WO2017081227A1 - Shaft having a flange for transmitting torques - Google Patents

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WO2017081227A1
WO2017081227A1 PCT/EP2016/077391 EP2016077391W WO2017081227A1 WO 2017081227 A1 WO2017081227 A1 WO 2017081227A1 EP 2016077391 W EP2016077391 W EP 2016077391W WO 2017081227 A1 WO2017081227 A1 WO 2017081227A1
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shaft
hollow shaft
flange
connecting means
face
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PCT/EP2016/077391
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Helmut Schürmann
Tobias Dickhut
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Hackforth Gmbh
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    • F16C3/02Shafts; Axles
    • F16C3/026Shafts made of fibre reinforced resin
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2226/00Joining parts; Fastening; Assembling or mounting parts
    • F16C2226/30Material joints
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C2226/50Positive connections
    • F16C2226/62Positive connections with pins, bolts or dowels

Definitions

  • the invention relates to a shaft for transmitting torques, with a hollow shaft made of fiber-reinforced plastic, wherein at least at one end of the hollow shaft, a flange is attached, via which the hollow shaft with a driving or driven machine part is connectable.
  • the power transmission shaft has a tube made of fiber-reinforced plastic, at the ends of which in each case a connection piece for torque transmission is attached, which has at least one plug-in sleeve section with the end of the tube.
  • the sleeve section and the tube have corresponding radial through-bores in which radially passing through bolts for torque transmission are arranged.
  • a shaft according to the invention comprises a hollow shaft of fiber-reinforced plastic, wherein at least at one end of the hollow shaft, a flange is fastened, via which the hollow shaft with a driving or driven machine part is connectable.
  • the shaft is characterized in that the flange is fastened with a plurality of connecting means on the end face at the end of the hollow shaft, wherein the flange has a plurality of substantially in the axial direction of the hollow shaft through holes and the hollow shaft within the material of its shell a
  • the preferably elongated, pin-shaped connecting means lies in the blind hole and extends through the associated through hole on the flange.
  • flange is to be understood as meaning those elements which are suitable for connecting the hollow shaft to other elements.
  • Flanges according to the invention are, for example, diaphragms or coupling elements to which the shaft is connected directly.
  • the shaft according to the invention has the advantage over the prior art that the flange can be substantially flat and thus easier and less expensive to produce.
  • the known from the prior art can be inserted into the shaft sleeve portion can be omitted.
  • the flange also has a lower weight compared to the prior art.
  • the passage and blind holes of the invention are simple and inexpensive to manufacture.
  • the shaft of the invention over the prior art, an improved strength, since no through holes in the shaft jacket in the radial direction are required, which can lead to a weakening of the shaft in the flange.
  • the inventive design is a safe transmission of torque and / or bending moments ensured by the flange on the shaft. This is achieved in particular by friction between the flange and end face of the hollow shaft, in combination with a bias of the connecting means.
  • blind hole drilling For the purposes of the invention is blind hole drilling to understand a hole that has only one opening or access.
  • the blind hole is an open end, elongated cavity in the wall of the hollow shaft.
  • connection means are to be understood according to the invention, which are adapted to connect to be joined workpieces together.
  • the connecting means may at least partially have a thread.
  • the connecting means is designed as a screw anchor.
  • the external thread of the screw anchor preferably cuts an internal thread when screwing into the shaft jacket or into the receptacle of the shaft jacket. Anchoring takes place through the thread.
  • a secure connection between the flange and the hollow shaft can be created in just a few steps and with simple means.
  • a lubricant or an adhesive can be applied to the screw anchor prior to introduction of the screw anchor in the shaft jacket.
  • the connecting means is designed as a bolt anchor or expansion dowel.
  • the bolt anchor has a bolt and a spreading element. By applying a force, in particular by tightening a nut, the bolt is pulled into the expansion element, whereby the expansion element braced against the borehole wall of the blind hole.
  • the connecting means, the flange and the hollow shaft can be materially connected to each other.
  • the connecting means is designed as a composite anchor.
  • metal threaded rods such as tie rods or rods, are understood in particular according to the invention.
  • the composite anchor has at least partially External thread or other radially outwardly projecting anchoring means.
  • a reaction resin or an adhesive can be introduced into the receptacle in the shaft jacket.
  • the reaction resin is preferably a two-component reaction resin. The resin can be injected into the receptacle in the corrugated sheath.
  • the resin mixture fills the gap between the workpieces to be joined and the anchor rod and then hardens.
  • a threaded insert or a sleeve can be introduced into the receptacle into which or in which the composite anchor is arranged.
  • the threaded insert or the sleeve can be materially connected to the shaft jacket.
  • the end face of the hollow shaft is connected to the flange cohesively.
  • the provision of the contact surface with an adhesive layer between the flange and the hollow shaft favors the properties of the shaft for transmitting torques with respect to their robustness and the level of the transmittable torque.
  • the bonding is carried out using an epoxy resin, in particular a two-component epoxy resin.
  • the end face of the hollow shaft may also be positively connected to the flange.
  • the positive connection can ideally be produced as a microforming connection.
  • the positive connection is achieved, for example, that at least one of the mutually facing surfaces of the hollow shaft and the flange undergoes a friction-increasing machining. This can be done by knurling, blasting, brushing, turning, milling or any other method of roughening the contact surface. But also the application of a friction-increasing layer on the flange or the end face of the hollow shaft is conceivable in principle.
