DE19713880A1

DE19713880A1 - Anordnung eines hochbelastbaren Axial- und/oder Radiallagers in einer Schale aus Faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE19713880A1
Application number: DE19713880A
Authority: DE
Inventors: Josef Mueller
Original assignee: ZF Luftfahrttechnik GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Technik GmbH
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: DE19713880C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Anordnung eines hochbelastbaren Axial- und/oder Radiallagers in einer dünn wandigen Schale aus Faserverbundwerkstoff.

Axial- und/oder Radiallager, die z. B. in ein dünnwan diges Laminat eingesetzt werden müssen, finden zahlreiche Anwendungsbeispiele im Fahrzeugbau bzw. in der Luftfahrt technik, wobei sie zur form- und/oder kraftschlüssigen Ein leitung starker Kräfte in die meist aus Faserverbundwerk stoffen bestehenden Schalen dienen.

Aus der US 4 302 155 ist eine Anordnung eines Propel lerblatts aus Faserverbundwerkstoff mit einem Verbindungs element aus Metall bekanntgeworden, bei der mittels einer ringförmigen Einschnürung im Verbindungselement und daran angeformtem Propellerblatt eine formschlüssige Verbindung hergestellt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hochbe lastbares Axial- und/oder Radiallager in einer dünnwandigen Schale aus Faserverbundwerkstoffen anzuordnen, wobei die Anordnung fasergerecht ausgeführt ist, einfach herstellbar ist, eine formschlüssige Verbindung gewährleistet, eine nachträgliche Feinbearbeitung des Lagersitzes zuläßt, eine hohe Tragfähigkeit auch dann gewährleistet, wenn der Kraft schluß zwischen Lager und Schale herabgesetzt wird, und bei dem zusätzliche Verbindungselemente, wie Nieten oder Schrauben, nicht mehr erforderlich sind.

Ausgehend von einer Anordnung der eingangs näher ge nannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Verwendung einer Buchse als formgebendes Element und zur Übertragung der Lagerkräfte vom Lager auf die üblicherweise aus Faserverbundwerkstoff bestehende Schale die verschiede nen oben aufgezählten Teilaufgaben löst. Die Buchse kann dabei entweder aus Metall und insbesondere aus Titan oder aber aus Kunststoff bestehen. Beim Zusammenwirken unter schiedlicher Werkstoffe für Buchse, Lager und Schale ist dabei grundsätzlich das unterschiedliche Temperaturausdeh nungsverhalten dieser Werkstoffe zu beachten sowie außerdem ein mögliches Korrosionsverhalten bei Einsatz metallischer Werkstoffe. Aus diesem Grund wird Titan als Werkstoff für die Buchse insbesondere in Verbindung mit Kohlefaserver bundwerkstoff bevorzugt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist einfach herstellbar und gewährleistet eine formschlüssige Verbindung mit der Schale, in der die Buchse integriert wird. Die Tragfähig keit bleibt auch dann weitgehend erhalten, wenn der Kraft schluß, d. h. die Klebung zwischen der erfindungsgemäßen Buchse und der Schale, fehlt bzw. versagt, d. h. daß eine gewisse Schadenstoleranz gegeben ist. Weist die Buchse beim Einsetzen lagerseitig ein Übermaß des Innendurchmessers auf, welcher erst nach Aushärtung der Schale fertig bear beitet wird, können bei der Herstellung der Schale gewisse Toleranzen zugelassen werden. Zusätzliche Verbindungsele mente, wie Nieten oder Schrauben zwischen Lager und Schale, sind nicht erforderlich.

Durch die geometrische Ausgestaltung wird der Vorteil erzielt, daß die Lagerkräfte fasergerecht in Ring- und Tan gentialkräfte überführt werden, die innerhalb der Schalene bene liegen und somit beherrschbar sind. Hohe Flächenpres sungen und interlaminare Schubspannungen werden dadurch weitgehend vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs beispiel und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungs beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Axial- und/oder Radiallagers in einer Schale aus Faserverbundwerkstoff.

In den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, bedeutet 1 das in einer Scha le 3 aus faserverstärktem Kunststoff anzuordnende Axial- und/oder Radiallager.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Axial- und/oder Radiallager 1 von einer formgeben den Buchse 2 umgeben zur besseren Übertragung der Lager kräfte vom Lager 1 auf die Schale 3. Die Buchse 2 kann da bei aus Metall oder Kunststoff bestehen, wobei im ersteren Fall Titan bevorzugt wird, um so mögliche unterschiedliche Temperaturausdehnungen der verschiedenen Werkstoffe (Kunststoff, Metall) zu berücksichtigen und eine mögliche Korrosion der Buchse 2 zu verhindern.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich überall da einsetzen, wo Axialkräfte vorzugsweise in einer Richtung wirken. Die Schale 3 ist im Bereich der Lageraufnahme entsprechend dem Verhältnis von Axial- zu Radialkräften in Dickenrich tung geteilt. Zur Aufnahme der Radialkräfte ist der in Fig. 1 unten bzw. innen dargestellte Teil der Schale 3 in radialer Richtung zur Buchse geführt. Der andere Teil der Schale 3 umschließt die obere Stirnfläche der Buchse 2 und dient zur Aufnahme von Axialkräften. Der Stützring 4 dient als formgebendes Element bei der Herstellung der geteilten Schale 3. Bei Belastung des Lagers wirkt er außerdem stüt zend auf die geteilte Schale 3.

