DE8221412U1 - Torsion shaft - Google Patents

Description

ι gü/sdι gü / sd

M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesell schaftM.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft

München, 23. Juli 1982Munich, July 23, 1982

Torsi onswel1eTorsion swell

Die Erfindung bezieht sich auf eine Torsionswelle bestehend aus einem mindestens teilweise hohlen Körper mit einem zylindrischen Bereich.The invention relates to a torsion shaft consisting of an at least partially hollow one Body with a cylindrical section.

Es ist eine als Antriebswelle ausgebildete Torsionswelle aus der DE-OS 29 46 530 bekannt, die als Faserverbundrohr ausgebildet ist, wobei deren Fasern an den 2Q Enden des Rotors jeweils um ein Anschlußstück aus Metall gewickelt sind. Die übertragung der Torsionskräfte erfolgt in diesem Fall über die Reibung und die Adhäsionskräfte des Klebstoffes zwischen dem faserverstärktem Rohrteil und dem metallischen Anschlußstück.It is a torsion shaft designed as a drive shaft from DE-OS 29 46 530 known, which is designed as a fiber composite tube, the fibers of which on the 2Q ends of the rotor each around a connecting piece made of metal are wrapped. In this case, the torsional forces are transmitted via friction and adhesive forces of the adhesive between the fiber-reinforced pipe part and the metallic connection piece.

Bei unterschiedlichen Wärmedehnungen sowie bei Wechsel belastungen ist jedoch eine derartige Verbindung sehr unsicher. Um den Sicherheitsfaktor anzuheben, ist bei der bekannten Vorrichtung.der umwickelte Außenumfang des Anschlußstückes mit einem Gewinde versehen. Um hieraus einen Vorteil zu erzielen, muß jedoch eine äußerste Sorgfalt beim Wickeln bzw. Umwickeln des Gewindes beachtet werden, wobei allerdings das Gewinde nichts an der rein kraftschlüssigen Reibungsverbindung ändert.With different thermal expansions and alternating loads however, such a connection is very insecure. To increase the safety factor, is at the known device. the wrapped outer circumference of the connection piece provided with a thread. To take advantage of this, however, one must Extreme care must be taken when winding or wrapping the thread, although the thread does not change anything in the purely frictional connection.

7.21357.2135

• · · · ff • · · · ff

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebswelle der eingangs genannten Art zu entwickeln, die einfach herzustellen ist und eine sichere und dauerhafte Verbindung mit Kupplungselementen gewährleistet.The invention is based on the object of developing a drive shaft of the type mentioned at the outset that is simple is to be established and a secure and permanent connection with coupling elements is guaranteed.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an mindestens einem Ende des zylindrischen Bereiches ein hohles Verbindungsteil anschließt, bei dem zumindest der Innenquerschnitt poligonal oder annähernd elliptisch ist.The object is achieved according to the invention in that at at least one end of the cylindrical area adjoins a hollow connecting part, in which at least the inner cross-section is polygonal or approximately elliptical is.

über die annähernd elliptische oder poligonale Querschnittsfläche erfolgt ausschließlich eine formschlüssige Verbindung zwischen der Welle und einem Kupplungselement. Dieses gewährleistet eine sichere übertragung.der Torsionskräfte, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung durch eine Lockerung eines Klebstoffes oder dergleichen besteht, wie bei der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Außerdem sind hier keine weiteren Befestigungs-over the approximately elliptical or polygonal cross-sectional area there is only a form-fitting Connection between the shaft and a coupling element. This ensures a safe transmission of the torsional forces, without being adversely affected by loosening an adhesive or the like, as in the prior art device. In addition, there are no other fastening

²^ mittel sowie Schrauben oder ähnlichem notwendig, deren Durchführungsbohrungen eine Schwächung der Stabilität der Wellenenden darstellen wurden. ² ^ medium as well as screws or similar necessary, the through-holes of which would weaken the stability of the shaft ends.

