SE441383B - Forsterkt ihalig konstruktion for overforing av vridmoment - Google Patents

Description

810014-47-5 genom en kombinerad bärlager- och ramkonstruktion. Användningen av den kombinerade bärlager- och ramkonstruktionen ökar vikten och kostnaden för hela drivaxeln beroende på de extra delar som erfordras och den arbetsinsats som behövs för deras instal- lation.

För att undanröja de ovannämnda svårigheterna har ihå- liga konstruktioner, såsom drivaxel, tillverkats med användande av sammansatta material eller så kallade kompositmaterial. Så- dana material är typiskt framställda av en hartsartad grundmas- sa eller matris förstärkt med skikt av trådformigt material, såsom Kevlar-, bor- eller kolfibrer. Dessa sammansatta ihåliga delar har emellertid inte varit helt tillfredsställande. Fastän de är lätta och har förmåga att ge styvhet åt axeln, så har sam- mansatta ihåliga delar ändock inte varit tillfredsställande med hänsyn till sin förmåga att överföra torsionsbelastningar.

Därtill kommer att det sammansatta materialet eller komposit- materialet är utsatt för risken att skadas av främmande föremål och för miljöpåverkan. I detta hänseende gäller att sådan spjälk- ning i ytan av det sammansatta materialet som förorsakas av fly- gande föremål, kan medföra delaminering och förorsaka obalans hos axeln. Miljöpåverkan, exempelvis till följd av fukt, kemis- ka lösningsmedel och värme, kan också resultera i delaminering till följd av sönderdelning av laminatets vidhäftande samman- bindning. Förbindande av sammansatta ihåliga konstruktioner med metalliska änddelar, exempelvis för drivaxlar, har också lett till problem. Därtill kommer att fastän användare av fordon (speciellt lastbilar) uppskattar viktminskning hos fordonet, finns det ändock ett visst motstånd mot ickemetalliska ersätt- ningar för drivaxlar av stål (beroende på viss oro för att axeln kan skadas av främmande föremål och utsättas för ogynnsam mil- jöpåverkan).

US-A-3 458 374 beskriver ett sätt att framställa en lin- dad eller omspunnen ihålig lagring med en insats eller hylsa av polytetrafluoreten. Den härigenom framställda ihåliga konstruk- tionen är en plastisk.lagring som formas omkring en beklädnad av polytetrafluoreten. å US-A-4 014 184 hänför sig till en kardanaxel-hylsa, var- vid en ihålig insats av papper införs i den ihåliga, cylindriska 8001447-5 kardanaxeln. Pappersinsatsen måste vara av ett böjligt material för att ge fjädrande motstånd mot radiell hoptryckning. Insat- sen används till att uppta och dämpa kardanaxelns vibrationer.

US-A-4 089 190 beskriver en helt och hållet sammansatt drivaxel. US-A-3 553 978 beskriver en sammansatt kardanaxel.

Denna axel är tillverkad av en polyuretandorn eller -spindel' som förbinder änddelar, och ett kompositrör som är utformat på utsidan av dornen och som står i förbindelse med änddelarna.

US-A-3 372 462 redovisar ett sätt att tillverka plast- fodrade metallrör. Enligt detta sätt uppvärms ett plaströr för att reducera dess ytterdiameter, därefter införs plaströret i ett metallrör som får sin diameter reducerad för att tillåta kontakt med plaströrets ytterdiameter och därefter kyls anord- ningen så att plaströret utvidgas till tät kontakt med metall- röret. Plastinsatsen redovisas använd så att röret på enkelt sätt kan steriliseras, och så att andra delar kan fästas vid rö- ret genom att de fästs direkt vid det inre plaströret snarare än vid metallröret. Ändamålet med denna uppfinning är inte att använda plastinsatsen till att öka den ihåliga konstruktionens längdstyvhet. I detta hänseende används plastmaterial såsom po- lyvinylklorid, som kan reduceras genom uppvärmning, i motsats till en härdad kompositinsats som omfattar ett flertal lager av fibermaterial i en fast hartsmatris.

Ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning är där- för att tillhandahålla en förstärkt, ihålig konstruktion som är lätt, men ekonomisk och hållbar, och som kan överföra torsions- belastningar.

Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förstärkt ihålig konstruktion som kombinerar de båda särdragen låg vikt och högt kritiskt varvtal.

Ett tredje ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förstärkt, ihålig konstruktion som använder en inre, samman- satt förstärkningsinsats för ett yttre metallrör.

Ett fjärde ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förstärkt ihålig konstruktion som använder en förstärkande kompositinsats som inte är synlig utåt, varvid insatsen skyddas mot att skadas av främmande föremål och mot skadlig miljöpåver- kan. _ Ett femte ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en 8901447-5 nl) förstärkt, ihålig konstruktion som, när det gäller lastbilar med lång ram, undanröjer behovet av multipla drivaxlar och där- till hörande anslutande maskinutrustning.

