of a fiber-plastic composite (FKV).
  • FKV fiber-plastic composite
  • CFRP carbon fiber-reinforced plastic
  • the outer shaft portion 2 is designed as a hollow shaft, so that the likewise designed as a hollow shaft inner shaft portion 1 overlaps over a certain range, the so-called overlap area Ü.
  • a gap 3 is formed, in which a layer 4 of a thermoplastic urethane (TPU) is provided.
  • TPU thermoplastic urethane
  • the TPU layer 4 extends over the entire length of the joint 3, that is, over the entire overlapping area Ü.
  • the joint 3 and accordingly also the TPU layer 4 are formed in the example shown in a hollow cylinder.
  • FIG. 2 shows another embodiment, wherein the same or similar elements to FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • the shaft device shown in Figure 2 has two inner shaft portions, namely the inner shaft portion 1 in the left half of the image and the inner shaft portion 1 'in the right part of the image. Both inner shaft sections 1, 1 'are coupled to the common outer shaft section 2 via a respective TPU layer 4, 4'. Also in this case, the shaft sections 1, 1 ', 2 made of a FRP material, such as CFRP.
  • joints are formed, which in FIG. 2 are identified by the reference symbols 3 (for the joint shown in the left-hand part of the figure) and 3' (FIG. for the joint shown in the right part of the picture) are provided.
  • suitable damping properties can be achieved by dimensioning the TPU layer 4 or 4 '.
  • the joint length between the inner shaft section 1 and the outer shaft section 2, that is to say the overlapping region U can be made relatively short, as can be seen in particular in FIG.
  • the series connection of two TPU layers 4, 4 'shown in FIG. 2 can also be continued further, so that the forces are conducted over a plurality of TPU elements or TPU layers.
  • the fact that the respective overlapping area Ü in the TPU layers 4, 4 'can be kept short opens up further scope for design.
  • the joining process when manufacturing the shaft device can be simplified because the shaft sections do not have to be joined over a longer overlapping area Ü.
  • TPU and CFRP are difficult to match. Therefore, it may be useful if in the connecting surfaces between a respective TPU layer 4 and the respective shaft portion to be connected (inner shaft sections 1, 1 ', outer shaft section 2) an adhesive bond is formed.
  • a pressure overlay in addition to the adhesive bond, can be achieved by a longitudinal compression bandage.
  • a longitudinal compression bandage it may be expedient if the inner shaft section 1 an oversize opposite to the inner diameter of the outer shaft portion 2, so that the corresponding pressure forces are generated.
  • a transverse compression bandage is also possible.

Abstract

Eine Welleneinrichtung weist einen inneren Wellenabschnitt (1) aus einem Faser-Kunststoff- Verbund und einen den inneren Wellenabschnitt (1) über einen Überlappungsbereich (Ü) umschließenden äußeren Wellenabschnitt (2) aus einem Faser-Kunststoff-Verbund auf. Zwischen dem inneren Wellenabschnitt (1) und dem äußeren Wellenabschnitt (2) ist in dem Überlappungsbereich (Ü) eine Fuge (3) ausgebildet, wobei in der Fuge (3) wenigstens teilweise eine Schicht aus Thermoplastischem Urethan (TPU) vorgesehen ist. Mit Hilfe der TPU-Schicht können die Dämpfungseigenschaften der Welleneinrichtung eingestellt werden.

Description

WELLENEINRICHTUNG AUS EINEM FASER-KUNSTSTOFF-VERBUND
Die Erfindung betrifft eine Welleneinrichtung zum Übertragen eines Drehmoments. Insbesondere kann die Welleneinrichtung in einem Prüfstand eingesetzt werden. Welleneinrichtungen dienen zum Übertragen von Drehmomenten und können zum Beispiel in Prüfständen dazu genutzt werden, einen Drehmomentfluss zwischen einer Last- bzw. Antriebseinrichtung einerseits und einem Prüfling, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor oder einer Bremse, anderseits zu übertragen. Aus der DE 10 201 1 1 12 708 AI ist es bekannt, eine Wellenverbindung zu verwenden, bei der ein Wellenkörper und ein Anschlussflansch aus einem Faser- Kunststoff- Verbund (FKV) bestehen.