Als Material für den Stützring kommen sowohl Metalle als auch Kunststoffe, insbesondere kurzfaserverstärkte Kunststoffe in Betracht. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Stützring 4 als integralen Bestandteil der Buchse 2 vorzusehen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich noch ein Spannring 5 vorgesehen, der auf der Außenseite der Schale 3 angeordnet ist. Der Spannring 5 kann aus Metall oder faserverstärktem Kunststoff bestehen und dient der Aufnahme von Umfangskräften. Besonders vor teilhaft ist es, wenn der Spannring 5 aus Glasfaserkunst stoff besteht, wobei die Fasern auf die Schale 3 gewickelt sind. Auf diese Weise läßt sich beim Herstellungsprozeß eine Vorspannung aufbringen, die einer Aufweitung der Scha le 3, welche beispielsweise aus Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt ist, bei Belastung des Lagers 1 entgegenwirkt. Die Taillierung an der radial äußeren Fläche der Buchse 2 gewährleistet den Formschluß zwischen Buchse 2 und der dar an angeformten Schale 3. Der im Verhältnis zur Schalendicke große Krümmungsradius dieser Taillierung führt zu einer fasergerechten Krafteinleitung in die Schale, da große Schubspannungen in der Schale vermieden werden. Selbstver ständlich muß die Taillierung nicht kreisförmig ausgeführt sein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ferner ohne weite res dafür gesorgt werden, daß sich die Kontaktflächen von Buchse 2 und Schale 3 bei Temperaturänderungen in bestimm ten Bereichen überwiegend tangential zueinander bewegen. Dadurch werden Schälspannungen oder Klaffungen weitgehend vermieden.

Durch einen spitzwinkligen Auslauf des Querschnitts der Buchse 2 im Bereich des Übergangs zur Schale 3 werden Spannungskonzentrationen in der Schale und in der Klebung zwischen Buchse und Schale reduziert.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der nachträgliche Ein- und Ausbau der Buchse 2 mög lich ist, werden die axialen Lagerkräfte in der einen Rich tung über einen selbstzentrierenden kegelartigen Abschnitt der Buchse 2 und in der anderen Richtung über eine Mutter 6 und einen Druckring 7 in die Schale 3 eingeleitet. Hierzu weist ein zylindrischer Abschnitt der Buchse 2 ein Gewinde auf. Die Buchse 2 kann naß oder trocken in das ausgehärtete Laminat 3 eingesetzt werden. Zur Abdichtung des Kapillar spaltes zwischen Buchse 2 und Schale 3 kann zusätzlich ein Dichtring 8 vorgesehen sein.

Einige der vorteilhaften Wirkungen der Erfindung kön nen auch dann erzielt werden, wenn die Buchse 2 zusammen mit dem Lageraußenring einteilig ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet die gewünschte formschlüssige und fasergerechte Verbindung und ist einfach und billig herstellbar. Die Tragfähigkeit bleibt auch dann erhalten, wenn die Klebung zwischen der Buchse 2 und der Schale 3 ganz fehlt bzw. versagt, ohne daß zusätzliche Ver bindungselemente, wie Nieten oder Schrauben, erforderlich sind.

Auch hohe Flächenpressungen und interlaminare Schub spannungen werden durch die fasergerechte Aufteilung der Lagerkräfte in Ring- und Tangentialkräfte weitgehend ver mieden.

Bezugszeichenliste

1

Lager

2

Buchse

3

Schale

4

Stützring

5

Spannring

6

Mutter

7

Druckring

8

Dichtring

Claims

1. Anordnung eines hochbelastbaren Axial- und/oder Radiallagers in einer dünnwandigen Schale aus Faserverbund werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Kräfte vom Lager (1) auf die Schale (3) eine zwischen diesen beiden Bauteilen angeordnete Buch se (2) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, daß die Schale (3) im Bereich der Lageraufnahme in Dickenrichtung geteilt ist, wobei ein Teil der Schale (3) zur Aufnahme von Radialkräf ten in radialer Richtung zur Buchse (2) geführt ist, und der andere Teil zur Aufnahme von Axialkräften eine Stirn fläche der Buchse (2) mindestens teilweise umschließt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den Teilen der geteilten Schale (3) ein formgebender Stützring (4) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stützring (4) aus kurzfaserver stärktem Kunststoff besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Buchse (2) an der radial äuße ren Fläche, an welche die Schale (3) angeformt ist, eine Taillierung mit einem im Verhältnis zur Schalendicke großen Krümmungsradius aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Buchse (2) an der radial äuße ren Fläche, an welche die Schale (3) angeformt ist, axial aufeinander folgend einen kegelartigen und einen zylindri schen Abschnitt aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß im Bereich des zylindrischen Ab schnitts ein Befestigungselement (6) vorgesehen ist, wel ches Kräfte von der Buchse (2) auf die Schale (3) über trägt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Buchse (2) im Bereich des Übergangs zur Schale (3) spitz winklig auslaufend ausgebildet ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (2) und die Schale (3) von einem Spannring (5) umgeben sind.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (2) aus Metall besteht.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Buchse (2) aus Titan besteht.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Buchse (2) aus Kunststoff besteht.

13. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannring (5) aus Metall be steht.

14. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannring (5) faserverstärktem Kunststoff in Form einer Wicklung besteht.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (2) eine Nutung zur Aufnahme eines Dichtelements (8) aufweist.

16. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche für ein Getriebegehäuse.