DE29708324U1 - Kraftübertragungswelle aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents
Kraftübertragungswelle aus faserverstärktem KunststoffInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungswelle
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch druckschriftlich nicht näher belegbare offenkundige Benutzung ist eine derartige Kraftübertragungswelle
als Antriebswelle für Schiffsantriebe bekannt. Zur Drehmomentübertragung zwischen der Hohlwelle
und den an ihren Enden angebrachten Anschlußstücken dient eine Vielzahl von radial sowie mit
gleichmäßigen Umfangsabständen angeordneten Paßbolzen, deren Schäfte jeweils das Rohrende sowie den zugeordneten
Hülsenabschnitt des Anschlußstücks durchgreifen und in Segmente eingeschraubt sind, die innen im Hülsenabschnitt
angeordnet sind.
Diese recht aufwendige Bauweise setzt paßgenau zusammenwirkende zylindrische Bohrungen und Bolzen voraus,
um die Verbindung spielfrei zu halten, was für den einwandfreien Betrieb einer Antriebswelle eine unab-
Postgiroamt | Credit- und Volksbank eGmbH | Commerzbank AG | USt-IdNr, |
Essen | Wuppertal-Barmen | Wuppertal-Barmen | VAT-No. |
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Centa-Antriebe Kirschev**GmüH ··
dingbare Voraussetzung ist. Die aufgrund der Schraubverspannung der jeweiligen Paßbolzen über deren Köpfe
auf den Außenmantel der Hohlwelle einwirkenden erheblichen Kräfte können zu lokalen Beeinträchtigungen und
Beschädigungen des Rohrmantels führen, sofern nicht besondere und aufwendige Gegenmaßnahmen ergriffen werden,
beispielsweise durch Anordnung von radialen Paßhülsen, an deren nach außen weisenden Stirnflächen sich
die Köpfe der Paßbolzen abstützen könnten.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Kraftübertragungswelle der vorausgesetzten
Art vorzuschlagen, die mit einfacheren als den bekannten Mitteln eine spielfreie Verbindung zwisehen
Hohlwelle und Anschlußkörper garantiert, die in die Struktur des faserverstärkten Rohres nur minimal
eingreift und deshalb dessen Festigkeit praktisch nicht beeinträchtigt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet,
daß die Bolzen aus Konusstiften bestehen, die radial von außen her in die zuvor entsprechend konisch
ausgearbeiteten Bohrungen von Hülsenabschnitt und Rohr eingetrieben und in ihrer Endlage durch wenigstens ein
Sicherungsmittel festgehalten sind.
Aufgrund der Konizität der Konusstifte und der
entsprechenden Konizität der die Stifte aufnehmenden Bohrungen von Hülsenabschnitt und Rohr ergibt sich zum
einen der Vorteil, daß die Verbindung beschädigungsfrei zu montieren ist. Eine spielfreie Verbindung ergibt
Centa-Antriebe Kirsche^'GeftJH
sich dabei durch das Eintreiben der Konusstifte von selbst, wohingegen eine zylindrische spielfreie Verbindung
nur mit Hilfe aufwendiger Paßsitze erreichbar ist. Demgegenüber können die konischen Bohrungen im Hülsenabschnitt
und im Rohrende leicht durch konisches Aufreiben einer zylindrischen Bohrung hergestellt werden.
Beim Eintreiben der Konusstifte in die entsprechend konischen Bohrungen ist es ausgeschlossen, daß
die Lochlaibung beschädigt werden könnte. Die axial gerichteten Eintreibkräfte wirken vorteilhaft in Radialrichtung
auf die Lochlaibung, also als Druckkräfte ein, die die Struktur insbesondere des faserverstärkten
Rohres nicht verletzen können.
Eine besondere Sicherung der Konusstifte in ihrer Endlage soll unter allen Umständen vermeiden, daß die
Konusstifte unter Einfluß der betriebsmäßigen Zentrifugalkräfte aus ihrer bestimmungsgemäßen Montageposition
gerissen werden könnten.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Sie verstehen sich im übrigen am besten aus der nachfolgenden Beschreibung anhand zweier in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Halb-Längsschnitt durch den
Verbindungsbereich zwischen einer Hohlwelle und
einem Anschlußstück entsprechend einer ersten Aus führungs form,
Centa-Antriebe Kirschey**GraMl ·· ·.«. ..