Durch die Nutzung von Faser-Kunststoff- Verbunden zur Drehmomentübertragung kann das Massenträgheitsmoment reduziert werden, was sich auf die Dynamik des Gesamtsystems vorteilhaft auswirken kann. Allerdings weisen Wellenverbindungen aus einem Faser-Kunststoff- Verbund für viele Anwendungen eine nur unzureichende Dämpfung auf. Zur Erhöhung der Dämpfung müssen in diesen Fällen zusätzliche Dämpfungselemente, wie zum Beispiel Schwingungstilger oder Gum- mikupplungen in den Wellenstrang integriert werden, um die gewünschte Dämpfung zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welleneinrichtung anzugeben, die zumindest teilweise aus einem Faser-Kunststoff- Verbund besteht und bei der eine verbesserte Dämpfung erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Welleneinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Eine derartige Welleneinrichtung kann insbesondere in einer Prüfstandsvorrichtung vorteilhaft eingesetzt werden.
Eine Welleneinrichtung weist einen inneren Wellenabschnitt aus einem Faser- Kunststoff- Verbund (FKV), einen den inneren Wellenabschnitt über einen Überlappungsbereich umschließenden äußeren Wellenabschnitt aus einem Faser- Kunststoff- Verbund, und eine zwischen dem inneren Wellenabschnitt und dem äußeren Wellenabschnitt in dem Überlappungsbereich ausgebildete Fuge auf, wo- bei in der Fuge wenigstens teilweise eine Schicht aus Thermoplastischem Urethan (TPU) vorgesehen ist.
Der innere Wellenabschnitt und der äußere Wellenabschnitt überlappen sich so- mit in dem Überlappungsbereich über eine bestimmte Länge, so dass zwischen ihnen die Fuge gebildet wird. Diese Fuge ist zylindrisch ausgebildet und kann wenigstens teilweise mit TPU ausgefüllt sein. Über die Gestaltung der Fuge und die Ausfüllung mit TPU können die Dämpfungseigenschaften des Gesamtsystems eingestellt werden.
Thermoplastisches Urethan gehört zu der Gruppe der thermoplastischen Elastomere (auch als Elastoplaste bezeichnet). Dabei handelt es sich um Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein thermo- plastisches Verhalten zeigen. TPU ist somit ein thermoplastisches Elastomer auf Urethan-Basis.
Je nach Dimensionierung der Fuge, insbesondere der Höhe bzw. Dicke der Fuge, und der axialen Länge der TPU-Schicht sowie den Eigenschaften des TPU- Materials selbst können definierte Dämpfungseigenschaften erreicht werden.
Der Faser-Kunststoff- Verbund ermöglicht ein sehr niedriges Gewicht der Welleneinrichtung. TPU weist im Gegensatz zu üblichen Elastomeren eine hohe Schubfestigkeit auf und eignet sich damit besonders als Dämpfungsschicht. Durch die Verwendung von TPU kann darüber hinaus die Fügelänge, also der Überlappungsbereich, in dem eine TPU-Schicht ausgebildet ist, reduziert werden.
Der äußere Wellenabschnitt kann als Hohlwelle ausgebildet sein, so dass sich der innere Wellenabschnitt leicht wenigstens teilweise in dem Hohlbereich unterbrin- gen bzw. einschieben lassen kann.
Ebenso kann auch der innere Wellenabschnitt als Hohlwelle ausgebildet sein, um einerseits Gewicht zu sparen und um anderseits eine einfache Fertigung des inneren Wellenabschnitts aus FKV zu ermöglichen.
Unter einem Faser-Kunststoff- Verbund kann zum Beispiel ein faserverstärkter Kunststoff oder ein Faserverbund-Kunststoff verstanden werden. Dabei handelt es sich um einen Werkstoff, bestehend aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoff- Matrix. Die Matrix umgibt die Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Matrix gebunden sind. Durch die Verwendung von Faserwerkstoffen haben Faser-Kunststoff- Verbünde ein richtungsabhängiges Elastizitätsverhalten.
Als Fasern eignen sich anorganische Verstärkungsfasern, wie Glasfasern, oder insbesondere organische Verstärkungsfasern, wie Aramid-Fasern, Kohlenstoff- Fasern, Polyester-Fasern etc. FKV-Materialien sind bekannt, so dass sich an dieser Stelle eine weitere Erläuterung erübrigt.
Für die hier erörterte Welleneinrichtung hat sich insbesondere ein Carbonfaser- verstärkter Kunststoff (CFK) als geeignet erwiesen.
