DE10016633A1 - Flexible Welle - Google Patents
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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
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C1/00—Flexible shafts; Mechanical means for transmitting movement in a flexible sheathing
- F16C1/02—Flexible shafts; Mechanical means for transmitting movement in a flexible sheathing for conveying rotary movements
- F16C1/04—Articulated shafts
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Abstract
Eine flexible Welle weist mehrere Wellenglieder (10, 12) mit ineinandergreifenden Ansätzen (16) und Ausnehmungen (18) auf. Die Ansätze (16) und Ausnehmungen (18) hintergreifen einander in Längsrichtung der Welle. Zwischen benachbarten Wellengliedern (10, 12) ist ein um den Wellenumfang verlaufender Spalt (14) vorgesehen. Die Welle ist somit flexibel, da die einzelnen Wellenglieder (10, 12) in Längsrichtung einen Winkel zueinander einnehmen können. Ferner können mit der Welle Drehmomente übertragen werden, da sich die einzelnen Wellenglieder (10, 12) gegeneinander verdrehen, so dass die Spaltflächen (20, 22) aneinander stoßen und über diese Kraft übertragen werden kann. Da sich die Ansätze (16) und Ausnehmungen (18) hintergreifen, können durch die Welle auch Zug- und Druckkräfte übertragen werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine flexible Welle.
Zur Übertragung von Drehmomenten mit einer flexiblen Welle sind
Wellen aus in Längsrichtung der Welle spiralförmig gewickeltem
Draht bekannt. Bei der Übertragung des Drehmoments werden die
einzelnen Spiralwindungen gegeneinander verdrillt, so dass sich
die flexible Welle versteift. Bei einer flexiblen Welle mit
einem einzigen spiralförmig gewickelten Draht können nur
Drehmomente in eine Richtung übertragen werden. Um Drehmomente
in beide Richtungen übertragen zu können, ist es bekannt, meh
rere in entgegengesetzte Richtung spiralförmig gewickelte Lagen
Draht vorzusehen. Die Herstellung derartiger flexibler Wellen
ist äußerst aufwendig. Ferner können mit derartigen Wellen nur
geringe Zug- oder Druckkräfte übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible Welle zu schaffen,
mit der auch Zug- und Druckkräfte übertragen werden können. Es
ist ferner Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Herstel
lungsverfahren für eine flexible Welle zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merk
male des Anspruchs 1 bzw. 9.
Die erfindungsgemäße flexible Welle weist mehrere Wellenglieder
auf. Jedes Wellenglied weist mindestens einen Ansatz und eine
Ausnehmung auf, der in eine Ausnehmung bzw. einen Ansatz eines
benachbarten Wellenglieds eingreift, so dass Ansätze und Aus
nehmungen ineinandergreifen. Die Abmessungen der Ansätze und
Ausnehmungen sind so aufeinander abgestimmt, dass ein um den
Wellenumfang umlaufender Spalt ausgebildet ist. Die ineinander
greifenden Ansätze und Ausnehmungen benachbarter Wellenglieder
sind ferner so ausgebildet, dass sie sich einander in Längs
richtung hintergreifen. Dadurch sind die Wellenglieder in
Längsrichtung an der flexiblen Welle unlösbar miteinander ver
bunden. Aufgrund des umlaufenden Spalts entsteht ein gegen
seitiges Spiel zwischen den einzelnen Wellengliedern.
In Abhängigkeit der Größe des Spiels sowie der Länge der ein
zelnen Wellenglieder ist die Welle mehr oder weniger flexibel.
Durch das Drehen eines mit einem Antrieb verbundenen Wel
lengliedes wird der Spalt zwischen den Wellengliedern teilweise
geschlossen, so dass sich die einander gegenüberliegende Spalt
flächen teilweise berühren. Über diese Berührungsbereiche wird
von einer auf das nächste Wellenglied Kraft übertragen. Auf
diese Weise wird von der flexiblen Welle ein Drehmoment über
tragen. Zur Übertragung großer Drehmomente kann die Form der
Ansätze und Ausnehmungen so ausgebildet sein, dass beim Drehen
der Welle möglichst große Berührungsflächen vorhanden sind.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei
einer bevorzugtem Ausrichtung der flexiblen Welle in Längs
richtung ebene Spaltflächen einander gegenüberliegend ange
ordnet sind, so dass beim Drehen der Welle die ebenen Bereiche
aneinander liegen. Da hierdurch die Flächenpressung verringert
ist, können über die Berührungsflächen größere Kräfte und damit
höhere Drehmomente übertragen werden.