Fig. 2 die einzelnen Elemente aus Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung und
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform.
Eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Kraftübertragungswelle
umfaßt ein aus faserverstärktem, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff - CFK bestehendes
Rohr 11 und jeweils ein an jedem Rohrende 11a befestigtes Anschlußstück 12. In den Figuren ist
nur jeweils ein Rohrende 11a mit einem Anschlußstück 12
bezeichnet. Am anderen Rohrende kann ein gleichgestaltetes oder in der Form auch abweichendes zweites
Anschlußstück vorgesehen sein.
Die Anschlußstücke dienen zum mittelbaren oder unmittelbaren Anschluß der Kraftübertragungswelle an
antreibende und angetriebene Aggregate, wie z.B. Motorschwungrad, Getriebeflansch, Schiffsschraube od.dgl.
Das Rohr 11 stellt dabei eine um die Längsmittel- oder Systemachse A rotierende Hohlwelle dar, deren Wandstärke
in an sich bekannter Art und Weise im Bereich des Rohrendes 11a gegenüber dem sonstigen Rohr verstärkt
ist.
Das Anschlußstück 12 nach Fig. 1 weist einen zur Rotationsachse A konzentrischen Hülsenabschnitt 12a
auf, der in das Rohrende 11a eingepaßt ist. Der Fügespalt
13 zwischen dem Rohrende 11a und dem Hülsenabschnitt
12a ist zweckmäßig so gestaltet, daß ein gut zentriertes Ineinandergreifen der miteinander zu kuppelnden
Teile gewährleistet wird. Ein Preßsitz ist
Centa-Antriebe Kirschey**€m!5H
weder erforderlich noch in der Regel erwünscht. Der Fügespalt 13 kann, insbesondere zum Rohr hin, also
bezüglich der Zeichnung nach rechts, geringfügig erweitert sein, um einen Klebstoff, z.B. ein flüssiges, aushärtbares
Epoxydharz, aufzunehmen. Mit einer solchen Klebung kann eine zusätzliche Stabilität der drehfesten
Verbindung erreicht werden.
Als wesentliche Elemente zur drehfesten Verbindung zwischen dem Rohr 11 und dem jeweiligen Anschlußstück
12 dienen radial angeordnete Bolzen 14, die entsprechend der Erfindung als Konusstifte 15 ausgebildet
sind, die in vorzugsweise gleichmäßigen Abständen über den Umfang des Verbindungsbereichs an den Rohrenden 11a
verteilt in einer Reihe oder auch mehreren Reihen angebracht sind.
Die drehfeste Verbindung von Rohr 11 und Anschlußstück
12 mit Hilfe der Konusstifte 15 wird auf folgende Weise vorgenommen:
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 werden zunächst das Rohrende 11a und das zugehörige Anschlußstück 12
durch Ineinanderstecken verbunden. Ist eine Klebung im Fügespalt 13 vorgesehen, werden die Teile zunächst miteinander
verklebt und abgewartet, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Sodann werden das Rohrende 11a und der
betreffende Hülsenabschnitt 12a des Anschlußstücks 12
radial durchbohrt, so daß sich fluchtende Bohrungsabschnitte 16 und 17 (Fig. 2) ergeben. Anschließend werden
die Bohrungsabschnitte 16 und 17 gemeinsam konisch aufgerieben. Dabei weist die äußere Mündung der Bohrung
16 im Rohrende 11 a den größten und die innere Mündung
der Bohrung 17 den kleinsten Durchmesser auf. Die Koni-
Centa-Antriebe Kirsche2**(jraSii
zität der Bohrungen entspricht der Konizität des Konusstiftes 15 und kann vorteilhafterweise z.B. etwa 1:50
betragen. In jede konische Bohrung 16, 17 wird nunmehr von außen ein vorzugsweise aus Stahl bestehender Konusstift
15 mit geschliffenem Konusmantel eingepreßt.