  • the shaft according to the invention may have a friction-increasing disc or foil, which is arranged between the end face of the hollow shaft and the flange.
  • the disc carries on its surface particles of defined size, these particles consist of a material (eg a hard material such as corundum or diamond) with a compressive and shear strength which exceeds that of the hollow shaft and the flange.
  • a material eg a hard material such as corundum or diamond
  • the particles may ideally be diamond.
  • the particles, in particular the diamond particles can be arranged in a nickel matrix.
  • the disk ideally has a plurality of openings which correspond to the passage and blind bores according to the invention. It is also conceivable the arrangement of a wire mesh between the end face of the hollow shaft and the flange and / or an abrasive grating, preferably comprising a fine metal mesh with friction particles.
  • the flange or the shaft itself has a friction-increasing layer. This can be obtained by a direct coating. For this purpose, for example, friction particles may have been applied to the steel flange by means of additive manufacturing processes, electroplating or 3D printing. The coating with a reibwerter (2014) is possible. Also conceivable is a surface structuring of the metal flange by means of etching or laser processing.
  • both the through bores on the flange and the blind bores in the hollow shaft do not have to run exactly parallel to the longitudinal axis of the hollow shaft.
  • the holes can also be aligned at a certain angle to the longitudinal axis of the hollow shaft.
  • the connecting means may thus have an oblique course with respect to the extension of the longitudinal axis of the hollow shaft.
  • the hollow shaft in the blind hole in particular the jacket of the hollow shaft, formed thickened.
  • the thickening can be According to the invention, for example, obtained simply by the fact that the area around the holes is wrapped with additional fiber-reinforced layers.
  • the flange according to the invention may be made of a metallic material, a fiber composite or a thermoplastic.
  • the invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures show a particularly preferred embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment shown. In particular, the invention includes, as far as is technically feasible, any combination of the technical features that are listed in the claims or described in the description as being relevant to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of the
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of the
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of the flange portion of a shaft 10 according to the invention in a first embodiment.
  • the shaft 10 according to the invention comprises a hollow shaft 12 made of fiber-reinforced plastic, wherein at least at one end of the hollow shaft 12, a flange 20 is attached. About the flange 20, the hollow shaft 12 is connected to a driving or driven machine part.
  • the flange 20 is fastened with a plurality of connecting means 24, 26 and 34 at the end face at the end of the hollow shaft 12.
  • the flange 20 has a plurality of in Axial direction of the hollow shaft 12 extending through holes 22 and the hollow shaft 12 within the material of its shell 14 a plurality of axially extending blind holes 16 on.
  • a through hole 22 and a blind hole 16 form a receptacle for a respective connecting means 24, 26, 34th
  • the connecting means 24 shown in Figure 1 is designed as a screw anchor.
  • the thread of the armature preferably cuts when screwing into the receptacle an internal thread.
  • the end face of the hollow shaft 12 and the flange 20 are materially connected to each other.
  • the contact surface between flange 20 and hollow shaft 12 has an adhesive layer 40.
  • the adhesive layer 40 consists in particular of an epoxy resin.
  • the connecting means is designed as a bolt anchor 26.
  • the bolt anchor 26 has a bolt 28 and a spreader 29.
  • the bolt 28 is pulled into the expansion element 29, whereby the expansion element 29 spreads and braced against the borehole wall from the inside.
  • the connection between the hollow shaft 12 and flange 20 is further improved by the fact that the end face of the hollow shaft 12 is positively connected to the flange 20.
  • the positive connection is ideally produced as a microforming connection, wherein at least one of the mutually facing surfaces of the hollow shaft 12 and the flange 20 experiences a friction-increasing processing, for example by means of knurling or blasting.
  • the connecting means is designed as a composite anchor 34.
  • the composite anchor 34 is formed as a rod 36.
  • a reaction resin 32 is introduced into the opening.
  • the reaction resin 32 is preferably a two-component Reactive resin. After inserting the composite anchor 34 into the receptacle, the resin 32 is cured, whereby it finally comes to the material connection.
  • the composite anchor 34 has at its end radially projecting anchor elements 38 in order to increase the strength of the anchorage.
  • a reaction resin does not necessarily have to be used. The use of another adhesive is readily possible.
  • a friction-increasing disc 44 is arranged between the end face of the hollow shaft 12 and the flange 20.
  • the disc 44 carries on its surface particles 46 of defined size, which consist of a material with a compressive and shear strength, which exceed those of the hollow shaft 12 and the flange 20.
  • the particles 46 are ideally made of diamond and may be embedded in a nickel matrix.

Abstract

The invention relates to a shaft (10) for transmitting torques, comprising a hollow shaft (12) made of fiber-reinforced plastic, wherein a flange (20), by means of which the hollow shaft (12) can be connected to a driving or driven machine part, is fastened at least to one end of the hollow shaft (12). The shaft (10) is characterized in that the flange (20) is fastened to the end face at the end of the hollow shaft (12) by means of a plurality of connecting elements (24, 26, 34), wherein the flange (20) has a plurality of through-bores (22) extending substantially in the axial direction of the hollow shaft (12) and the hollow shaft (12) has, within the material of the jacket (14) thereof, a plurality of blind bores (16) extending substantially in the axial direction, wherein each pair of a through-bore (22) and a blind bore (16) forms a receptacle for one of the connecting elements (24, 26, 34).