Um in gewissen Winkelbereichen zwischen benachbarten Wel
lengliedern möglichst hohe Drehmomente übertragen zu können,
können Bereiche der gegenüberliegenden Spaltflächen konvex bzw.
konkav ausgebildet sein. Hierbei weist die Ausnehmung eine
teilweise konkave und der entsprechende Ansatz eine teilweise
konvexe Spaltfläche auf, wobei die konkave Spaltfläche einen
größeren Krümmungsradius als die konvexe Spaltfläche aufweist.
Die konkave Spaltfläche ist somit geringer gekrümmt als die
konvexe Spaltfläche. Zur Übertragung großer Drehmomente sollten
die Krümmungsradien möglichst groß, d. h. die Krümmungen mög
lichst gering sein.
Die einzelnen Wellenglieder sind vorzugsweise in sich steif.
Sie bestehen vorzugsweise aus hartem Kunststoff, Carbon oder
Metall und insbesondere aus Titan. Da der Ansatz eines Wel
lenglieds in die Ausnehmung eines benachbarten Wellenglieds
eingreift, hintergreift der Ansatz erfindungsgemäß die Ausneh
mung. Der Ansatz weist somit einen halsförmigen und einen
kopfförmigen Teil auf. Ebenso weist die Ausnehmung einen hals
förmigen und einen kopfförmigen Teil auf. Hierdurch sind die
Wellenglieder in Längsrichtung unlösbar miteinander verbunden.
Auch in der Ausgestaltung der Ansätze und der Ausnehmungen kön
nen durch die erfindungsgemäße flexible Welle auch Zug- und
Druckkräfte übertragen werden. Die Bereiche der Spaltflächen,
an denen die Wellenglieder einander bei der Übertragung von
Zug- oder Druckkräften berühren, können vorzugsweise wiederum
so ausgebildet sein, dass eine Übertragungsfläche ausgebildet
ist, um die Flächenpressung zu verringern.
Vorzugsweise weist jedes Wellenglied am Wellenumfang mindestens
zwei Ansätze und zwei Ausnehmungen auf. Hierdurch wird die
Fläche für die Kraftübertragung zwischen zwei Wellengliedern
erhöht. Vorzugsweise sind die Ansätze gleich groß und regel
mäßig am Umfang der Welle angeordnet. Hierdurch ist gewähr
leistet, dass die flexible Welle in jede Biegerichtung eine an
nähernd gleiche Flexibilität aufweist.
Um zu verhindern, dass die einzelneh Wellenglieder der
flexiblen Welle in radialer Richtung lösbar sind, können mehr.
als zwei Ansätze bzw. Ausnehmungen vorgesehen sein. Statt des
sen oder zusätzlich ist es ebenso möglich, bei. einer rohrför
migen flexiblen Welle innerhalb des Rohrs einen Fixierungs
schlauch vorzusehen. Bei dem Fixierungsschlauch handelt es sich
um einen flexiblen Schlauch, durch den ein radiales Lösen der
Wellenglieder verhindert ist. Aufgrund der Flexibilität des
Schlauches schränkt dieser die Flexibilität der Welle im allge
meinen nicht ein.
Bei einer besönders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden
einander gegenüberliegenden Spaltflächen des zwischen zwei be
nachbarten Wellengliedern angeordneten Spalts gegenüber der
Längsachse der Welle zumindest in einem Teil des Umfangs ge
neigt. Ferner ist die Neigung hinsichtlich der Breite des Spal
tes so gewählt, dass sich eine Innenkante eines Wellenglieds
und eine Außenkante des benachbarten Wellenglieds senkrecht zur
Längsachse der Welle überlappen. Bei einer radialen Bewegung
zweier benachbarter Wellenglieder gegeneinander berühren sich
somit die Spaltflächen, so dass ein Lösen der Wellenglieder in
radialer Richtung verhindert ist.
Die beiden einander gegenüberliegenden Spaltflächen sind vor
zugsweise um den gesamten Umfang der Welle parallel zueinander.
Bei geneigten Spaltflächen ist hierdurch sichergestellt, dass
in jeder radialen Richtung ein Lösen benachbarter Wellenglieder
verhindert ist. Bei senkrecht zur Längsachse der Welle ausge
richteten Spaltflächen ist eine sichere Übertragung von Druck-
und Zugkräften in jeder Lage der Welle möglich, wenn die Spalt
flächen um den gesamten Umfang parallel zueinander sind.
Vorzugsweise ist das Verhältnis von Spaltbreite zu Wellendurch
messer bei runden Wellengliedern zwischen 1 : 100 und 1 : 10.