Eine derartige Welle läßt sich außerdem fertigungstechnisch ²^ sehr einfach und aus dem gewünschten Material herstellen, wobei der zylindrische Bereich hohl odtr massiv ausgebildet sein kann. Aufgrund der einfachen, wenig Bauteile bedürfenden Kupplung und der freien Materialwahl eignet sich die erfindungsgemäße-WeI1e insbesondere für die Luft- und Raumfahrttechnik.Such a shaft can also manufacturing technology ² ^ very simple and manufacture of the desired material, wherein the cylindrical portion may be made hollow ODTR solid. Because of the simple coupling, which requires few components, and the free choice of materials, the method according to the invention is particularly suitable for aerospace engineering.

7.21357.2135

Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann der zylindrische Bereich sich an mindestens einem Ende über einen annähernd kegeligen Obergangsteil auf den hohlen Verbindungsteil erweitern.
5According to one embodiment of the invention, the cylindrical area can widen at least at one end to the hollow connecting part via an approximately conical upper passage part.
5

Die sich erweiternde Querschnittsform begünstigt die konstruktive und fertigungstechnische Ausbildung des Krafteinleitungsbereiches hinsichtlich mechanischer (statisch, dynamisch) Festigkeit oder ausreichender Biegesteifigkeit zur Vermeidung von Wellenvibrationen.The widening cross-sectional shape favors the constructive and production engineering training in the force application area in terms of mechanical (static, dynamic) strength or sufficient flexural rigidity to avoid shaft vibrations.

Außerdem schafft die Erweiterung Raum, tier einen Zugang zum Innenbereich des Verbindungsteiles für Montagezwecke zuläßt. Hierzu können im entsprechend verstärkten ¹⁵ Obergangsteil Durchgangslöcher vorgesehen wenden.In addition, the extension creates space that allows access to the interior of the connecting part for assembly purposes. To this end, the increased corresponding to ¹⁵ transition part through holes may apply provided.

Für die Herstellung der Welle eignet sich insbesondere ein faserverstärkter, vorzugsweise kohlenstoffaserverstärkter Kunststoff. Die Welle läßt sich dabei vorteilhaft in einem Stück wickeln, wobei gegebenenfalls zusätzlich zu den Fasern Gewebestreifen in den Endbereichen der Welle als zusätzliche Verstärkung aufgebracht werden können. In diesem Fall hat der ringförmige Querschnitt des Verbindungsteiles sowohl innen als auch außen ° die gleiche poligonale Form.A fiber-reinforced, preferably carbon fiber-reinforced, is particularly suitable for producing the shaft Plastic. The wave can be advantageously in wrap in one piece, with additional if necessary to the fibers fabric strips in the end areas of the Wave can be applied as additional reinforcement. In this case, the annular cross-section of the connecting part both inside and outside ° the same polygonal shape.

Um einen Schutz gegen äußere mechanische Beanspruchung zu gewährleisten, ist es ferner vorgesehen, daß die Außenseite und gegebenenfalls die Innenseite der WelleTo ensure protection against external mechanical stress, it is also provided that the Outside and possibly the inside of the shaft

3030th

mit einer Glas- oder Aramidfaserlage dünn umgeben ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Schutzfaserlage für die Well einnenseite vor dem Wickeln des lasttragenden Rohres und die äußeren Lagen nach dem Rohrwickeln aufgebracht werden. Hierdurch wird eine kontrollierte Verdichtung des Rohrlaminates erzielt.is thinly surrounded by a glass or aramid fiber layer. It is advantageous here if the protective fiber layer for the inside of the corrugation before winding the load-bearing one Pipe and the outer layers are applied after pipe winding. This creates a controlled compaction of the tubular laminate achieved.

7.2135
23.07.19827.2135
07/23/1982

Gemäß einer fertigungstechnisch sehr einfachen Ausgestaltung ist im Hohlraum des Verbindungsteiles ein Anschlußflansch eingeklebt. Bei Wellen aus faserverstärktem Material kann der Anschlußflansch bewickelt und damit direkt mit der Welle verbunden werden.According to an embodiment which is very simple in terms of production technology, there is a in the cavity of the connecting part Connection flange glued in. For shafts made of fiber-reinforced The connecting flange can be wound with material and thus be connected directly to the shaft.