Description

WELLE MIT FLANSCH ZUM ÜBERTRAGEN VON DREHMOMENTEN  WAVE WITH FLANGE FOR TRANSMITTING TORQUE
Die Erfindung betrifft eine Welle zum Übertragen von Drehmomenten, mit einer Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff, wobei wenigstens an einem Ende der Hohlwelle ein Flansch befestigt ist, über den die Hohlwelle mit einem antreibenden oder angetriebenen Maschinenteil verbindbar ist. The invention relates to a shaft for transmitting torques, with a hollow shaft made of fiber-reinforced plastic, wherein at least at one end of the hollow shaft, a flange is attached, via which the hollow shaft with a driving or driven machine part is connectable.
Eine derartige Welle ist beispielsweise aus der DE 297 08 324 U1 bekannt. Die Kraftübertragungswelle weist ein aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes Rohr auf, an dessen Enden jeweils ein Anschlussstück zur Drehmomentübertragung befestigt ist, welches wenigstens einen mit dem Ende des Rohres steckverbindbaren Hülsenabschnitt aufweist. Im axialen Überdeckungsbereich weisen der Hülsenabschnitt und das Rohr korrespondierende radiale Durchgangsbohrungen auf, in denen radial durchsetzende Bolzen zur Drehmomentübertragung angeordnet sind. Die Welle weist insgesamt trotz ihres gegenüber herkömmlichen Wellen relativ geringen Gewichtes recht gute Festigkeitseigenschaften und ein gutes Ermüdungsverhalten auf. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass die Fertigung der Welle aufwendig ist. Such a wave is known for example from DE 297 08 324 U1. The power transmission shaft has a tube made of fiber-reinforced plastic, at the ends of which in each case a connection piece for torque transmission is attached, which has at least one plug-in sleeve section with the end of the tube. In the axial overlap region, the sleeve section and the tube have corresponding radial through-bores in which radially passing through bolts for torque transmission are arranged. Overall, despite its relatively low weight compared to conventional shafts, the shaft has quite good strength properties and good fatigue behavior. The disadvantage here, however, is that the production of the shaft is expensive.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Welle zum Übertragen von Drehmomenten bereitzustellen, welche zumindest unter Beibehaltung der Festigkeitseigenschaften einfacher und kostengünstiger herstellbar ist. It is therefore an object of the invention to provide a novel shaft for transmitting torques, which is easier and less expensive to produce, at least while maintaining the strength properties.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. This object is achieved by a shaft having the features of claim 1. Advantageous embodiments are each the subject of the dependent Claims. The features listed individually in the claims can be combined in any and technologically meaningful way.
Eine erfindungsgemäße Welle umfasst eine Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff, wobei wenigstens an einem Ende der Hohlwelle ein Flansch befestigt ist, über den die Hohlwelle mit einem antreibenden oder angetriebenen Maschinenteil verbindbar ist. Die Welle zeichnet sich dadurch aus, dass der Flansch mit einer Mehrzahl von Verbindungsmitteln an der Stirnseite am Ende der Hohlwelle befestigt ist, wobei der Flansch eine Mehrzahl von im Wesentlichen in Axialrichtung der Hohlwelle verlaufenden Durchgangs- bohrungen und die Hohlwelle innerhalb des Materials ihres Mantels eine Mehrzahl von im Wesentlichen in Axialrichtung verlaufenden Sacklochbohrungen aufweisen, wobei jeweils eine Durchgangsbohrung und eine Sacklochbohrung eine Aufnahme für eines der Verbindungsmittel bilden. Das bevorzugt längliche, stiftförmige Verbindungsmittel liegt dabei in der Sacklochbohrung und erstreckt sich durch die zugehörige Durchgangsbohrung am Flansch. A shaft according to the invention comprises a hollow shaft of fiber-reinforced plastic, wherein at least at one end of the hollow shaft, a flange is fastened, via which the hollow shaft with a driving or driven machine part is connectable. The shaft is characterized in that the flange is fastened with a plurality of connecting means on the end face at the end of the hollow shaft, wherein the flange has a plurality of substantially in the axial direction of the hollow shaft through holes and the hollow shaft within the material of its shell a Have a plurality of substantially axially extending blind holes, each having a through hole and a blind hole form a receptacle for one of the connecting means. The preferably elongated, pin-shaped connecting means lies in the blind hole and extends through the associated through hole on the flange.
Im Sinne der Erfindung sind unter dem Begriff Flansch solche Elemente zu verstehen, die dazu geeignet sind, die Hohlwelle mit anderen Elementen zu verbinden. Erfindungsgemäße Flansche sind beispielsweise auch Membrane oder Kupplungselemente, an die die Welle direkt angebunden wird. For the purposes of the invention, the term flange is to be understood as meaning those elements which are suitable for connecting the hollow shaft to other elements. Flanges according to the invention are, for example, diaphragms or coupling elements to which the shaft is connected directly.