Die Verbindungsflächen zwischen der Schicht aus Thermoplastischem Urethan und den jeweils zugeordneten Wellenabschnitten können wenigstens teilweise eine Schicht aus einem Klebstoff ausweisen. Es hat sich erwiesen, dass das Verbinden des Faser-Kunststoff- Verbundes, insbesondere eines CFK, mit der TPU-Schicht als problematisch erweist. Mit Hilfe des Klebstoffs ist es möglich, die TPU-Schicht dauerhaft und zuverlässig mit dem FKV-Material der Wellenabschnitte zu verbinden. Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn die TPU-Schicht zumindest teilweise mit Hilfe des Klebstoffs an die FKV- Wellenabschnitte angeklebt ist.
Der innere Wellenabschnitt und der äußere Wellenabschnitt können einen Längs- pressverband bilden. Das bedeutet, dass der Außendurchmesser des inneren Wellenabschnitts vor dem Fügen etwas größer ist als der Innendurchmesser des äußeren Wellenabschnitts. Das Übermaß des inneren Wellenabschnitts kann dabei nur wenige Tausendstel oder Hundertstel Millimeter betragen. Durch das Längspressen werden der innere Wellenabschnitt und der äußere Wellenabschnitt axial ineinander gefügt und die dazwischen liegende TPU-Schicht eingepresst. Bereits dadurch entsteht ein fester Verbund, bestehend aus innerem Wellenabschnitt, TPU-Schicht und äußerem Wellenabschnitt.
Die beiden oben genannten Fügeprinzipien, nämlich das Verkleben der TPU- Schicht einerseits und der Längspressverband andererseits können auch miteinander kombiniert werden, um eine besondere Festigkeit zu erreichen. Als Alternative zu dem Längspressverband ist auch ein Querpressverband möglich, wobei auch dieser mit dem Verkleben der TPU-Schicht kombinierbar ist.
Bei einer Variante können mehrere Paarungen aus einem inneren Wellenabschnitt und einem mit diesem inneren Wellenabschnitt über eine Schicht aus Thermo- plastischem Urethan verbundenen äußeren Wellenabschnitt vorgesehen sein, wobei die Paarungen koaxial zueinander angeordnet sind und wobei durch die Paarungen ein von der Welleneinrichtung zu übertragendes Drehmoment übertragbar ist. Somit sind in einer mechanischen Reihenschaltung mehrere Paarungen aus einem inneren Wellenabschnitt und einem äußeren Wellenabschnitt vorgesehen, die das zu übertragende Drehmoment weiterleiten. In der Fuge zwischen den inneren und äußeren Wellenabschnitten ist jeweils eine TPU-Schicht vorgesehen. Dabei können einige der Wellenabschnitte jeweils mit zwei anderen, in einem entsprechenden Überlappungsbereich überlappenden Wellenabschnitten verbunden sein. So kann ein innerer Wellenabschnitt mit zwei äußeren Wellenabschnitten verbunden sein, und umgekehrt.
Bei einer Ausführungsform sind zwei innere Wellenabschnitte vorgesehen, die durch einen gemeinsamen äußeren Wellenabschnitt miteinander verbunden sind, wobei in den Fugen zwischen jeweils einem der inneren Wellenabschnitte und dem äußeren Wellenabschnitt eine Schicht aus TPU vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich mit einem sehr kompakten Aufbau erreichen, dass auch eine größere Menge an TPU bzw. ein größerer (Gesamt-)Überlappungsbereich erreicht werden kann, in dem eine TPU-Schicht ausgebildet ist. Da die Dämpfungseigenschaften ganz überwiegend allein durch die TPU-Schicht bestimmt werden, können auf diese Weise durch die entsprechende Ausgestaltung die Dämpfungswerte in einem weiten Bereich erreicht werden.
Durch Aufteilung der TPU-Schichten auf mehrere Paarungen von Wellenabschnit- ten ist es möglich, die jeweiligen Überlappungsbereiche mit einer kurzen axialen Länge zu gestalten. Dadurch wird die Fertigung, insbesondere das Fügen der Wellenabschnitte vereinfacht.
