DE2058016A1

DE2058016A1 - Mehrschichtige Welle mit angeformtem Flansch und Verfahren zur Herstellung dieser Welle

Info

Publication number: DE2058016A1
Application number: DE19702058016
Authority: DE
Inventors: Darrow Donald Chester
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1970-02-02
Filing date: 1970-11-25
Publication date: 1971-08-19
Also published as: JPS4819801B1; FR2080428A5; US3651661A; GB1274568A

Description

Weiterleitung erh:iiten2058016

u:.;it^t:d aircraft corporation Pr.'.iof-r.wjlt

400 FAiiN¹ Street " Df.-lng. Dipl.-Ing. G. RLbling

EAST HAIiTFORD, CONä. 06108
U.S.A.

Mehrschichtige Welle mit angcformten». Flansch und Verfahren zur Herstellung dieser Welle

Priorität: Vereinigte Staaten von Amerika Patentanmeldung vo.n 2. Februar 1970 unter der Nr. 7722

Die Erfindung bezieht sich auf mehrschichtige Wellen oder Rohre mit ameforrnten Flanschen und auf ein Verfahren zur Herstellung' dieser Wellen oder Rohre. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Wellen, die vorzugsweise an jedem Ende einen angeformten Flansch besitzen, damit mehreie dieser Wellen zur Bildung eines Wellenstranges von wesentlicher Lä'nge miteinander verbunden werden können. Derartige lange Wellen dienen z.B. zum Antrieb eines Hubschrauberschwanzrotors mit Hilfe eines Motors, der in einem wesentlichen'Abstand vom Schwanzrotor angeordnet ist.

Diese langen Transmissionswellen werden üblicherweise aus Metall hergestellt und erfordern dadurch eine teuere Bearbeitung, haben ein grosses Gewicht und benötigen schwere Traglager, welche in vielen Anwendungsgebieten, wie z.B. im Flugzeugbaumchteilig sind. Es ist ebenfalls bekannt, diese Wellen aus Faserlagen herzustellen wie z.B. Glasfaserlagen, die miteinander verklebt sind, wie in der U.S. Patentschrift Iir. 3.336.176 beschrieben ist. Die Verbindung solcher Wellen miteinander ist nachteilig, da infolge der Verklebung der Wellen miteinander diese zu einem späteren Zeitpunkt nicht wieder getrennt werden können. Desweiteren hat der faserverstärkte Kunststoff eine geringe Tragfähigkeit, so dass die- aneinanderliegenden Flansche nicht miteinander verschraubt werden können.

Es wurde auch schon vorgeschlagen metallische Endflansche zum Ver-

10983A/U53

BAD UKtGiNAL

stärken dor Kunststoffwelle mit derselben zu verkleben oder zu vernieten, wobei aber eine sichere Verbindung mit der Welle nicht erreicht werden konnte. Ausoerdem sind keine VersuchsruÖglichkeiten bekannt um die Festigkeit dieser Verklebung zu testen und durch die Vernietung treten Stellen höherer Spannungskonzentration auf von welchem Wellenbrüche sehr leicht ausgehen können.

Es ist desweiteren bekannt Kunststofflansche mit kunststoffverstärkten Rohren zu verkleben (siehe U.S. Patentschrift 2.703.109), diese Konstruktion bedingt jedoch eine Unregelma'ssigkeit der Wellenstruktur und ist damit für drehende, auf Torsion beanspruchte Wellen nicht geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin eine mehrschichtige V7elle mit angeformten EndCLanschen zu schaffen, welche drehbar gelagert werden kann und welche an die erforderlichen Maschinenteile zum Übertragen eines Drehmomentes angeschlossen v/erden kann.

In Übereinstimmung mit der Erfindung begreift die mehrschichtige Welle mit angeformten Endflanschen mehrere Lagen aus Fasern mit hohem Modul welche zwischen Kunststoffschichten angeordnet und mit denselben verklebt sind, wobei die Richtung der Fasern mit hohem Modul einen bestimmten Winkel in Bezug auf die Wellenachse hat, um eine Welle mit optimalen Drehmomsntübertragungseigenschaften zu bilden und wobei die Fasern sich über die gesarte Lä'nge der Welle und der Endflansche erstrecken.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von leichtem mehrschichtigem Material welches zur Bildung der Itfelle mit den Flanschen miteinander verklebt v/erden kann, wodurch man die erwünschte Wellenform erhä'lt ohne dass hierzu eine Bearbeitung nötig wäre und das Material zum Herstellen der Welle wesentlich leichter als die Metalle die iiberlicherweise zum Herstellen von Transmiss ionswollen verwendet v/erden.