Ett ytterligare, primärt ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att tillverka en sådan förstärkt, ihålig kon- struktion.

Enligt uppfinningen kännetecknas konstruktionen av att inuti ett i och för sig känt metallrör med inre och yttre peri- feriytor är anordnad en av härdat kompositmaterial bestående, ihålig insats som är vidhäftande sammanfogad med metallrörets in- re periferiyta, vilken insats omfattar ett flertal lager av fi- bermaterial i en fast hartsmatris, och vilken msats ökar den ihå- liga konstruktionens längdstyvhet, varvid förhållandet mellan elasticitetsmodulen i längdled och densiteten är större för insat- sen än för metallröret. I Sättet att framställa en sådan förstärkt, ihålig konstruk- tion innebär vidtagande av följande åtgärder: a) framställning av ett laminet av ett flertal lager av fibermaterial i en ohärdad hartsmatris; b) lindning av laminatet omkring en elastisk dorn; c) införande av den elastiska dornen i ett metallrör, som har inre och yttre periferiytor; d) samhärdning av laminatet till rörets inre periferiyta.

Föredragna vidareutvecklingar av konstruktionen samt sät- tet för dess framställning framgår av kraven 2-8 resp. 10-20.

Andra ändamål och fördelar med uppfinningen kommer att bli uppenbara vid studium av nedanstående detaljerade beskriv- ning, vari hänvisas till ritningarna.

För ritningsfigurerna gäller att fig. 1 är en perspek- tivvy av en förstärkt ihålig konstruktion enligt föreliggande uppfinning, vilken konstruktion har formen av en drivaxel; fig. 2 visar ett längdsnitt betraktat i de i fig. 1 visade pi- larnas 2 - 2 riktning; fig. 3 är en perspektivisk "sprängskiss" utvisande laminatet som bildar insatsen enligt uppfinningen, varvid laminatets lager visas åtskilda så att fiberriktning- arna för lagren framgår; fig. 4 är en perspektivvy som visar det vid tillverkningen av drivaxeln enligt fig. 1 använda för- farandesteget för lindning av laminatet (skiktmaterialet) om- kring en böjlig dorn; fig. 5 är en perspektivvy av laminatet 8001447-5 när det är helt lindat omkring en böjlig dorn och stöddorn; fig. 6 är en partiell perspektivvy som visar förfarandesteget ' för införande av den av det lindade laminatet och dornarna be- stående anordningen i det yttre metallröret; fig. 7 är ett längdsnitt för det lindade laminatet och dornarna när de är införda inuti det yttre metallröret, men före utvidgningen av den böjliga eller elastiska dornen och laminatet; fig. 8 är ett längdsnitt som visar sam-härdningssteget som används vid framställningen av den förstärkta ihåliga konstruktionen, varvid den elastiska och böjliga dornen utvidgas så att lami- natet pressas ihop mellan den elastiska dornen och insidan av metallröret; fig. 9 är en perspektivisk sprängskiss över den förstärkta ihåliga konstruktionen, och utvisar änddelarna som fästs vid metallröret; och fig. 40 är slutligen en perspektiv- vy av den förstärkta ihåliga konstruktionen, och figuren vi- sar förfarandesteget för fastsvetsningen av änddelarna vid metallröret.

Fastän uppfinningen nu nedan kommer att beskrivas i samband med den föredragna utföringsformen, är det underför- stått att avsikten inte är att begränsa uppfinningen till just denna utföringsform. Avsikten är i stället att uppfinningen skall omfatta alla alternativ, modifikationer och ekvivalenta utföranden som ligger inom ramen för uppfinningens idé och skyddsomfång såsom detsamma framgår av nedan bifogade patent- krav.

Hänvisning sker nu till fig. 1 och 2 på ritningen, vilka figurer visar en förstärkt ihålig konstruktion som är betecknad 10 och utförd enligt föreliggande uppfinning. Den ihåliga konstruktionen 10 visas i form av en drivaxel eller kardanaxel. Den ihåliga konstruktionen 10 omfattar ett metall- rör 42, änddelar 14 och 16, och en inre beklädnad i form av ett härdat sammansatt foder 18 som är ihopfäst med den inre periferiytan 25 av röret 12. Metallröret 12 visas varande cylindriskt, men kan ha tvärsnitt av olika form, exempelvis vara rektangulärt. Metallen som används för röret 42 är typiskt stål eftersom denna metall om den har tillräcklig tjocklek och om rörets diameter är tillräcklig, åstadkommer tillräcklig styvhet vid såväl torsion som bögning, och ger skydd mot skador från främmande föremål, samt skyddar vid många miljö- tillstànd (såsom värme och fukt). Fastän stål utgör ett före- 8Û01447~5 6 draget material, så skulle också andra metaller, såsom alumi- nium eller titan, kunna användas. Såsom kommer att beskrivas mer i detalj nedan är änddelarna 44 och 16 fastsvetsade vid metallröret 12 utmed områden 20 resp. 22. Änddelarna 14 och 16 är typiskt lämpade för att kunna förbindas med universal- knutar för att motta och överföra vridmoment mellan delar in- gående i fordonets drivöverföring.