Die beschriebene Wellenverbindung kann vorteilhaft in einer Prüfstandsvorrich- tung zum Prüfen eines Prüflings eingesetzt werden. Die Prüfstandsvorrichtung kann eine Last- oder Antriebseinrichtung, wie zum Beispiel ein Dynamometer, eine Wirbelstrombremse etc. , aufweisen, die mit einem Prüfling an einer Koppelstelle koppelbar ist. Bei dem Prüfling kann es sich um einen Motor, eine Bremse oder um einen ganzen Antriebsstrang handeln. In dem Drehmomentfluss zwischen der Last- oder Antriebseinrichtung einerseits und der Koppelstelle anderseits kann eine Wellenverbindung vorgesehen sein, die eine Welleneinrichtung der oben beschriebenen Art aufweisen kann. Insbesondere kann die Welleneinrichtung Wellenabschnitte aus FKV mit dazwischen angeordneten TPU-Schichten aufweisen. Mit Hilfe der Dimensionierung und Gestaltung der TPU-Schichten ist es möglich, das Dämpfungsverhalten der Wellenverbindung in einem Bereich einzustellen, der für die Anforderungen des Prüfstands geeignet ist. Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Welleneinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Welleneinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Figur 1 zeigt in Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einer Welleneinrichtung, mit einem inneren Wellenabschnitt 1 und einem äußeren Wellenabschnitt 2.
Der innere Wellenabschnitt 1 und der äußere Wellenabschnitt 2 bestehen aus einem Faser-Kunststoff- Verbund (FKV). Dabei hat sich insbesondere ein Carbonfa- ser-verstärkter Kunststoff (CFK) als geeignet erwiesen.
Der äußere Wellenabschnitt 2 ist als Hohlwelle ausgeführt, so dass der ebenfalls als Hohlwelle ausgebildete innere Wellenabschnitt 1 über einen bestimmten Bereich, den sogenannten Überlappungsbereich Ü überlappt.
Zwischen dem inneren Wellenabschnitt 1 und dem äußeren Wellenabschnitt 2 ist eine Fuge 3 ausgebildet, in der eine Schicht 4 aus einem Thermoplastischen Urethan (TPU) vorgesehen ist. Die TPU-Schicht 4 erstreckt sich in dem in Figur 1 gezeigten Bereich über die vollständige Länge der Fuge 3, also über den gesamten Überlappungsbereich Ü. Ebenso ist es aber auch möglich, dass nur ein Teil der Fuge 3 mit der TPU-Schicht 4 ausgefüllt ist, bzw. dass mehrere TPU-Schichten axial zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Fuge 3 und dementsprechend auch die TPU-Schicht 4 sind in dem gezeigten Beispiel hohlzylindrisch ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform, wobei zu Figur 1 gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die in Figur 2 gezeigte Welleneinrichtung weist zwei innere Wellenabschnitte auf, nämlich den inneren Wellenabschnitt 1 in der linken Bildhälfte und den inneren Wellenabschnitt 1 ' im rechten Bildteil. Beide innere Wellenabschnitte 1 , 1 ' sind mit dem gemeinsamen äußeren Wellenabschnitt 2 über eine jeweilige TPU-Schicht 4, 4' gekoppelt. Auch in diesem Fall sind die Wellenabschnitte 1 , 1 ' , 2 aus einem FKV-Material, z.B. CFK, hergestellt.
Zwischen den jeweiligen Paaren von Wellenabschnitten 1 , 1 ' , 2 sind - wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 - Fugen ausgebildet, die in Fig. 2 mit den Bezugszei- chen 3 (für die im linken Bildteil gezeigte Fuge) und 3' (für die im rechten Bildteil gezeigte Fuge) versehen sind.
Je nach Ausgestaltung einer derartigen Welleneinrichtung können durch Dimensionierung der TPU-Schicht 4 bzw. 4' geeignete Dämpfungseigenschaften erreicht werden.
Aufgrund der hohen Schubfestigkeit von TPU kann die Fügelänge zwischen innerem Wellenabschnitt 1 und äußerem Wellenabschnitt 2, also der Überlappungsbereich Ü relativ kurz gestaltet werden, wie insbesondere in Figur 2 erkennbar.
Die in Figur 2 gezeigte Reihenschaltung von zwei TPU-Schichten 4, 4' kann auch noch weiter fortgeführt werden, so dass die Kräfte über mehrere TPU-Elemente bzw. TPU-Schichten geleitet werden. Dadurch, dass der jeweilige Überlappungsbereich Ü bei den TPU-Schichten 4, 4' kurz gehalten werden kann, eröffnen sich weitere Gestaltungsspielräume. Darüber hinaus kann der Fügevorgang beim Fertigen der Welleneinrichtung vereinfacht werden, da die Wellenabschnitte nicht über einen längeren Überlappungsbereich Ü gefügt werden müssen.