Die erfindungsgemäße Welle weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass der Flansch im Wesentlichen eben ausgebildet sein kann und sich somit einfacher und kostengünstiger herstellen lässt. Der aus dem Stand der Technik bekannte in die Welle einsteckbare Hülsenabschnitt kann entfallen. Somit hat der Flansch auch ein gegenüber dem Stand der Technik geringeres Gewicht. Auch sind die erfindungsgemäßen Durchgangs- und Sacklochbohrungen einfach und kostengünstig in der Herstellung. Ferner weist die erfindungsgemäße Welle gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Festigkeit auf, da keine durchgehenden Bohrungen im Wellenmantel in Radialrichtung benötigt werden, die zu einer Schwächung der Welle im Flanschbereich führen können. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine sichere Übertragung von Drehmomenten und/oder von Biegemomenten vom Flansch auf die Welle gewährleistet. Dies wird insbesondere durch Reibung zwischen Flansch und Stirnseite der Hohlwelle erreicht, in Kombination mit einer Vorspannung der Verbindungsmittel. The shaft according to the invention has the advantage over the prior art that the flange can be substantially flat and thus easier and less expensive to produce. The known from the prior art can be inserted into the shaft sleeve portion can be omitted. Thus, the flange also has a lower weight compared to the prior art. Also, the passage and blind holes of the invention are simple and inexpensive to manufacture. Furthermore, the shaft of the invention over the prior art, an improved strength, since no through holes in the shaft jacket in the radial direction are required, which can lead to a weakening of the shaft in the flange. The inventive design is a safe transmission of torque and / or bending moments ensured by the flange on the shaft. This is achieved in particular by friction between the flange and end face of the hollow shaft, in combination with a bias of the connecting means.
Im Sinne der Erfindung ist unter Sacklochbohrung eine Bohrung zu verstehen, die nur eine Öffnung bzw. einen Zugang aufweist. Die Sacklochbohrung ist ein endseitig offener, länglicher Hohlraum in der Wandung der Hohlwelle. For the purposes of the invention is blind hole drilling to understand a hole that has only one opening or access. The blind hole is an open end, elongated cavity in the wall of the hollow shaft.
Unter stiftförmigen Verbindungsmitteln sind erfindungsgemäß längliche Mittel zu verstehen, die dazu ausgebildet sind, zu fügende Werkstücke miteinander zu verbinden. Die Verbindungsmittel können wenigstens bereichsweise ein Gewinde aufweisen. Under pin-shaped connecting means elongated means are to be understood according to the invention, which are adapted to connect to be joined workpieces together. The connecting means may at least partially have a thread.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsmittel als Schraubanker ausgebildet. Das Außengewinde des Schraubankers schneidet hierbei bevorzugt beim Einschrauben ein Innengewinde in den Wellenmantel bzw. in die Aufnahme des Wellenmantels. Die Verankerung erfolgt hierbei durch das Gewinde. In dieser Ausgestaltung kann in nur wenigen Arbeitsschritten und mit einfachen Mitteln eine sichere Verbindung zwischen Flansch und Hohlwelle geschaffen werden. Bevorzugt kann vor Einbringung des Schraubankers in den Wellenmantel ein Schmiermittel bzw. ein Klebstoff auf den Schraubanker aufgebracht werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsmittel als Bolzenanker bzw. Spreizdübel ausgebildet. Der Bolzenanker weist einen Bolzen und ein Spreizelement auf. Durch das Aufbringen einer Kraft, insbesondere durch das Anziehen einer Mutter, wird der Bolzen in das Spreizelement gezogen, wodurch sich das Spreizelement gegen die Bohrlochwand der Sacklochbohrung verspannt. According to one embodiment of the invention, the connecting means is designed as a screw anchor. In this case, the external thread of the screw anchor preferably cuts an internal thread when screwing into the shaft jacket or into the receptacle of the shaft jacket. Anchoring takes place through the thread. In this embodiment, a secure connection between the flange and the hollow shaft can be created in just a few steps and with simple means. Preferably, a lubricant or an adhesive can be applied to the screw anchor prior to introduction of the screw anchor in the shaft jacket. In a further advantageous embodiment of the invention, the connecting means is designed as a bolt anchor or expansion dowel. The bolt anchor has a bolt and a spreading element. By applying a force, in particular by tightening a nut, the bolt is pulled into the expansion element, whereby the expansion element braced against the borehole wall of the blind hole.
Die Verbindungsmittel, der Flansch und die Hohlwelle können stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Vorteilhafterweise ist das Verbindungsmittel als Verbundanker ausgebildet. Erfindungsgemäß werden unter Verbundanker insbesondere metallene Gewindestäbe, wie Ankerstäbe oder -Stangen, verstanden. Der Verbundanker weist wenigstens bereichsweise ein Außengewinde oder andere radial nach außen abstehende Verankerungsmittel auf. Um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Verbundanker und Hohlwelle bzw. Flansch herzustellen, kann in die Aufnahme im Wellenmantel ein Reaktionsharz bzw. ein Kleber eingebracht sein. Bei dem Reaktionsharz handelt es sich bevorzugt um ein Zweikomponenten-Reaktionsharz. Das Harz kann in die Aufnahme im Wellenmantel injiziert werden. Hierbei füllt die Harzmischung den Zwischenraum zwischen den zu fügenden Werkstücken und der Ankerstange aus und härtet anschließend aus. Ferner kann in die Aufnahme ein Gewindeeinsatz oder eine Hülse eingebracht sein, in den bzw. in die der Verbundanker angeordnet ist. Der Gewindeeinsatz bzw. die Hülse können stoffschlüssig mit dem Wellenmantel verbunden sein. The connecting means, the flange and the hollow shaft can be materially connected to each other. Advantageously, the connecting means is designed as a composite anchor. In the context of composite anchors, metal threaded rods, such as tie rods or rods, are understood in particular according to the invention. The composite anchor has at least partially External thread or other radially outwardly projecting anchoring means. In order to produce a cohesive connection between the composite anchor and the hollow shaft or flange, a reaction resin or an adhesive can be introduced into the receptacle in the shaft jacket. The reaction resin is preferably a two-component reaction resin. The resin can be injected into the receptacle in the corrugated sheath. In this case, the resin mixture fills the gap between the workpieces to be joined and the anchor rod and then hardens. Furthermore, a threaded insert or a sleeve can be introduced into the receptacle into which or in which the composite anchor is arranged. The threaded insert or the sleeve can be materially connected to the shaft jacket.