Durch die Wellengeometrie in Verbindung mit einer Welle und einem Anschlußflansch aus Kunststoff ist eine Welle geschaffen, bei der mit minimal möglicher Masse eine hinsichtlich der zu übertragenden Leistung und/oder der zwischen Punkten erforderlichen Drehsteifigkeit garantiert ist. Mit der Klebverbindung zwischen dem Anschlußflansch und der Hohlwelle können auch Kräfte in begrenzter Höhe in Richtung der Wellenachse über-Due to the shaft geometry in connection with a shaft and a connection flange made of plastic is one Shaft created in which with the minimum possible mass one with regard to the power to be transmitted and / or the torsional stiffness required between points is guaranteed. With the adhesive connection between the connecting flange and the hollow shaft, forces at a limited height in the direction of the shaft axis

tragen werden. Der Anschlußflansch kann aus Metall hergestellt sein.will wear. The connection flange can be made of metal be.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.Embodiments according to the invention are shown schematically in the drawing.

Fig. !"Zeigt eine Antriebswelle 10, bestehend aus einem mittleren zylindrischen Bereich 11, dessen Enden jeweils über einen kegeligen Obergangsteil 12 in einen .hohlelliptischen Verbindungsteil 13 übergehen. Der Querschnitt Fig.! "Shows a drive shaft 10, consisting of a central cylindrical area 11, the ends of which merge into a hollow-elliptical connecting part 13 via a conical upper passage part 12. The cross section

des Verbindungsteiles kann jeds nicht kreiasymmetrische Form annehmen, wie beispielsweise ein Viereck, Rechteck, Vieleck. In Fig. 2 ist ein Verbindungsteil 13' gezeigt, das innen einen achteckigen Querschnitt hat und sich direktof the connecting part can not be circularly symmetrical Take on a shape such as a square, rectangle, Polygon. In Fig. 2 a connecting part 13 'is shown, which has an octagonal cross-section on the inside and is directly

an de,i zylindrischen Berei'ch 11' anschließt. 30adjoins de, i cylindrical area 11 '. 30th

Die Welle 10 ist aus Faserverbundwerkstoff hergestellt. Die Hohlwelle 10 wird dabei in einem Stück auf einem zerlegbaren, nicht dargestellten Dorn gewickelt, wobei an den Endbereichen 12 bzw. 13 zur Verstärkung zusätzlichThe shaft 10 is made of fiber composite material. The hollow shaft 10 is in one piece on a collapsible mandrel, not shown, wound, wherein at the end areas 12 and 13 for reinforcement

Fasermatten- oder gewebe eingelegt sein können. Als Fasern sind Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern geeignet.Fiber mat or fabric can be inserted. as Fibers are carbon, aramid and glass fibers.

7.2135
23.07.19827.2135
07/23/1982

Bei faserverstärkten Wellen 10 kann der Anschlußflansch 14 im Wickelverfahren direkt am Außenumfang umwickelt werden_s so daß keine getrennte Verklebung notwendig ist.In fiber-reinforced shafts 10 of the connecting flange 14 can be wrapped in a winding process directly on the outer circumference _s so that no separate bonding is necessary.

Bei Anwendungen, wie z.B. in Luftfahrzeugen, kann der Anschlußflansch 14 aus Kunststoff hergestellt.werden, um der Antriebswelle 10 eine möglichst geringe Masse zu verleihen. Der Anschlußflansch 14 kann je nach Bedarf entsprechend ausgestaltet sein, wobei an beiden Enden der Welle 10 unterschiedliche Formen verwendet werden können. Je nach Anwendungsgebiet kann die Antriebswelle auch nur mit einem hohlen Verbindungsteil 13 ausgestattet sein. Langlöcher 16 im kegeligen Obergangsbereich 12 erlauben die Einführung von Werkzeugen für dieIn applications such as in aircraft, the Connection flange 14 made of plastic. in order to give the drive shaft 10 the lowest possible mass. The connection flange 14 can as required be designed accordingly, wherein at both ends of the shaft 10 different shapes are used can. Depending on the area of application, the drive shaft can also only be equipped with a hollow connecting part 13 be. Long holes 16 in the tapered transition area 12 allow the introduction of tools for