Da Kraftübertragungswellen insbesondere bei hohen Drehzahlen beachtlichen Fliehkräften unterworfen sind,
sieht die Erfindung eine besondere Sicherung der Konusstifte 15 gegen radiales Herausschleudern vor. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu der Konusstift 15 an seinem im Durchmesser kleineren Ende mit
einer Gewindebohrung 18 versehen, in die ein Gewindeschaft
19 einer Sicherungsschraube 20 von der Innen-Seite des Systems her eingreift. Da aufgrund der unvermeidlichen
Toleranzen die innere Stirn 21 des Konusstiftes 15 unterschiedlich weit in den Innenraum eingreifen
wird, ist zur Gewährleistung einer sicheren Verspannung des Konusstiftes 15 gegenüber dem Hülsenabschnitt
12a des Anschlußstücks 12 zwischen dem Kopf der Schraube 20 und der Innenfläche 12b des Hülsenabschnitts
12 ein Distanzstück 22 eingespannt.
Das Distanzstück 22 hat eine etwa topfartige Form mit einer Durchgriffsöffnung 22a für den Schaft 19 der
Schraube 20 und einem Topfrand 22b. Dessen Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser des verjüngten
inneren Endes des Konusstiftes 15, das deshalb in das Innere des Topfes eintreten kann, wie es beispielsweise
in Fig. 1 gezeigt ist. Auf diese Weise gestattet das besonders gestaltete Distanzstück 22 unabhängig von
den auftretenden unvermeidlichen Toleranzen die feste Sicherung des Konusstiftes 15.
Centa-Antriebe
Kirschey GmHH .··. ·
Was das Sicherungsmittel für den Konusstift 15 betrifft, könnte man es auch unmittelbar am Konusstift
selbst ausbilden, etwa indem das verjüngte Ende des Konusstiftes 15 nietfähig ausgebildet ist. Dies könnte
mittels einer bezüglich des Stiftes axialen Aufbohrung erreicht werden, die einen durch Umbördeln vernietbaren
Stiftrand schafft.
Auch kann der Konusstift 15 an seinem im Durchmesser
verjüngten Ende mit einem Gewindeschaft versehen sein, und das Sicherungsmittel kann aus einem damit
verschraubbaren und sich mindestens mittelbar an der Innenseite des Hülsenabschnitts abstützenden Mutterkörper
bestehen.
Es ist grundsätzlich möglich, in den Fügebereich zwischen Konusstift 15 und den Bohrungsabschnitten 16
und 17 einen Klebstoff, z.B. ein aushärtbares Epoxydharz, einzugeben. Einerseits erleichtert dies das Gleiten
des Konusstiftes 15 beim Eintreiben in die Bohrungsanordnung 16, 17 und hat andererseits den Vorteil,
daß der Klebstoff Poren oder andere Unebenheiten perfekt nivellieren kann, die im Fügebereich insbesondere
im Bohrungsabschnitt 16 des Rohrendes 11a vorhanden sein könnten. Zudem trägt der Klebstoff zusätzlich zur
festhaftenden Verbindung des konusstiftes 15 bei.
Beim Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, liegt eine sogenannte
"einschnittige" Verbindung zwischen Rohrende 11a und einem einzigen Hülsenabschnitt 12a des Anschlußstücks
12 vor. Um dabei ein Verkippen oder eine sonstige unzu-
Centa-Antriebe Kirschej^njbli
lässige Querverlagerung oder Schrägstellung des Konusstiftes
15 zu verhindern, weist der Hülsenabschnitt 12a eine Verstärkung 12b in Form einer nach innen erhabenen
umlaufenden Ringrippe 23 auf.
5
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich hiervon im wesentlichen durch eine sogenannte
"zweischnittige" Verbindung dergestalt, daß das verdickte Ende 11a des Rohres 11 sowohl innen als auch
außen von jeweils einem Hülsenabschnitt 12a, 12d tangiert ist. Da hier der Konusstift 15 sowohl im Innern
des Rohrendes 11a als auch auf dessen Außenseite
jeweils einen Bohrungsabschnitt des Anschlußstücks 12 durchgreift, sind besondere Stabilitätserhöhende Maßnahmen
nicht erforderlich. Entsprechend kann auch der Konusstift 15 kürzer ausgeführt sein.
Auch bei dieser zweiten Ausführungsform können die
Fügespalte 13 (innen) und 13a (außen) jeweils zumindest in einem axialen Bereich zur Klebespalten erweitert
sein. Eine zweckmäßige Spaltweite liegt z.B. bei 0,1 mm, wobei es aus Festigkeitsgründen vorteilhaft
ist, wenn sich der Klebespalt zum freien Ende des jeweiligen Hülsenabschnitts 12a, 12d hin geringfügig
erweitert.