In einer weiteren Ausgestaltung ist auch die Stirnfläche der Hohlwelle mit dem Flansch stoffschlüssig verbunden. Das Versehen der Kontaktfläche mit einer Klebeschicht zwischen Flansch und Hohlwelle begünstigt die Eigenschaften der Welle zum Übertragen von Drehmomenten bezüglich ihrer Robustheit und der Höhe des übertragbaren Drehmoments. Vorzugsweise erfolgt die Verklebung unter Verwendung eines Epoxidharzes, insbesondere eines zweikomponentigen Epoxidharzes. In a further embodiment, the end face of the hollow shaft is connected to the flange cohesively. The provision of the contact surface with an adhesive layer between the flange and the hollow shaft favors the properties of the shaft for transmitting torques with respect to their robustness and the level of the transmittable torque. Preferably, the bonding is carried out using an epoxy resin, in particular a two-component epoxy resin.
Um die Verbindung zwischen Hohlwelle und Flansch weiter zu verbessern und den erhöhten Leistungsanforderungen gerecht zu werden, kann die Stirnfläche der Hohlwelle mit dem Flansch zudem formschlüssig verbunden sein. Der Formschluss kann dabei idealerweise als Mikroformschluss hergestellt sein. Der Formschluss wird beispielsweise dadurch erreicht, dass wenigstens eine der einander zugewandten Flächen der Hohlwelle bzw. des Flansches eine reibungserhöhende Bearbeitung erfährt. Dies kann durch Rändeln, Strahlen, Bürsten, Drehen, Fräsen oder durch eine andere Methode zum Aufrauen der Kontaktfläche hergestellt werden. Aber auch das Auftragen einer reibungserhöhenden Schicht auf den Flansch oder die Stirnseite der Hohlwelle ist grundsätzlich denkbar. Durch die Verwendung derartiger Schichten lässt sich der statische Reibwert einfach erhöhen, wodurch die Übertragung größerer Kräfte und Momente auch bei einer weiterhin kompakten und leichten Konstruktion möglich ist. Die erfindungsgemäße Welle kann eine reibwerterhöhende Scheibe bzw. Folie aufweisen, die zwischen der Stirnfläche der Hohlwelle und dem Flansch angeordnet ist. Die Scheibe trägt an ihrer Oberfläche Partikel definierter Größe, wobei diese Partikel aus einem Material (z.B. einem Hartstoff wie Korund oder Diamant) mit einer Druck- und Scherfestigkeit bestehen, welche jene der Hohlwelle und des Flansches übertrifft. Hierdurch drücken sich die Partikel in die Oberflächen der zu fügenden Bauteile und bewirken so einen zuverlässigen Reibschluss. Bei den Partikel kann es sich idealerweise um Diamant handeln. Die Partikel, insbesondere die Diamantpartikel, können in einer Nickelmatrix angeordnet sein. Die Scheibe weist dabei idealerweise eine Mehrzahl von Öffnungen auf, die mit den erfindungsmäßen Durchgangs- und Sacklochbohrungen korrespondieren. Denkbar ist auch die Anordnung eines Drahtgitters zwischen der Stirnfläche der Hohlwelle und dem Flansch und/oder eines Schleifgitters, aufweisend bevorzugt ein feines Metallgitter mit Reibpartikeln. In einer bevorzugten Ausführung weist der Flansch bzw. die Welle selbst eine reiberhöhende Schicht auf. Diese kann durch eine direkte Beschichtung erhalten werden. Hierzu können beispielsweise Reibpartikel auf dem Stahlflansch mittels additiven Fertigungsverfahren, Galvanisierung oder 3D-Druck aufgebracht worden sein. Auch die Beschichtung mit einem reibwerterhohenden Lack ist möglich. Denkbar ist auch eine Oberflächenstrukturierung des Metallflanschs mittels Ätzen oder Laserbearbeitung. In order to further improve the connection between the hollow shaft and flange and to meet the increased power requirements, the end face of the hollow shaft may also be positively connected to the flange. The positive connection can ideally be produced as a microforming connection. The positive connection is achieved, for example, that at least one of the mutually facing surfaces of the hollow shaft and the flange undergoes a friction-increasing machining. This can be done by knurling, blasting, brushing, turning, milling or any other method of roughening the contact surface. But also the application of a friction-increasing layer on the flange or the end face of the hollow shaft is conceivable in principle. By using such layers, the static friction coefficient can be easily increased, whereby the transmission of larger forces and moments is possible even with a still compact and lightweight construction. The shaft according to the invention may have a friction-increasing disc or foil, which is arranged between the end face of the hollow shaft and the flange. The disc carries on its surface particles of defined size, these particles consist of a material (eg a hard material such as corundum or diamond) with a compressive and shear strength which exceeds that of the hollow shaft and the flange. As a result, the particles press into the surfaces of the components to be joined and thus cause a reliable frictional engagement. The particles may ideally be diamond. The particles, in particular the diamond particles, can be arranged in a nickel matrix. The disk ideally has a plurality of openings which correspond to the passage and blind bores according to the invention. It is also conceivable the arrangement of a wire mesh between the end face of the hollow shaft and the flange and / or an abrasive grating, preferably comprising a fine metal mesh with friction particles. In a preferred embodiment, the flange or the shaft itself has a friction-increasing layer. This can be obtained by a direct coating. For this purpose, for example, friction particles may have been applied to the steel flange by means of additive manufacturing processes, electroplating or 3D printing. The coating with a reibwerterhohenden paint is possible. Also conceivable is a surface structuring of the metal flange by means of etching or laser processing.