Föreliggande uppfinning undanröjer de ovannämnda pro- blemen som vidlåder de kända konstruktionerna, genom att an- vända en sammansatt insats som förstärker det metalliska ytter- röret. Tack vare den ökade längdstyvhet som erhålles medelst insatsen 18, kan tjockleken på metallröret 42 reduceras (med beaktande av vad som erfordras för överföring av torsionsbe- lastningar). Såsom redan har påpekats kan torsionsbelastnings- kraven.uppfyllas med en minskad tjocklek för metallröret 42, torsionsbelastningarna överförs genom svetsförbanden mellan änddelarna 14 och 16 och metallröret 12. På grund av metall- rörets 12 reducerade tjocklek, och genom användningen av den lätta sammansatta insatsen 18, erhålles en minskad totalvikt för drivaxeln 10. För en drivaxel med viss given längd ökas således det kritiska varvtalet. med föreliggande uppfinning tillåts härigenom användningen av en längre drivaxel och sam- tidigt bibehållande av ett visst krav på kritiskt varvtal, vil- ket, beroende på kraven på totallängd, kan eliminera behovet av att i lastbilar ha multipla drivaxlar med den kombinerade centrala bärlagringen och ramkonstruktionen.

Kompositmaterial är vanligen starka, lätt, sega, självbärande skivmaterial bestående av en typ av hartsmatris- skiva förstärkt med kontinuerliga, linjärt inriktade, parallel- la fibrer. Sådana skivor kan framställas som en enkelskikts- skiva eller som flerskiktslaminat, och därefter värmehärdas eller härdas till sega, hårda, exceptionellt starka paneler.

I sitt utgångstillstånd är dessa ickeáhärdade skiv- material elastiska och deformerbara, och utgör panelbildande delar som kan draperas eller på annat sätt anpassas efter olika former, och därefter härdas, genom värmehärdning, under till- förande av värme och tryck, till'att bilda sega, starka pane- ler med permanent kvarstående formgivning, vilka paneler har exceptionell draghållfasthet och styvhet åstadkommen av den kontinuerliga fiberförstärkningen. 8Û01447~5 Som visas i fig. 5 är insatsen 18 framställd av ett laminat av ett flertal skivor eller lager. I fig. 5 visas laminatet bestående av två skivor 50 och 52. Skivorna 50 och 52 är lika stora och likformiga, och är staplade till den öns- kade längden för att bilda laminatet (laminatet 18 visas i hopfogat tillstånd i fig. 4). Skivorna 50 och 52 är framställ- da från en hartsmatris förstärkt med fibermaterial i form av kontinuerliga, linjärt inriktade, parallella fibrer 54. Ski- vorna 50 och 52 klibbas ihop genom klibbigheten eller vidhäft- ningsförmågan hos den härdbara hartsmatrisen som ingår i materialet självt, när det anskaffas i förimpregnerad form (sammanfogningen av skivorna 50 och 52 sker under härdningen).

I enlighet med föreliggande uppfinning måste man be- akta fiberorienteringen (inriktningen) vid staplingen eller anbringandet av laminatskikten. Fibrerna eller trådarna 54 i skivorna 50 och 52 inriktas optimalt så att när insatsen är placerad inuti röret 12, så kommer flertalet av fibrerna 54 att vara väsentligen parallella med rörets 12 längdaxel. Detta beror på att den maximala styvheten som åstadkommes medelst fibrerna 54 är i fibrernas axiella riktning. Konstruktionen 10 erhåller sin maximala längdstyvhet av insatsen 18. I fig. 5 visas fibrerna med en inriktning eller orientering som fram- går av pilarna 56 och 58. Pilen 56 representerar en oriente- ring av +5°, medan pilen 58 representerar orienteringen -50.

Denna inriktning räknas normalt i förhållande till en axel som är parallell med skivornas 50 och 52 parallella ändar 40 ooh 42. Skälet till att fibrerna 54 i skivorna 50 och 52 inte är parallella med varandra vid en approximativt 00-ig oriente- ring, är att den korsvísa fiberorienteringen tillåter fibrerna 54 i skivan 52 att stödja eller uppbära fibrerna i skivan 50, så att upprullning av laminatet 18 blir enklare att genomföra och fibrerna 54 är likformigt fördelade inom skivorna 50 och 52. Beroende på sättet att framställa insatsen 18, skulle fibrerna 54 i skivorna 50 och 52 dock kunna ha en 00-ig orien- tering eller inriktning. Den väsentliga faktorn är att större delen (normalt åtminstone 80 %) av fibrerna 54 har en inrikt- ning som är väsentligen parallell; inom ett variationsområde av 100, med rörets 12 längdaxel. Det kan vara önskvärt att ha en mindre del av fibrerna, exempelvis 10 %, placerade med en orientering av approximativt 90°, dvs. orienterade väsentligen 8001447-5 s i omkretsled omkring insatsen 18 sedan insatsen 18 har förenats med röret 12. Detta skulle göra den termiska utvidgningen av kompositinsatsen 18 mer förenlig med metallrörets 12. Som så- dan skulle en liten skiva, eller ett antal små skivor, med O 90°-iga fibrer kunna inskjutas mellan skivorna 50 och 52.