Montage der Welle an eine Antriebsvorrichtung. 25Assembly of the shaft on a drive device. 25th

7.2135
23.07.19827.2135
07/23/1982

-7--7-

Nach dem Wickeln der Welle 10 und dem Herausnehmen des Wickeldornes wird ein Anschlußflansch 14 aus Metall oder Kunststoff in den Hohlraum 15 des elliptischen Teiles 13After winding the shaft 10 and removing the winding mandrel, a connecting flange 14 made of metal or Plastic in the cavity 15 of the elliptical part 13

eingeklebt. Die elliptische oder poligonale Querschnitts- ■glued in. The elliptical or polygonal cross-sectional ■

form der Verbindungsteile 13 bzw. 13' erlaubt die Ein- ]shape of the connecting parts 13 or 13 'allows the entry]

bringung von Endbeschlägen für beliebige Wellenver- fBringing end fittings for any shaft disp

bindungen wie Kardangelenke oder Keil verzählungen zur |bindings such as cardan joints or wedge counters for |

Gewährleistung axialen Längenausgleichs. IGuarantee of axial length compensation. I.

Claims (1)

Dill U ·* * ^β*Dill U * * ^β * -1--1- gü/sdgü / sd M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG AktiengesellschaftM.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft München, 23. Juli 1982Munich, July 23, 1982 ansprücheExpectations 1. Torsionswelle bestehend aus einem mindestens teilweise hohlen Körper, mit einem zylind» rischen Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß1. Torsion shaft consisting of at least one partially hollow body, with a cylindrical area, characterized in that sich an mindestens einem Ende des zylindrischen Bereiches (11) ein hohles Verbindungsteil (13) anschließt, bei dem zumindest der Innenquerschnitt poligonartig oder annähernd oval ist.attached to at least one end of the cylindrical Area (11) is followed by a hollow connecting part (13) in which at least the inner cross-section is polygonal or approximately oval. 2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bereich (11) an mindestens einem Ende sich über einem annähernd kegeligen Übergangsteil (12) auf den Verbindungsteil (13) erweitert.2. Shaft according to claim 1, characterized in that the cylindrical region (11) at least one end extends over an approximately conical transition part (12) onto the connecting part (13) expanded. 3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) aus Faserverbundwerkstoff besteht.3. Shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft (10) made of fiber composite material consists. 4. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bereich (11) zusammen mit den Endteilen (12 bzw. 13) aus mehreren4. Shaft according to claim 3, characterized in that the cylindrical region (11) together with the end parts (12 or 13) from several in einem Arbeitsgang gewickelten Faserlagen besteht.consists of fiber layers wound in one operation. 7.21357.2135 2020th 2525th 3030th 3535 -Z--Z- 5. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) auf der Außenseite und gegebenenfalls auf der Innenseite mit einer Glasfaser- oder Aramidfaserlage umgeben ist.5. Shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft (10) on the outside and possibly on the inside is surrounded with a glass fiber or aramid fiber layer. 6. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich (12, 13) der Welle (10) zwischen den gewickelten Faserlagen .Fasermatten oder -gewebe aufweist.6. Shaft according to claim 3, characterized in that the end region (12, 13) of the shaft (10) Has fiber mats or fabric between the wound fiber layers. 7. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum des Verbindungsteiles (13) ein Anschlußflansch (14) eingeklebt oder bewickelt ist.7. Shaft according to one of the preceding claims, characterized in that in the cavity of the Connecting part (13) a connecting flange (14) is glued in or wrapped. 7.2135
23.07.19827.2135
07/23/1982