Erfindungsgemäß müssen sowohl die Durchgangsbohrungen am Flansch als auch die Sacklochbohrungen in der Hohlwelle nicht exakt parallel zur Längsachse der Hohlwelle verlaufen. Die Bohrungen können auch unter einem bestimmten Winkel zur Längsachse der Hohlwelle ausgerichtet sein. Die Verbindungsmittel können somit im Hinblick auf die Erstreckung der Längsachse der Hohlwelle einen schrägen Verlauf aufweisen. According to the invention, both the through bores on the flange and the blind bores in the hollow shaft do not have to run exactly parallel to the longitudinal axis of the hollow shaft. The holes can also be aligned at a certain angle to the longitudinal axis of the hollow shaft. The connecting means may thus have an oblique course with respect to the extension of the longitudinal axis of the hollow shaft.
Bevorzugt ist die Hohlwelle im Bereich der Sacklochbohrung, insbesondere der Mantel der Hohlwelle, verdickt ausgebildet. Hierdurch kann trotz der Sacklochbohrungen innerhalb des Mantels der Hohlwelle eine gute Stabilität und Festigkeit der Hohlwelle sichergestellt werden. Die Verdickung lässt sich erfindungsgemäß beispielsweise einfach dadurch erhalten, dass der Bereich um die Bohrungen mit zusätzlichen faserverstärkten Schichten umwickelt ist. Preferably, the hollow shaft in the blind hole, in particular the jacket of the hollow shaft, formed thickened. In this way, despite the blind holes within the shell of the hollow shaft good stability and strength of the hollow shaft can be ensured. The thickening can be According to the invention, for example, obtained simply by the fact that the area around the holes is wrapped with additional fiber-reinforced layers.
Der erfindungsgemäße Flansch kann aus einem metallischen Werkstoff, einem Faserverbundstoff oder einem Thermoplast hergestellt sein. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind. The flange according to the invention may be made of a metallic material, a fiber composite or a thermoplastic. The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures show a particularly preferred embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment shown. In particular, the invention includes, as far as is technically feasible, any combination of the technical features that are listed in the claims or described in the description as being relevant to the invention.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 schematische Schnittdarstellung des Fig. 1 is a schematic sectional view of the
Flanschbereichs einer erfindungsgemäßen Welle in einer ersten Ausgestaltung,  Flange region of a shaft according to the invention in a first embodiment,
Fig. 2 schematische Schnittdarstellung des Fig. 2 is a schematic sectional view of the
Flanschbereichs einer erfindungsgemäßen Welle in einer zweiten Ausgestaltung,  Flange region of a shaft according to the invention in a second embodiment,
Fig. 3 schematische Schnittdarstellung des Fig. 3 is a schematic sectional view of the
Flanschbereichs einer erfindungsgemäßen Welle in einer dritten Ausgestaltung.  Flange region of a shaft according to the invention in a third embodiment.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Flanschbereichs einer erfindungsgemäßen Welle 10 in einer ersten Ausgestaltung. Die erfindungsgemäße Welle 10 umfasst eine Hohlwelle 12 aus faserverstärktem Kunststoff, wobei wenigstens an einem Ende der Hohlwelle 12 ein Flansch 20 befestigt ist. Über den Flansch 20 ist die Hohlwelle 12 mit einem antreibenden oder angetriebenen Maschinenteil verbindbar. Der Flansch 20 ist mit einer Mehrzahl von Verbindungsmitteln 24, 26 bzw. 34 an der Stirnseite am Ende der Hohlwelle 12 befestigt. Hierzu weisen der Flansch 20 eine Mehrzahl von in Axialrichtung der Hohlwelle 12 verlaufende Durchgangsbohrungen 22 und die Hohlwelle 12 innerhalb des Materials ihres Mantels 14 eine Mehrzahl von in Axialrichtung verlaufende Sacklochbohrungen 16 auf. Eine Durchgangsbohrung 22 und eine Sacklochbohrung 16 bilden eine Aufnahme für jeweils ein Verbindungsmittel 24, 26, 34. Figure 1 shows a schematic sectional view of the flange portion of a shaft 10 according to the invention in a first embodiment. The shaft 10 according to the invention comprises a hollow shaft 12 made of fiber-reinforced plastic, wherein at least at one end of the hollow shaft 12, a flange 20 is attached. About the flange 20, the hollow shaft 12 is connected to a driving or driven machine part. The flange 20 is fastened with a plurality of connecting means 24, 26 and 34 at the end face at the end of the hollow shaft 12. For this purpose, the flange 20 has a plurality of in Axial direction of the hollow shaft 12 extending through holes 22 and the hollow shaft 12 within the material of its shell 14 a plurality of axially extending blind holes 16 on. A through hole 22 and a blind hole 16 form a receptacle for a respective connecting means 24, 26, 34th
Das in Figur 1 dargestellte Verbindungsmittel 24 ist als Schraubanker ausgebildet. Das Gewinde des Ankers schneidet hierbei bevorzugt beim Einschrauben in die Aufnahme ein Innengewinde. The connecting means 24 shown in Figure 1 is designed as a screw anchor. The thread of the armature preferably cuts when screwing into the receptacle an internal thread.