In Übereinstimmung mit dem Verfahren zur Herstellung der Welle nach der Erfindung wird wenigstens eine Schutzschicht, z.B. aus glasfaserverstärktem Kunstctoff, auf einen geeignet geformten Dorn gelegt, dann werden mehrere Lagen aus Fasermaterial mit hohem Modul um die Schutzschicht gewickelt und mt derselben verklebt und schliesslich werden die Lagen aus Fasermaterial irit hohem Modul

109834/U53 bad original

mit -liner zweite« Schutzschicht, umwickelt und verklebt, um ein«? einheitliche Welle su bilden, in welcher die Fasern des Fasern?.-terials init hohem Modul in einer bestimmten Richtung inbezug auf die VJellen oJer Dornachse verlaufen und wobei die Fasern in den verschiedenen Lagen in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind. Auf diese Weise erhä*lt man eine Welle uie hohe Belastungen aufnehmen kann und sich insbesondere zur übertragung von hohen Drehmomenten eignet.

In Übereinstimmung mit einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird zur Verbesserung der VerschraubLarkeit einzelner Wellenteile ein Material rait hoher laafestigkeit ap Umfang des Flansches eingelegt.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung kann die mehrschichtige V7elle aus einer Zwischenahichtbauweise bestehen, wobei die Anzahl der Lagen radial innerhalb eines Kernes der Anzahl der Lagen radial ausserhalb des Kernes entspricht, um eire ausgeglichene Zv;ischenschicht=bauweise zu schaffen, oder die Welle kann unsymmetrisch sein, wobei eine gro"ssere Anzahl drehmomentübertragende Lagen radial ausserhalb des Kernes vorgesehen sind. Die unsymmetrische V7elle hat eine maximale Festigkeit an der von der Weifenachse entferntesten Stelle und eignet sich insbesondere zur Drehmomentübertragung.

Das obenerwa*hnte Material mit hoher Tragfestigkeit welches am Umfang des Flansches eingesetzt ist, ist vorzugsweise derart aige-^ ordnet, dass die Fasern mit hohem Kodul flach an diesem Material anliegen und beim Aufeinanderlegen der Faserschichten keine scharfen Krümmungen der Fasern entstehen.

Die Enden der Schichten können aufgeschnitten sein, um eine AneaVil von fingerförmigen Streifen zu bilden, welche leicht nach aussen aufgeweitet werden können, um einen glatten Übergang von der Welle auf den Flansch zu bilden.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung begreift der angeformte EndfLansch eine Anzahl von dünnen Hülsen die abwechselnd zwischen wenigstens einer Lage aus Fasermaterial mit hohem Modi eingeformt sind, wobei diese Hülsen an ihrem ä'usseren, dem ä*usseren

109834/1453

BAD ORIGINAL

Umfang des Flanschet: entsprechenden Umfang flach sind und an ihren inneren Enden gekrümmt sind, um sich der Form des Übergangsbereiches zwischen der Welle und dem Flansch anzupassen. Die inneren Enden der Hülsen begreifen fingerförmige Ansätze, deren Dicke und Breite in axialer RichLung der Welle abnehmen. Die fingerförmigen Ansätze von aneinandcrliegenden Hülsen enden entlang der Wellen-

in
achse/unter Abstand stehenden und zu dieser senkrechten Ebenen

und sind in Uraiangsrichtung gegeneinander versetzt.

Die mehr s chi clit ige \7elle manage formten Flanschen kann durch eine einzige Übereinanderwicklung von mehreren Schichten und einen einzigen Erha'rtungsgang hergestellt werden.

Ausführungabeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine mehrschichtige Welle mit angeformten Flanschen, die zwecks Drehmomentübertragung mit entsprechenden Wellenteilen oder anderen Maschinenteilen verbunden ist.

Fig. 2 eine Darstellung des Aufbaues der mehrschichtigen Wellen mit angeformtem Endflansch wobei die Welle an verschiedenen Stellen aufgebrochen ist, um die Anordnung der Lagen und die Richtung der Fasan auf dem Dorn zu zeigen.

Fig. 3 ein Schnitt durch einen Dorn mit den die We33e und den Flansch bildendem Lagen, wobei eine Scheibe zum Erhöhen der Tragfestigkeit zwischen den Lagen eingelegt ist.

Fig. 4 eine vergrösserte Ansicht eines Teiles der Fig. 3 wobei die Scheibe zum Erhöhen der Tragfestijkeit deutlicher dargestellt ist.

Fig. 5 eine Darstellung einer einzelnen Lage die an ihren Enden aufgeschnitten ist, um eine Anzahl von fingerförmigen Streifen zu bilden.

Fig. 6 zwei auf dem Dorn aufgewickelte Lagen deren fingerförmige Streifen nach aussen ungebogen sind, um einen glatten Übergang zwischen der WeUs und dem Flansch zu bilden.

Fig. 7 eine vergrösserte Aussenansicht zweier miteinander verbundenen Endflansche, wobei die Scheiben zum Erhöhen der Tragfestigkeit an de : ä'usseren Seite des Flansches angeordnet sind.