Såsom visas i fig. 2 har insatsen 18 en varierande tjocklek, och avsmalnar fràn sin centrala del i riktning ut mot ändarna. Detta beror i realiteten på att skivorna 50 och 52 är väsentligen parallelltrapetsformade (i planvy sett), och att laminatet 18 lindas omkring en dorn 52 på det i fig. 4 och 5 visade sättet. Detta resulterar i att mindre och mindre av laminatets 18 längd överlappas när detsamma rullas upp, dvs. mer omlindning av laminatet 18 sker mot dess centrala del. Ändamålet härmed, som framgår tydligast av fig. 5 och 7, är att den yttre omkretsen av insatsen 18 skall vara vidhäftan- de förenad med den inre periferiytan 25 i röret 12 över lami- natets lindningsvarv. Detta medför utspridning av avflagnings- krafterna, som.strävar att åtskilja fodret 18 från metallrö- rets insida 25, över laminatet 18, och eliminerar väsentligen naggningseffekter som också strävar att åtskilja fodret 18 från ytan 25.

För att ge det reducerad tjocklek uppvisande metall- röret 12 förstärkt längdstyvhet, är det väsentligt att över- väga den typ av kompositmaterial som kommer till användning för skivorna 50 och 52, och speciellt fibrerna 54. Hartsmatri- sen kan vara av någon lämplig typ, och torde normalt vara an- tingen en polyamid eller ett epoxiharts. Vid val av komposit- material för insatsen 18, bör eftersträvas att det uppfyller följande villkor: där I och R är index som anger insats resp. rör, medan D be- tyder densitet, och E är lika med elasticitetsmodulen. Den vik- tiga faktorn härvidlag är att metallröret 12 får ökad längd- styvhet samtidigt som drivaxeln 19 tillförs mindre vikt och densitet än vid en motsvarande ökning av godstjockleken i me- tallröret 12. Större styvhet per viktsenhet tillförs alltså med kompositinsatsen än med ytterligare metall i röret 12. 8001447-5 Fibermaterialet kommer optimalt att ha en elasticitets- modul som är större än elasticitetsmodulen för metallen i metallröret. Under sådana förhållanden kommer elasticitetsmo- dulen för insatsen att normalt vara ungefär lika stor som för metallröret. Fördelen med att använda fibrer med hög elastici- tetsmodul är givetvis att färre lager erfordras för insatsen 18 för att uppfylla kravet pà erforderlig längdstyvförstärk- ning. I denna egenskap kommer kostnaden och vikten för insat- sen att minska (vidare gäller att en alltför låg elasticítets- modul för insatsen 18 kan nödvändiggöra en insatstjocklek större än innerdiametern i röret 12, eller också återstår inte tillräckligt spelrum för införande av insatsen 18 i rö- ret 12). Några lämpliga fibrer 54, när metallröret 12 är av stål, anges nedan i Tabell I.

T a b e l l I Fiber Tillverkare Elasticitetsmodul (GPa) Pitch 50 Union Carbide 540 Pitch 75 Union Carbide 520 Pan 50 Union Carbide 540 AS-1 Hercules Corp. 220-240 Fastän endast grafitfibrer anges i ovanstående tabell, kan också andra material användas, exempelvis fibrer av bor eller KEVLAR. Stål har en elastioitetsmodul av ungefär storle- ken 200 GPa. I vart och ett av ovan angivna fall har fiberma- terialet en elasticitetsmodul som är större än elastioitetsmo- dulen för stålet i metallröret 12. När fibrerna ingår i harts- matrisen så minskar emellertid elasticitetsmodulen för insat- sen 18 i jämförelse med ovan angivna värden. I nedanstående Tabell II anges elasticitetsmodulen för några av ovannämnda fibrer i ett epoxilaminat, samt laminatets densitet.

T a b e 1 l II Laminatets elasticitets- Laminatets densitet Fiber modul (GPa) (kg/må) Pitch 50 190 _ 1720 Pitch 75 510~54O 1?2O AS-l 120~15O 1610 80014-47~5 10 Stål har en approximativ densitet av 7830 kg/mš. Så- som ett exempel på förhållandetestet såsom dett angivits ovan gäller för den med Pitch 50 betecknade fibern i ett epoxila- minat, att EI dividerat med DI är lika med O,1105. Detta vär- de är större än förhållandet ER dividerat med DR för stål, vilket förhållande är lika med 0,0255. Insats-förhållandet kommer normalt att vara åtminstone 400 % större än metall- -förhållandet.