Um die Verbindung zwischen Flansch 20 und Hohlwelle 12 weiter zu verbessern, sind die Stirnfläche der Hohlwelle 12 und der Flansch 20 stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierzu weist die Kontaktfläche zwischen Flansch 20 und Hohlwelle 12 eine Klebschicht 40 auf. Die Klebschicht 40 besteht insbesondere aus einem Epoxidharz. In order to improve the connection between the flange 20 and the hollow shaft 12 further, the end face of the hollow shaft 12 and the flange 20 are materially connected to each other. For this purpose, the contact surface between flange 20 and hollow shaft 12 has an adhesive layer 40. The adhesive layer 40 consists in particular of an epoxy resin.
In Figur 2 ist das Verbindungsmittel als Bolzenanker 26 ausgebildet. Der Bolzenanker 26 weist einen Bolzen 28 und ein Spreizelement 29 auf. Durch das Aufbringen einer Kraft, insbesondere durch das Anziehen einer Mutter 30, wird der Bolzen 28 in das Spreizelement 29 gezogen, wodurch sich das Spreizelement 29 aufspreizt und sich von innen gegen die Bohrlochwand verspannt. Die Verbindung zwischen Hohlwelle 12 und Flansch 20 ist weiter dadurch verbessert, dass die Stirnfläche der Hohlwelle 12 mit dem Flansch 20 formschlüssig verbunden ist. Der Formschluss wird idealerweise als Mikroformschluss hergestellt, wobei wenigstens eine der einander zugewandten Flächen der Hohlwelle 12 bzw. des Flansches 20 eine reibungserhöhende Bearbeitung, beispielsweise mittels Rändeln oder Strahlen, erfährt. In Figure 2, the connecting means is designed as a bolt anchor 26. The bolt anchor 26 has a bolt 28 and a spreader 29. By applying a force, in particular by tightening a nut 30, the bolt 28 is pulled into the expansion element 29, whereby the expansion element 29 spreads and braced against the borehole wall from the inside. The connection between the hollow shaft 12 and flange 20 is further improved by the fact that the end face of the hollow shaft 12 is positively connected to the flange 20. The positive connection is ideally produced as a microforming connection, wherein at least one of the mutually facing surfaces of the hollow shaft 12 and the flange 20 experiences a friction-increasing processing, for example by means of knurling or blasting.
In Figur 3 ist das Verbindungsmittel als Verbundanker 34 ausgebildet. Der Verbundanker 34 ist als Stange 36 ausgebildet. Um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Verbundanker 34, Hohlwelle 12 sowie Flansch 20 herzustellen, ist in die Öffnung ein Reaktionsharz 32 eingebracht. Bei dem Reaktionsharz 32 handelt es sich bevorzugt um ein Zweikomponenten- Reaktionsharz. Nach Einsetzen des Verbundankers 34 in die Aufnahme wird das Harz 32 ausgehärtet, wodurch es letztendlich zum Stoffschluss kommt. Der Verbundanker 34 weist an seinem Ende radial abstehende Ankerelemente 38 auf, um die Festigkeit der Verankerung zu erhöhen. Erfindungsgemäß muss nicht zwingend ein Reaktionsharz zum Einsatz kommen. Die Verwendung eines anderen Klebers ist ohne weiteres möglich. In Figure 3, the connecting means is designed as a composite anchor 34. The composite anchor 34 is formed as a rod 36. In order to produce a cohesive connection between the composite anchor 34, hollow shaft 12 and flange 20, a reaction resin 32 is introduced into the opening. The reaction resin 32 is preferably a two-component Reactive resin. After inserting the composite anchor 34 into the receptacle, the resin 32 is cured, whereby it finally comes to the material connection. The composite anchor 34 has at its end radially projecting anchor elements 38 in order to increase the strength of the anchorage. According to the invention, a reaction resin does not necessarily have to be used. The use of another adhesive is readily possible.
Um die Eigenschaften der Welle 10 bezüglich der Übertragung von Drehmomenten weiter zu verbessern, ist zwischen der Stirnfläche der Hohlwelle 12 und dem Flansch 20 eine reibwerterhöhende Scheibe 44 angeordnet. Die Scheibe 44 trägt an ihrer Oberfläche Partikel 46 definierter Größe, die aus einem Material mit einer Druck- und Scherfestigkeit bestehen, welche jene der Hohlwelle 12 und des Flansches 20 übertreffen. Die Partikel 46 bestehen idealerweise aus Diamant und können in einer Nickelmatrix eingebettet sein. In order to further improve the properties of the shaft 10 with respect to the transmission of torques, a friction-increasing disc 44 is arranged between the end face of the hollow shaft 12 and the flange 20. The disc 44 carries on its surface particles 46 of defined size, which consist of a material with a compressive and shear strength, which exceed those of the hollow shaft 12 and the flange 20. The particles 46 are ideally made of diamond and may be embedded in a nickel matrix.