Dies bedeutet bei einem Wellendurchmesser von 10 mm, dass die
Spaltbreite zwischen 0,1 mm und 1 mm beträgt. Durch die Wahl
der Spaltbreite kann die maximal mögliche Krümmung der
flexiblen Welle beeinflußt werden. Um die Zuverlässigkeit der
Übertragung von Drehmomenten sowie von Kräften zu erhöhen, ist
es vorteilhaft, möglichst geringe Spaltbreiten vorzusehen, d. h.
bei einem Wellendurchmesser von 10 mm eine Spaltbreite von le
diglich 0,5 bis 0,1 mm vorzusehen. Zur Erhöhung der Flexibili
tät sollte nicht die Spaltbreite vergrößert werden, sondern die
Anzahl der Wellenglieder erhöht werden, in dem die Länge der
einzelnen Wellenglieder verringert wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer
derartigen flexiblen Welle wird in einem einzigen Rohr in Um
fangsrichtung durch einen entsprechenden Schnitt der Spalt her
gestellt. Hierbei wird der Schnittverlauf so gewählt, dass in
einandergreifende Ansätze und Ausnehmungen entstehen. Somit
werden durch einen einzigen Schnitt aus einem einzigen Rohr
zwei ineinandergreifende Wellenglieder hergestellt, die in
Längsrichtung unlösbar und mit gegenseitigem Spiel verbunden
sind. Durch das Vorsehen mehrerer Schnitte in einem einzigen
Rohr, die in Längsrichtung des Rohrs in einem Abstand zuein
ander angeordnet sind, kann eine flexible Welle mit einer be
liebigen Anzahl von Wellengliedern hergestellt werden. Der Ver
lauf des Spaltes ist hierbei vorzugsweise wellenförmig.
Wenn die Ansätze und Ausnehmungen so angeordnet werden, dass
jeweils zwei Ansätze bzw. Ausnehmungen in radialer Richtung
gegenüberliegen, können Wellenglieder auch aus einem vollem
Stab hergestellt werden.
Zur Herstellung des Spaltes wird vorzugsweise ein Laser-
Schneidverfahren eingesetzt. Durch Laser-Schneidverfahren kön
nen auch in Metall- und Titanrohren Schnitte hergestellt wer
den. Der Einsatz eines Laser-Schneidverfahrens hat den Vorteil,
dass Spalte mit äußerst geringen Spaltbreiten hergestellt wer
den können. Bei größeren Spaltbreiten können auch andere be
kannte Brennschneidverfahren eingesetzt werden. Insbesondere
bei Kunststoffrohren ist der Einsatz von Brenn-Schneidverfahren
vorteilhaft.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausfüh
rungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer aus einem einzigen Rohr
hergestellten flexiblen Welle;
Fig. 2 eine Abwicklung des Schnittverlaufs in Umfangsrichtung
der Welle, und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-
III in Fig. 1.
Die aus einem einzigen Rohr hergestellte flexible Welle weist
einzelne Wellenglieder 10,12 auf. Die Wellenglieder 10,12 sind
dadurch hergestellt, dass ein Spalt 14 in das Rohr geschnitten
wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Wel
lengliedende zwei Ansätze 16 auf, die in Ausnehmungen 18 (Fig.
2) eingreifen.
Der Schnittverlauf zur Herstellung des Spalts 14 ist in der Ab
wicklung in Fig. 2 dargestellt. Es handelt sich um einen wel
lenförmigen Spalt 14, der derartig ausgebildet ist, dass die
ineinandergreifenden Ansätze 16 und Ausnehmungen 18 einander in
Längsrichtung hintergreifen. Dadurch sind benachbarte Wel
lenglieder 10, 12 in Längsrichtung unlösbar verbunden. Wird bei
spielsweise das Wellenglied 10 in Fig. 1 nach links und das
Wellenglied 10 nach rechts bewegt, stößt eine Spaltfläche 20
des Wellenglieds 10 in Bereichen a gegen eine Spaltfläche 22
des Wellenglieds 12.
Der Schnittverlauf zur Herstellung des Spaltes 14 ist eine
regelmäßige Kurve (Fig. 2), so dass die Wellenglieder 10,12
identisch sind. Da jedes Wellenglied 10,12 zwei Ansätze 16 auf
weist, die am Umfang regelmäßig angeordnet sind, ist das Wel
lenglied 10 gegenüber dem Wellenglied 12 um 90° verdreht. Die
Breite des Spalts 14 ist in Umfangsrichtung konstant.
Zur Erzeugung von Hinterschneidungen ist der Schnittverlauf
derart geführt, dass parallel zur Längsachse eines Rohrs ver
laufende Linien 24 den Schnittverlauf dreimal schneiden. Da die
Ansätze 16 bei der erfindungsgemäßen Herstellung der Wellenglieder
aus einem einzigen Rohr durch einen in Umfangs
richtung verlaufenden Schnitt hergestellt werden und eine den
Ausnehmungen 18 entsprechende Form aufweisen, können benach
barte Wellenglieder 10, 12 in Längsrichtung nicht gelöst werden.