Hänvisning sker nu återigen till fig. 2 av vilken fram- går att genom att änddelarna 14 och 16 svetsas fast vid metall- röret 12 med insatsen 18 anordnad inuti metallröret 12, så kommer insatsen 18 att vara innesluten. Som sådan är komposit- insatsen 18 inte synlig utåt värjämte den är skyddad mot ska- dor från främmande föremål, såsom projektiler som kan träffa drivaxeln 10, och kompositinsatsen 18 skyddas dessutom från miljöpåverkan såsom av vatten, och även i mindre grad mot vär- me, som kan förorsaka delaminering av insatsen 18 och åtskil- jande av insatsen 18 vid hopfogningsstället. Det bör också ob- serveras att genom användningen av ett ickemetalliskt material till insatsen 18, har det visat sig att drivaxelns vibrationer dämpas. * Den förstärkta, ihåliga konstruktionen 10 kan opti- malt utföras såsom beskrivs nedan. Av fig. 5, 4 och 5 framgår att de icke härdade skivorna 50 och 52 formas till ett laminat 18. I ohärdat tillstånd, dvs. icke härdat tillstånd, är kompo- sitskivorna 50 och 52 mycket böjliga och deformerbara. Häri- genom blir det möjligt att rulla insatsen 18 till rörform, såsom visas i fig. 4 och 5. I fig. 5 visas laminatet 18 när det rullas eller lindas omkring en ihålig, cylindrisk, böjlig och elastisk dorn 52 på en plan yta, såsom ett bord 60. Dornen 52 är företrädesvis tillverkad av kiselgummi eller något annat lämpligt elastiskt material. Laminatet 18 lindas så omkring dornen 52 att resultatet blir en rörformig konstruktion med en variabel tjocklek för laminatet 18, detta till följd av sättet att linda och laminatets 18 väsentligen parallelltra- petsliknande form (sett i planvy i olindat tillstànd, eller smed andra ord formen på laminatets huvudytor när laminatet befinner sig i olindat tillstånd). Vid en typisk lindning av laminatet 18 hade de yttre ändarna en tjocklek av fyra lager, medan det centrala partiets tjocklek var tjuguåtta lager. Innan 8001447-*5 lindningen påbörjas placeras den elastiska dornen 52 vanli- gen omkring en ihålig, eylindrisk stöddorn 54, så att dornen 54 passar tätt och koaxiellt inuti dornens 52 hålrum. Dornen 54 är företrädesvis tiliverkad av metall för att bli tillräck- u ligt styv. Ändarna av dornen 5# ar förenade med ändanslutningar 56 och 58. Ändanslutningen,56 tilisluter änden av dornen 54, medan ändanslutningen 58 har en genomgående borrning som tillåter anslutning till en ledning 85 för tillförsel av tryckfluid, vanligen tryekluft, till det inre av dornen 54.

Det färdiglindade laminatet 18 visas i fig. 5.

Innan den med 65 all "betecknade anordningen omfat- tande det lindade laminatet 18, den elastiska dornen 52, me- tallstöddornen 54, och ändanslntningarna 56 och 58 införs i röret 12, så täcks den yttre ytan av det rörformigt lindade laminatet 18 med en vidhäftande film (ej visad), som normalt är av samma material som den hartsmatrís som används i lami- .i natet, dvs. epoxiharts. Detta är ett valfritt, men önskvärt förfaringssteg, eftersom nartsmatrisen i laminatet själv skulle fungera som bindemedel under närdningen för att för- binda insatsen 48 med röret 12, men extra bindemedel på sam- manfogningsytan ökar förbandets styrka" Filmen behandlas se- dan företrädesvis med ett ämne som temporärt reducerar den vid- häftande beläggningens vídí ' "rmâga. Ett exempel på ett sådant ämne är pulvriserat Detta ämne absorberas godartat i den vidhäftance beläggnincen under härdningen utan att påverka förbandets kvalitet, Innan anordningen 65 införs i röret 12 så beläggs eller överdras också den inre omkretsytan 25 hos röret 12 med en primer. nn sådan primer underlättar sam- manfogningen av komposit satsen 18 med metallröret 12, och skyddar metallen från att oxideras under sammanfogningssteget.

Ett exempel på en sådan primer är en primer som säljes under varubeteckningen EM EC59fl? and Mining Corporationæ Primer? 2 av ytan 25, genom att insidan av roret 42 doppas i ett bad, etc.

