DE3725959A1 - Verbindung zwischen fvw-rohr und stahlzapfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einem Rohr aus Faserverbundwerkstoff und einem innenliegenden metal­ lischen Zapfen zur Drehmomentübertragung in Gelenkwellen oder dergleichen.

Verbindungen der genannten Art zur Übertragung von ge­ ringen Drehmomenten werden in der Form hergestellt, daß das Rohr unmittelbar auf den metallischen Zapfen, der dabei zugleich als Fertigungsmittel dient, aufgewickelt wird. Eine Verbindung dieser Art ist trotz des Kleb­ effektes, der zwischen Harz und Wellenzapfen entsteht, für die Übertragung hoher Drehmomente nicht geeignet. Es ist daher vorgeschlagen worden, zusätzliche radiale Sicher­ ungsmittel wie Stifte oder Nieten in die Rohrenden einzu­ setzen, die aber zu Punktbelastungen führen und das Rohr­ material schwächen. Daher ist auch angegeben worden, das Rohr mit Faserverläufen herzustellen, die radiale Ansätze oder Zapfen am Rohr einschließen, um einen Formschluß zwischen Rohr und Zapfen zu bilden. Hierbei entstehen in nachteiliger Weise Spannungskonzentrationen, die uner­ wünscht sind. Fertigungstechnisch ist eine derartige Ver­ bindung besonders nachteilig, aufgrund der komplizierten Wickelverläufe. Wenn z.B. ein durchmessergleicher Zapfen mit Keilverzahnung oder ähnliches sich an das Rohr an­ schließen soll, ist eine solche Verbindung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung der eingangs genannten Art herzustellen, die hohe Dreh­ momente aufnimmt und in fertigungstechnisch günstiger Weise herzustellen ist. Die Lösung besteht darin, daß das Rohr mit gegenüber dem Zapfendurchmesser geringerem Durch­ messer gewickelt und unter radialem Aufweiten auf diesem aufgeschoben ist. Im Gegensatz zu den bisher üblichen formschlüssigen Verbindungen ist eine Verbindung der ge­ nannten Art einfach herzustellen, wobei nicht nur die Wicklung des Rohres, sondern auch die konstruktive Ge­ staltung des entsprechenden Zapfens die kostengünstigste Herstellung unter Verzicht auf jegliche komplizierte me­ chanische Bearbeitung zuläßt. Bei einer Überlastung durch erhöhtes Drehmoment kommt es zu einem Durchrutschen der rein kraftschlüssigen Verbindung, nicht jedoch zu einer Zerstörung, so daß die Verbindung zugleich eine wesent­ liche Sicherheitsfunktion erfüllt. Die bei einer vorge­ gebenen radialen Überdeckung von Zapfen und unverformtem Rohr möglichen Verdrehkräfte werden wesentlich von der Richtung des Faserverlaufs im Rohr bestimmt, die im Ver­ bindungsbereich möglichst große Winkel gegenüber der Längsachse haben sollte.

Nach einer ersten günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, einen zusätzlichen Wandungsteil im Verbindungsbereich vorzusehen, in der ein erhöhter Wickelwinkel von 75° oder mehr zur Längsrichtung vorgesehen ist, auf den die eigentliche Rohrwandung mit geringeren, insbesondere den üblichen Wickelwinkeln von etwa 10 bis 45° zur Längs­ achse außen aufgewickelt ist. Eine Umkehrung dieser Anordnung, d.h. das Aufwickeln des zusätzlichen Wandungs­ teils auf ein fertiggewickeltes durchgehendes Rohr ist mit im wesentlichen gleicher Wirkung ebenfalls möglich, des­ gleichen eine mehrfache Schichtung der unterschiedlich gewickelten Wandungsteile im Verbindungsbereich. Durch die verbesserte Aufnahme der Radialkräfte durch den zusätz­ lichen Wandungsteil wird eine Beschädigung der übrigen Wandung bei Erzielung hoher radialer Vorspannkräfte ver­ mieden.

Nach einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist vorge­ sehen, einen über die gesamte Rohrlänge mit einem üblichen Wickelwinkel der Faseranteile von etwa 10 bis 45° zur Längsachse gewickelten Wandungsteil im Verbindungsbereich kontinuierlich in eine Wandung mit einem Wickelwinkel von zumindest 75° übergehen zu lassen, was bei rechnerge­ steuerter Herstellung ohne weiteres möglich ist. Eine derartige Wandung kann mit zunehmender Dicke den ganzen Rohrkörper umfassen oder aber im Verbindungsbereich zu­ sätzlich mit einem Wandungsteil mit gleichbleibend steiler Umfangswickelung in der Größenordnung von bis zu 90° kombiniert werden. Wesentlich ist, daß die freie Rohrlänge durch den Wickelwinkel von etwa 10 bis 45° in ihren Drehmomentübertragungseigenschaften nicht beeinträchtigt ist.