Beim Übertragen eines Drehmoments mittels der flexiblen Welle
verdrehen sich benachbarte Wellenglieder gegeneinander, so dass
gegenüberliegende Spaltflächen 20, 22 teilweise aneinander an
liegen. Um welchen Winkel eine flexible Welle verdrillt werden
kann, bestimmt sich nach der Anzahl der Spalte 14, sowie nach
der Spaltbreite. Von der Spaltbreite und der Anzahl der Spalte
14 ist es ebenso abhängig, wie weit die flexible Welle zusam
mengeschoben werden muss, bevor Druckkräfte übertragen werden
können. Um dieselbe Länge muss die Welle auseinandergezogen
werden, um Zugkräfte übertragen zu können.
Da bei der dargestellten Ausführungsform jedes Wellenglied
10, 12 zwei Ansätze 16 aufweist, könnten die Wellenglieder 10, 12
senkrecht zur Längsachse voneinander gelöst werden, wenn die
Spaltflächen 20, 22 senkrecht zur Längsachse der Welle verlaufen
würden. Um ein Lösen der Wellenglieder 10, 12 in radialer Rich
tung zu vermeiden, sind die Spaltflächen 20, 22 gegenüber der
Längsachse der Welle geneigt. Die Neigung muss hierbei so stark
sein, dass eine Innenkante 26 des Wellenglieds 12 und eine
Außenkante 28 des benachbarten Wellenglieds 10 sich senkrecht
zur Längsachse der Welle überlappen. Dies bedeutet, dass eine
senkrecht zur Längsachse bzw. senkrecht zur äußeren Mantel
fläche des Wellenglieds 10 verlaufende Linie 30 durch die
Außenkante 28 das Wellenglied 12 schneidet. Um ein Lösen be
nachbarter Wellenglieder 10, 12 in radialer Richtung zu Ver
meiden, muss die Linie 30 das Wellenglied 12 in jeder Lage der
beiden Wellenglieder 10, 12, d. h. auch wenn diese auseinanderge
zogen sind oder in einem Winkel zueinander stehen, schneiden.
Claims (10)
1. Flexible Welle mit mehreren Wellengliedern (10,12) mit in
einandergreifenden Ansätzen (16) und Ausnehmungen (18), die
unter Bildung eines um den Wellenumfang umlaufenden Spaltes
(14) einander in Längsrichtung hintergreifen, so dass die
Wellenglieder (10,12) in Längsrichtung unlösbar und mit
gegenseitigem Spiel verbunden sind.
2. Flexible Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Ansätze (16) und zwei Ausnehmungen
(18) am Wellenumfang angeordnet sind.
3. Flexible Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass sämtliche Ansätze (16) die gleiche Größe
aufweisen und regelmäßig am Umfang der Welle angeordnet
sind.
4. Flexible Welle nach einem der Ansprüche 1-, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Wellenglieder (10,12) rohrförmig sind.
5. Flexible Welle nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Spalt (14) in Umfangsrichtung eine
konstante Breite aufweist.
6. Flexible Welle nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge
kennzeichnet, dass die beiden einander gegenüberlieenden
Spaltflächen (20, 22) des Spalts (14) gegenüber der Längs
achse der Welle zumindest in einem Teil des Umfangs geneigt
sind, wobei sich eine Innenkante (26) eines Wellenglieds
(12) und eine Außenkante (28) eines benachbarten Wel
lenglieds (10) senkrecht zur Längsachse der Welle über
lappen.
7. Flexible Welle nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge
kennzeichnet, dass die beiden einander gegenüberliegenden
Spaltflächen (20,22) eines Spalts (14) um den gesamten Um
fang parallel zueinander sind.
8. Flexible Welle nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Verhältnis von Spaltbreite zu Wel
lendurchmesser zwischen 1/100 und 1/10 beträgt.
9. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Welle nach einem
der Ansprüche 1-8, aus einem einzigen Rohr, bei welchem in
das Rohr zur Herstellung der Wellenglieder (10,12) in Um
fangsrichtung der Spalt (14) geschnitten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Spalt (14) durch
Laserschneiden hergestellt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000116633 DE10016633A1 (de) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Flexible Welle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000116633 DE10016633A1 (de) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Flexible Welle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10016633A1 true DE10016633A1 (de) | 2001-10-11 |
Family
ID=7637491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000116633 Ceased DE10016633A1 (de) | 2000-04-04 | 2000-04-04 | Flexible Welle |
Country Status (1)
Country | Link |
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