I fig. 6 visas förfarinassteget för införande av an- t är sådana att ytterdiametern på det lindade laminatet 18 vid dess grövsta ställe är något mindre än metallrörets 12 inner- diameter. Härigenom säkersU--le att hela anordningen 65 kan in- "v-'V - 7- > ~_._.,-~..-.--..-.-<.-a-...._...._..-...- _ . _. ..._ __ . __ 8001447=5 12 föras i röret 12 utan att fastna, Anordningen 65 införs före- trädesvis vertikalt-i metallröret 12 eftersom detta resulterar i ett minimum av kontakttryck mellan den vidhäftande belägg- ningen på insatsen 18 och den med primer belagda ytan 25 i rö- ret 12. Detta torde typiskt ske med hjälp av en vertikal kran (ej visad), som är fäst i öglan 70 som normalt utgör del av ändanslutningen 56, och medelst en losskopplingsbar hake 72.

I fig. 7 visas anordningen 65 sedan den införts i det inre av röret 12.

Fig. 8 visar sammanfogningen eller sam-härdningen av insatsen 18 med rörets 12 yta 25. Stöddornen 54, som företrä- desvis är av metall, har ett flertal öppningar 80 (se ookså fíg. 7) i sin ytaa Ändanslutningen 58 har en cylindrisk fläns 82 vid sin ena ände. Flänsen 82 är försedd med en gängad borr-' ning 84. Härigenom möjliggörs anslutning till ledningen 86 (fig. 7), som har en utskjutande ände 88 som är försedd med utvändiga gängor för att anslutas i den gängade borrningen 84. Ledningen 86 är ansluten till en lämplig källa med tryck- fluid (ej visad). Utestängningshylsor 90 och 91, som har till uppgift att täta den elastiska dornen 52 mot stöddornen 54, är anordnade omkring ändarna av den elastiska dornen 52 som- skjuter ut från ändarna av metallröret 12. Utestängningshyl- sorna 90 och 91 är placerade nära intill ändarna av röret 12 så att under utvidgningen av den elastiska dornen 52 kommer det inte att finnas något mellanrum mellan utestängningshyl- sorna och rörändarna. Om så vore fallet skulle gummislangen kunna utvidga sig ut genom ett sådant mellanrum, vilket sanner- likt skulle leda till en bristning av dornen 52. För att säker- ställa att utestängningshylsorna 90 och 91 bibehåller sin tät- ning och inte trycks bort från rörets 12 ändar, är bultar 92 och 95 anordnade i hylsan 90 och bultar 94 och 95 är anordnade i hylsan 91. Bultarna 92 och 94 är förenade med varandra me- delst ett metallspännband 100, På liknande sätt är bultarna 95 och 95 förbundna med varandra genom ett metallspännband 102. Spännbanden 100 och 102 har till uppgift att hindra att utestängningshylsorna 90 och 91 undergår rörelse i längdled i riktning bort från varandra, Inklämningstrådar eller 0-ringar 110 och 112 används också till att säkerställa tätning av den elastiska dornen 52 gentemot dornen 54. O-ringen 110 är an- bragt mellan dornen 52 och hylsan 90, medan O-ringen 112 är 8001447-5 15 anbragt mellan dornen 52 och hylsan 91. Hylsorna 90 och 91 -kan anbringas över 0-ringarna 110 och 112 vid rumstemperatur tack vare en avsiktligt lös passning. Under härdning och sam- manfogning, som äger rum vid förhöjda temperaturer, blir emellertid gummit i O-ringarna 110 och 112 uppvärmt och ut- vidgas. Utvidgningen gör passningen hårdare för O-ringarna 110 och.112 mellan utestängningshylsorna och den elastiska dornen 52, varigenom en verksam tätning àstadkommes. Denna typ av tätning tillåter den elastiska dornen 52 att utvidga sig i längdled utan att dess väggar bucklas i det inre.