Die Konusstifte 15 weisen, wie die Figuren
deutlich zeigen, vorzugsweise keinen über den Konusschaft radial vorstehenden Kopf auf, um in jedem
Fall auszuschließen, daß ein solcher die Rohroberfläche in Mitleidenschaft ziehen könnte.
Centa-Antriebe
Dargestellt und bislang beschrieben wurden die als besonders vorteilhaft erkannten Merkmale der Erfindung.
Gleichwohl sind Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich. Dies betrifft beispielsweise die Sicherungsmittel
für die Konusstifte 15. Hier könnte man auch daran denken, auf der Außenseite des Verbindungsbereichs
eine Manschette anzubringen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 würde diese Manschette also auf
der Außenseite des Rohrendes 11a und bei der Ausführung
nach Fig. 3 auf der Außenfläche des Hülsenabschnitts 12d des Anschlußstücks 12 liegen und die Konusstifte
gegen einen möglichen Austritt sichern.
Claims (11)
1. Kraftübertragungswelle (10) mit einem aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Rohr (11), an
dessen Enden (11a) jeweils ein Anschlußstück (12) zur Drehmomentübertragung befestigt ist, welches wenigstens
einen mit dem Ende (11a) des Rohres (11) steckverbindbaren Hülsenabschnitt (12a; 12d) aufweist und im axialen
Überdeckungsbereich von Hülsenabschnitt (12a; 12d) und Rohr (11) deren Wandungen radial durchsetzende Bolzen
(14) zur Drehmomentübertragung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (14) aus
Konusstiften (15) bestehen, die radial von außen her in
die zuvor entsprechend konisch ausgearbeiteten Bohrungen (16, 17) von Rohr (11) und Hülsenabschnitt
(12) eingetrieben und in ihrer Endlage durch wenigstens
ein Sicherungsmittel festgehalten sind.
2. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Konusstift (15) ein eigenes
Sicherungsmittel im Innern des Rohres zugeordnet ist.
3. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sicherungsmittel gemeinsam mit einem am Konusstift (15) vorgesehenen Gewinde eine
Spannverschraubung bildet.
4. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusstift (15) ein
sich zu seiner im Durchmesser kleineren Stirnseite (21) öffnendes Innengewinde (18) aufweist, mit dem eine
Spannschraube (20) zusammenwirkt, zwischen deren Kopf und der Innenfläche des Hülsenabschnitts (12a) ein
Centa-Antriebe Kirsche}?
Distanzstück (22) eingespannt ist, das am Hülsenabschnitt (12a) mit einem etwa topförmigen Abschnitt
(22b) anliegt, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Kegelstiftstirn (21).
5
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5. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsmittel unmittelbar am
Konusstift (15) selbst ausgebildet ist, indem das verjüngte Ende des Konusstiftes (15) nietfähig ausgebildet
ist.
6. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusstift (15) an seinem im
Durchmesser verjüngten Ende mit einem Gewindeschaft versehen ist und das Sicherungsmittel aus einem damit
verschraubbaren und sich mindestens mittelbar an der Innenseite des Hülsenabschnitts (12a) abstützenden Mutterkörper
besteht.
7. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsmittel eine auf dem
Hülsenabschnitt (12d) oder dem Rohrende (11a) befestigte Manschette ist.
8. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 1 oder
einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (12) in konzentrischer Anordnung zwei
Hülsenabschnitte (12a, 12d) aufweist, zwischen denen das Ende (11a) des Rohres (11) aufgenommen ist.
9. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 1 oder
einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (12) einen in das Ende (11a) des Roh-
Centa-Antriebe
res (11) eintauchenden Hülsenabschnitt (12a) aufweist,
der im Anordnungsbereich der Konusstifte (15) eine Materialverstärkung (12c) insbesondere in Form einer
umlaufenden Innenrippe (23) aufweist.
5
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10. Kraftübertragungswelle nach Anspruch 1 oder
einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügespalte (13; 13a) zwischen Hülsenabschnitt (12a,
12d) und Rohrende (11a) zumindest bereichsweise zur Aufnahme von Klebstoff ausgebildet sind.
11 . Kraftübertragungswelle nach Anspruch 1 oder
einem der darauf folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusstift (15) unter Vermittlung eines Klebstoffs
in die konischen Bohrungen {16, 17) von Rohrende (11a)
und Hülsenabschnitt {12a, 12d) eingesetzt ist.
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