Es hat sich herausgestellt, dass sich TPU und CFK nur schwer miteinander fügen lassen. Daher kann es sinnvoll sein, wenn in den Verbindungsflächen zwischen einer jeweiligen TPU-Schicht 4 und dem jeweiligen zu verbindenden Wellenabschnitt (innere Wellenabschnitte 1 , 1 ' , äußerer Wellenabschnitt 2) eine Klebver- bindung gebildet ist.
In einem zweiten Fertigungsschritt kann zusätzlich zu der Klebeverbindung eine Drucküberlagerung durch einen Längspressverband erreicht werden. Für diesen Fall kann es zweckmäßig sein, wenn der innere Wellenabschnitt 1 ein Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des äußeren Wellenabschnitts 2 aufweist, damit die entsprechenden Druckkräfte erzeugt werden. Alternativ zu dem Längs- pressverband ist auch ein Querpressverband möglich. Durch das Einbringen der TPU-Schicht kann eine Erhöhung der Dämpfung und damit eine Änderung der dynamischen Eigenschaften des Gesamtsystems erreicht werden. Insbesondere lassen sich die Dämpfungseigenschaften und die Torsions- steifigkeit des Gesamtsystems gezielt einstellen.

Claims

Patentansprüche
1 . Welleneinrichtung, mit
einem inneren Wellenabschnitt ( 1 ) aus einem Faser-Kunststoff- Verbund; einem den inneren Wellenabschnitt ( 1 ) über einen Überlappungsbereich (Ü) umschließenden äußeren Wellenabschnitt (2) aus einem Faser-Kunststoff- Verbund; und mit
einer zwischen dem inneren Wellenabschnitt ( 1 ) und dem äußeren Wellenabschnitt (2) in dem Überlappungsbereich (Ü) ausgebildete Fuge (3);
wobei
- in der Fuge (3) wenigstens teilweise eine Schicht (4) aus Thermoplastischem
Urethan (TPU) vorgesehen ist.
2. Welleneinrichtung nach Anspruch 1 , wobei der äußere Wellenabschnitt (2) als Hohlwelle ausgebildet ist.
3. Welleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der innere Wellenabschnitt ( 1 ) als Hohlwelle ausgebildet ist.
4. Welleneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fa- ser-Kunststoff- Verbund ausgewählt ist aus der Gruppe Carbonfaser-verstärkter
Kunststoff (CFK), Glasfaser-Verbundwerkstoff, Mineralfaser-Verbundwerkstoff, Keramikfaser-Verbundwerkstoff, Aramidfaser-Verbundwerkstoff, Kunststofffaser- Verbundwerkstoff, Naturfaser-Verbundwerkstoff.
5. Welleneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Verbindungsfläche zwischen der Schicht (4) aus Thermoplastischem Urethan und einem zugeordneten Wellenabschnitt ( 1 , 2) wenigstens teilweise eine Schicht aus einem Klebstoff aufweist.
6. Welleneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der innere Wellenabschnitt ( 1 ) und der äußere Wellenabschnitt (2) einen Längspressver- band und/ oder einen Querpressverband bilden.
7. Welleneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- mehrere Paarungen aus einem inneren Wellenabschnitt ( 1 ) und einem mit diesem inneren Wellenabschnitt ( 1 ) über eine Schicht (4) aus Thermoplastischem Urethan verbundenen äußeren Wellenabschnitt (2) vorgesehen sind; die Paarungen koaxial zueinander angeordnet sind; und wobei durch die Paarungen ein von der Welleneinrichtung zu übertragendes Drehmoment übertragbar ist.
8. Welleneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
zwei innere Wellenabschnitte ( 1 , 1 ') vorgesehen sind, die durch einen gemeinsamen äußeren Wellenabschnitt (2) miteinander verbunden sind; und wobei in den Fugen (3, 3') zwischen jeweils einem der inneren Wellenabschnitte ( 1 , 1 ') und dem äußeren Wellenabschnitt (2) eine Schicht (4, 4') aus Thermoplastischem Urethan vorgesehen ist.
9. Prüfstandsvorrichtung zum Prüfen eines Prüflings, mit
einer Last- oder Antriebseinrichtung;
einer Koppelstelle, an der der Prüfling ankoppelbar ist; und mit
einer in dem Drehmomentfluss zwischen der Last- oder Antriebseinrichtung einerseits und der Koppelstelle andererseits vorgesehenen Wellenverbindung; wobei
die Wellenverbindung eine Welleneinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
EP16766577.7A 2015-09-21 2016-09-19 Welleneinrichtung aus einem faser-kunststoff-verbund Withdrawn EP3353439A1 (de)

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