Optimalt kommer laminatet 18 att sam-härdas med rörets 12 yta 25. Med uttrycket "sam-härdas" menas att laminatet 18 härdas samtidigt som det förenas med ytan 25. Ett alternativt tillvägagångssätt vore att härda laminatet eller insatsen 18, vilket normalt skulle ske före införandet i röret 12, och se- dan förbinda laminatet/insatsen med rörets 12 yta 25. Detta tillvägagångssätt är dock inte att föredra eftersom ett extra förfarandesteg erfordras och sammanfogningen (och därmed för- bandet) mellan insatsen 18 och ytan 25 inte skulle bli lika bra såsom med sam-härdning. Under sam-härdning, placeras an- ordningen (såsom den visas i fig. 8) i en härdningsugn (ej visad) i vilken temperaturen höjs till härdningstemperaturen, dvs. normalt i intervallet från 12100 till 51600, och typiskt 17700 när det gäller ett grafitepoxilaminat. Så snart som an- ordníngen har uppvärmts till härdningstemperaturen, eller sam- tidigt med uppvärmningen, införs tryckíluid i det inre av dornen 54. Ett sådant tryck torde normalt ligga i intervallet 510 - 690 kPa. ïypiskt använder man dock tryckluft med ett ungefärligt tryck av 590 kPa. Den komprimerade luften inuti dornen 54 passerar genom öppningar 80 och åstadkommer i kombi- nation med de förhöjda temperaturerna expansion av den elastis'a dornen 52 i riktning utåt mot metallrörets 12 yta 25. Expan- sionen eller utvidgningen av den elastiska dornen 52 utvidgar följaktligen insatsen 18 i riktning utåt och mot rörets 12 yta 25. Genom denna utvidgning sammanpressas laminatet 18 mellan dornen 52 och rörets 12 yta 25. Detta tillstànd bibe- hålls under ungefär 1 timmes tid varefter insatsen 18 är här- dad och sammanfogad (sam~härdad) med rörets 12 yta 25. På grund av elasticiteten hos det ohärdade laminatet 18, kommer det lindade laminatets 18 hela utsida i kontakt med ytan 25 fastän ,,i_._._.._-_..__ _. _ __.............._._._....__.,_._....__._._... , v- 80-01447-5 14 insatsen 18 har avtagande tjocklek räknat från den centrala delen ut mot ändarna. Som sådana utvidgas ändarna av den rör- formiga insatsen 18 längre än insatsens centrala partier för att komma i kontakt med ytan 25. Sedan den härdat har insat- sen 18 alltjämt avtagande tjocklek räknat från mittpartiet ut mot ändarna. Det är emellertid insidan av insatsen 18 som är konisk och ger avsmalnandet snarare än utsidan (se fig. 2).

Ifall insatsen 18 redan hade varit härdad före sammanfog- ningen med röret 12, skulle detta förfaringssteg vara detsam- ma med undantag av att det enda som skulle uppnås vore samman- fogning av insatsen 18 med ytan 259 normalt vid samma tempera- tur som skulle komma till användning för sam-härdníng, dvs. 1?7°C för grafitepoxilaminat, med den elastiska dornen 52 åstadkommande tryckkraften för sammanfogningen.

Efter sam-härdningssteget, skulle temperaturerna minskas till rumstemperatur, trycket frånkopplas, och anord- ningen såsom den visas i fig, 8 avlägsnas från härdningsugnen.

Utestängningshylsorna 90 och 91 och dornarna 52 och 54 skulle sedan kunna avlägsnas. Såsom redan diskuterats ovan bör fibrer- na i insatsen 18 vara anordnade väsentligen parallellt med metallrörets 12 längdaxel. Vid denna tidpunkt skulle röret 12 te sig såsom visas i fig. 9.

Fig. 9 visar hur änddelarna 14 och 16 förbinds med röret 12. Såsom framgår av fíg. 9 finns det ett parti 120 vid båda ändarna av rörets 12 yta 25 som inte är täckt av fodret 18. Härigenom möjliggörs att änddelarna 14 och 16, som passar i rörets 12 ändar, kan svetsas fast vid röret 12 med metall- -mot-metall-kontakt. Änddelarna 14 och 16 kommer således att vara fastsvetsade vid rörets 12 partier 120. Härigenom undan- röjs det vid den.kända tekniken aktuella problemet med en svag förbindelse mellan en metallisk änddel och ett kompositrör eller sammansatt rör. Fig. 10 visar fastsvetsningen av ändde- len 14 vid röret 12. Såsom visas åstadkommer en svetsbrännare 150 ett svetsförband 20 som förenar änddelen 14 med röret 12.

En vattenkyld, delad, ringformig värmesänka 154 är placerad på utsidan av metallröret 12 för att isolera svetsvärmet från in- satsen 18 (och förbandet mellan insatsen och röret 12). När änddelarna har fastsvetsats vid röret 12 är insatsen 18 inne- sluten, vilket medför de ovannämnda fördelarna.

Det torde vara uppenbart att i enlighet med uppfin- 8001447-5 ningen åstadkommas en förstärkt, ihålig konstruktion och ett för konstruktionens framställning avsett förfarande, som helt och fullt uppfyller ovannämnda ändamål och syften, och ger de ovan framhàllna fördelarna. Fastän uppfinningen har beskri- vits i samband med nàgra speciella utföringsformer, är det uppenbart att många alternativ, modifikationer och variatio- ner erbjuder sig för fackmannen inom omradet, i ljuset av ovanstående beskrivning. Uppfinningen är följaktligen avsedd att omfatta alla sådana alternativ, modifikationer och varia- tioner som ligger i linje med uppfinningens idé och faller inom skyddsomfànget för nedanstående patentkrav.