BezuaszeichenlisteBezuaszeichenliste
10 Welle 10 wave
12 Hohlwelle  12 hollow shaft
14 Mantel Hohlwelle  14 sheath hollow shaft
16 Sacklochbohrung 16 blind hole
18 Verdickung Hohlwelle  18 thickening hollow shaft
20 Flansch  20 flange
22 Durchgangsbohrung  22 through hole
24 Schraubdübel  24 screw dowels
26 Bolzenanker/ Spreizdübel 26 bolt anchors / expansion dowels
28 Bolzen  28 bolts
29 Spreizclip  29 spreading clip
30 Mutter  30 mother
32 Reaktionsharz Verbundanker 32 reaction resin Xings
Ankerelemente anchor members
Klebschicht adhesive layer
aufgeraute Oberfläche reiberhöhende Scheibe roughened surface friction-increasing disc
Partikel reiberhöhende Scheibe Particle friction-increasing disc

Claims

Patentansprüche claims
1 . Welle (10) zum Übertragen von Drehmomenten, mit einer Hohlwelle (12) aus faserverstärktem Kunststoff, wobei wenigstens an einem Ende der Hohlwelle (12) ein Flansch (20) befestigt ist, über den die Hohlwelle (12) mit einem antreibenden oder angetriebenen Maschinenteil verbindbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Flansch (20) mit einer Mehrzahl von Verbindungsmitteln (24, 26, 34) an der Stirnseite am Ende der Hohlwelle (12) befestigt ist, wobei der Flansch (20) eine Mehrzahl von im Wesentlichen in Axialrichtung der Hohlwelle (12) verlaufenden Durchgangsbohrungen (22) und die Hohlwelle (12) innerhalb des Materials ihres Mantels (14) eine Mehrzahl von im Wesentlichen in Axialrichtung verlaufenden Sacklochbohrungen (1 6) aufweisen, wobei jeweils eine Durchgangsbohrung (22) und eine Sacklochbohrung (1 6) eine Aufnahme für eines der Verbindungsmittel (24, 26, 34) bilden. 1 . Shaft (10) for transmitting torques, comprising a hollow shaft (12) of fiber reinforced plastic, at least at one end of the hollow shaft (12) a flange (20) is fixed, via which the hollow shaft (12) with a driving or driven machine part is connectable, characterized in that the flange (20) with a plurality of connecting means (24, 26, 34) at the end face at the end of the hollow shaft (12) is fixed, wherein the flange (20) has a plurality of substantially in the axial direction of the Hollow shaft (12) extending through holes (22) and the hollow shaft (12) within the material of its shell (14) have a plurality of substantially axially extending blind holes (1 6), wherein in each case a through hole (22) and a blind hole (1 6) form a receptacle for one of the connecting means (24, 26, 34).
2. Welle (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das2. shaft (10) according to claim 1, characterized in that the
Verbindungsmittel als Schraubanker (24) bzw. Schraubdübel ausgebildet ist. Connecting means as a screw anchor (24) or screw plug is formed.
3. Welle (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel als Bolzenanker (26) bzw. Spreizdübel ausgebildet ist. 3. shaft (10) according to claim 1, characterized in that the connecting means is designed as a bolt anchor (26) or expansion dowel.
4. Welle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (24, 26, 34), der Flansch (20) und die Hohlwelle (12) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. 4. shaft (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the connecting means (24, 26, 34), the flange (20) and the hollow shaft (12) are integrally connected to one another.
5. Welle (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel als Verbundanker (34) ausgebildet ist und sich in der Aufnahme ein Reaktionsharz (32) befindet. 5. shaft (10) according to claim 1, characterized in that the connecting means as a composite anchor (34) is formed and in the receptacle, a reaction resin (32).
6. Welle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der Hohlwelle (12) mit dem Flansch (20) stoffschlüssig (40) verbunden ist. 6. shaft (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the end face of the hollow shaft (12) with the flange (20) cohesively (40) is connected.
7. Welle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche der Hohlwelle (12) mit dem Flansch (20) formschlüssig, insbesondere mittels Mikroformschluss (42), verbunden ist. 7. shaft (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the end face of the hollow shaft (12) with the flange (20) is positively connected, in particular by means of microforming (42).
8. Welle (10) nach dem vorangehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine reibwerterhöhende Folie bzw. Scheibe (44), die zwischen der Stirnfläche der Hohlwelle (12) und dem Flansch (20) angeordnet ist. 8. shaft (10) according to the preceding claim, characterized by a Reibwerterhöhende film or disc (44) which is arranged between the end face of the hollow shaft (12) and the flange (20).
9. Welle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (14) der Hohlwelle (12) im Bereich der Sacklochbohrung (1 6) verdickt (18) ausgebildet ist. 9. shaft (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the jacket (14) of the hollow shaft (12) in the region of the blind hole (1 6) thickened (18) is formed.
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