Die bevorzugte radiale Überdeckung zwischen Wellenzapfen und Rohr im Verbindungsbereich beträgt abhängig vom Durch­ messer zwischen 0,2 und 0,7 mm für Wellen in der Größen­ ordnung von 50 bis 120 mm Durchmesser.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Verbindung mit außenliegendem zusätz­ lichem Wandungsteil im Verbindungsbereich,

Fig. 2 zeigt eine Verbindung mit innenliegendem zusätz­ lichem Wandungsteil im Verbindungsbereich,

Fig. 3 zeigt eine Verbindung mit sich änderndem Wickel­ winkel der Rohrwandung im Verbindungsbereich in einer ersten Ausführung,

Fig. 4 zeigt eine Verbindung mit sich änderndem Wickel­ winkel der Rohrwandung im Verbindungsbereich in einer zweiten Ausführung.

Im einzelnen ist ein hohler Wellenzapfen 1 mit einem da­ rauf aufgeschobenen Rohr 2 aus Faserverbundwerkstoff dar­ gestellt, das im Verbindungsbereich einen Wandanteil mit vergrößertem Wickelwinkel aufweist.

In Fig. 1 ist ein zusätzliches außenliegendes Wandungsteil 3 mit großem Wickelwinkel vorgesehen, das auf die mit gleichbleibendem Durchmesser durchlaufende Rohrwandung 2, deren Wickelwinkel geringer ist, zur Erhöhung der Vor­ spannung aufgewickelt ist.

In Fig. 2 ist ein zusätzliches innenliegendes Wandungsteil 3 mit großem Wickelwinkel vorgesehen, der im Durchmesser etwa dem Rohrverlauf entspricht. Die Rohrwandung 2 mit geringerem Wickelwinkel ist unter Durchmesservergrößerung darauf aufgewickelt.

In Fig. 3 ist die Rohrwandung 2 mit im Verbindungsbereich zunehmend größer werdendem Wickelwinkel mit zunehmender Wandstärkendicke weitergewickelt (2′). Innenliegend ist ein - an sich verzichtbarer - zusätzliches Wandungsteil 3 mit gleichbleibend größerem Wickelwinkel vorgesehen.

In Fig. 4 ist die Rohrwandung 2 in gleicher Art wie in Fig. 3 mit steiler werdendem Wickelwinkel und dadurch zunehmender Wandstärkendicke hergestellt (2′), wobei dies das einzige Wandungsteil im Verbindungsbereich darstellt.

Claims (5)

1. Verbindung zwischen einem Rohr aus Faserverbund-Werk­ stoff und einem innenliegenden metallischen Zapfen zur Drehmomentübertragung in Gelenkwellen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) mit gegenüber dem Zapfendurchmesser geringerem Innendurchmesser gewickelt und unter radia­ lem Aufweiten in rein kraftschlüssiger Verbindung auf den Zapfen (1) aufgeschoben ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) zur Erzeugung erhöhter radialer Vor­ spannung im Verbindungsbereich ein Wandungsteil mit gegenüber der Rohrlängsrichtung gemessenem Wickel­ winkel der Faseranteile von zumindest 75° aufweist.

3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandungsteil (3) mit einem Wickelwinkel der Faseranteile von zumindest 75°, vorzugsweise 90° zusätzlich im Verbindungsbereich angeordnet ist und mit einem über die gesamte Rohrlänge verlaufenden Wandungsteil (2) mit einem Wickelwinkel der Faseran­ teile von vorzugsweise ± 45° bis ± 10° kombiniert ist.

4. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wandungsteil (2) mit einem Wickelwinkel der Faseranteile von zumindest 75° im Verbindungsbereich aus einem über die wesentliche Rohrlänge verlaufenden Wandungsteil (2) mit einem Wickelwinkel der Faseran­ teile von vorzugsweise ± 45° bis ± 10° durch kon­ tinuierlich veränderten Wickelwinkel hervorgeht.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Verbindungsbereich mehrere zumindest zwei Wandungsteile (2, 3) mit unterschiedlicher Wicklungs­ art überdecken, wobei bevorzugt ein Wandungsteil (3) mit einem Wickelwinkel von mehr als 75° außen liegt.