Claims (20)

10 15 20 25 30 8001447-5 16 Patentkrav

1. Förstärkt. ihålig konstruktion för överföring av vridmo- ment. k ä n n e t e c k n a d av att inuti ett i och för sig känt metallrör (12) med inre och yttre periferiytor är anord- nad en av härdat kompositmaterial bestående. ihålig insats (18) som är vídhäftande sammanfogad med metallrörets inre pe- riferiyta (25), vilken insats (l8) omfattar ett flertal lager av fibermaterial i en fast hartsmatris. och vilken insats ökar den ihåliga konstruktionens längdstyvhet. varvid förhållandet mellan elasticítetsmodulen 1 för insatsen (18) än för metallröret (12). längdled och densiteten är större

2. Konstruktion enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att insatsen (18) har varierande tjocklek.

3. Konstruktion enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att insatsen (IB) har avsmalnande väggtjocklek från insatsens centrala del i riktning ut mot dess ändar.

4. Konstruktion enligt något av kraven l-3. k ä n n e - t e c k n a d av att fibermaterialet nar en elasticítetsmodul som är större än elasticitetsmodulen för metallen i metall- röret (12).

5. Konstruktion enligt något av kraven l-3. k ä n n e - t e c k n a d av att flertalet av fiibermaterialfibrerna är anordnade väsentligen parallellt med metallrörets (12) längd- axel.

6. Konstruktion enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k - n a d av att i konstruktionen oekså ingår ett par metalliska änddelar (14.l6), som är förenade med metallrörets (12) ändar 10 15 20 25 30 35 8001447-5 17 så att insatsen (18) är innesluten. varigenom insatsen skyddas mot skador från främmande föremål. och mot miljöpåverkan.

7. Konstruktion enligt krav 6. k ä n n e t e c k n a d av att metallen i metallröret (12) är stål. att fibermaterialet är grafit, och att hartsmatrisen är en epoximatris.

8. Konstruktion enligt krav 5. k ä n n e t e c k n a d av att en del av fibrerna är anordnade så. att de sträcker sig väsentligen i omkretsled i förhållande till insatsen (18).

9. Sätt att framställa en förstärkt, ihålig konstruktion av- sedd för överföring av vridmoment. k ä n n e t e c k n a t av vidtagande av följande åtgärder: framställning av ett laminat (18) av ett flertal lager av fi- bermaterial i en ohärdad hartsmatrís: lindning av laminatet omkring en elastisk dorn (52): införande av den elastiska dornen (52) i ett metallrör (12). som har inre och yttre periferiytor; samhärdning av laminatet (18) till rörets (12) inre períferi- yta (25).

10. Sätt enligt krav 9. k ä n n e t e c k n a t av att den elastiska dornen (52) expanderas under samhärdningen, så att laminatet (18) sammanpressas mellan den elastiska dornen (52) och rörets inre periferiyta (25).

ll. Sätt enligt krav 10. k ä n n e t e c k n a t av att för- hållandet mellan elasticitetsmodulen och densiteten för lami- natet (18) är större än motsvarande förhållande för metall- röret (12).

12. Sätt enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a t av att fler- talet av fibermaterialfibrerna anordnas så inuti laminatet 10 15 20 25 30 35 8001447-5 (18). att flertalet fibrer kommer att vara inriktade väsent- ligen parallellt med metallrörets (12) längdaxel efter sam- härdningen.

13. Sätt enligt krav 12. k ä n n e t e c k n a t av att lami- natet (18) utföres med två motsatta huvudytor. som väsentligen bibringar laminatet parallelltrapetsform, varigenom laminatet formas till ett varierande tjocklek uppvisande rör (18) under líndningen.

14. Sätt enligt krav 13. k ä n n e t e c k n a t av att änd- delarna (l4.l6) förenas så med metallrörets (12) ändar. att laminatet (18) innesluts.

15. Sätt enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av att den elastiska dornen (52) är ihålig och utvidgas genom att tryck- fluid införs i densamma.

15. Sätt enligt krav 15. k ä n n e t e c k n a t av att den elastiska dornen (52) placeras omkring en ihålig stöddorn (54), i vars vägg finns ett flertal genomgående öppningar. och att tryckfluiden bringas passera från det inre av stöddornen (54) ut genom öppningarna till det inre av den elastiska dor- nen (52).

17. Sätt enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a t av att stöd- dornen (54) och den elastiska dornen (52) avlägsnas från det inre av metallröret (12).

18. Sätt enligt krav 13 eller 17. k ä n n e t e c k n a t av att en grundfärg påföres metallrörets (12) inre periferiyta (25). och att en vidhäftande beläggning påföres det lindade laminatets (18) utsida.

19. Sätt enligt krav 18. k ä n n e t e c k n a t av att på den vidhäftande beläggningen påföres ett ämne. vilket tempo- rärt reducerar beläggningens vidhäftningsförmåga. 8001447-5

20. Sätt enligt krav 19. k ä n n e t e c k n a t av att som fíbermaterial används grafít, att som hartsmatrís används en epoxímatrís. och att en av gummi tillverkad dorn används såsom elastisk dorn (52).