10983A/U53

BAD OBiGINAL

Fig. 8 den Aufbau einer unsymmetrischen Welle mit optimalen Drehmomentübertragungseigenschaften.

Fig. 9 eine abgeänderte äussere Verstärkung für die V7ellenflansche und die Übergangsbereiche zwischen Welle und Flansch.

Fig. IO und 11 eine andere Ausführungsform zur Erhöhung der Tragfes tikeit, die anstelle der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 verwendet v/erden kann.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 eine mehrschichtige Welle mit angeformten Endfinnschen, die aus einem Wellenabschnitt 10 und den EndficLiiiichen 14 und 16 besteht» Der Wellenabschnitt mit den Endflansc-hen hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und alle Teile sind vorzugsweise konzentrisch um die Achse 18 der Welle oder des Rohres. An verschiedenen Stellen der Welle sind Lager vorgesehen, um die Welle für eine Drehbewegung oder Schwingung um die Achse 18 zu tragen. Die Welle 10 ist mit ähnlichen Wellen 20 und 22 durch Schrauben 24 verbunden, welche sich durch die aneinander liegenden Flansche 14 und 26 sowie 16 und 28 erstrecken. Infolge dieser Verbindung zwischen den Teilen 20, 10 und 22 dreht der gesamte Wellenstrang um die Achse 18 und überträgt dabei ein Drehmoment von einem Motor wie z.B. 30 auf einem Antriebseinheit 32 wie z.B. eine Luftschraube, ein Rotor, ein Transmissionsgetriebe oder dergleichen.

Die Welle 10 ist ein einstückiges Bauteil und besteht aus mehreren miteinanderverklebten Lagen oder Schichten die sich alle über die gesamte Länge des Wellenabschnittes und den Flanschen erstreckte.

Die Anordnung der Lagen ist ausführlicher in Fig. 2 beschrieben und wird nun erläutert. Es wird zuerst ein Dorn 34 hergestellt v/elcher die gewünschte Form der Welle 10 mit den Endflanschen hat. Der Dorn 34 begreift deshalb den Wellenabschnitt 36 und den Flanschabschnitt 38 welche durch den Übergangsabschnitt 40 glatt ineinander übergehen. Die Welle 10 besteht aus einer inneren Schutzschicht 42, die vorzugsweise as glasfasergewebeversta'rktem Kunststoff besteht und die als erste Lage um den Dorn 34 gewickelt wird. Wenn die innere Lage 42 vollständig an dem Dorn 34 über dem Wellabschnitt 36 dem Tibergangsabschnitt 40 und dem Flanschabschnitt 38 an-

1Q9834/U53

liegt wird die erste Zwischenlage 44 aus Fasern mit hohem Modul und hoher Zugfestigkeit wie z.B. Borfasern um den Dorn gewickelt so dass die parallelen F «sern dieser Lace einen bestimmten Winkel mit der Achse 13 bilden, um optimale Drehmomentübertragungseig^n-3chaften der Welle zu erhalten, wie in Fig. 2 dargestellt ist •■-'ird hierzu ein Winke] von 45 als geeignet angesehen. In optimaler Weise wird der Winkel der Fasern derart ausgewählt, dass dieselben nur Druck- oder Zugkräften ausgesetzt sind falls die Welle auf Torsion beansprucht ist. So kann z.B. ein Teil des lastübertragenden Fasermaterials in einen Winkel von + 45° inbezug auf die Achse 18 angeordnet sein, um der Torsionbeanspruchung zu widerstehen und ein anderer Teil des Fasernaterials kann in einem Win-

ο ^um

kel von -45 inbezug auf die Wellenachse 13 angeordnet sein/den Druckkräften zu widerstehen, so dass die Welle in optimaler Waise ein Drehmoment übertragen kann. Bei langen Wellen mit verhältnismassig kleinem Durchmesser tritt eine Lüngsdurchbiegung auf und deshalb ist es erwünscht bei diesen Wellen einige der Fasern in eiern Winkel von +30 oder sogar O inbezug auf die Wellenachse 18 anzuordnen um der Durchbiegung der Welle entgegenzuwirken.

Eine zväte Zwischenlage 46 aus einem Fasermaterial mit hohem Modul z.B. Bor wird über die Lage 44 gelegt so dass die parallelen Fasern dieser Lagen einen bescimmten Winkel inbezug auf die Achse 18 bilden, der im wesentlichen die gleiche Grosse hat wie der Winkel welchen die Fasern der Lage 44 mit der Achse 18 bilden, diesem jedoch entgegengesetzt gerichtet ist. Infolgedessen sind also die Fasern der Lage 46 auch in einem Winkel von 45 angeordnet wie in der Fig. 2 dargestellt ist. Die Lage 48 welche vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht wird dann um die Lage 46 gewickelt und falls es sich um eine dünne Welle handelt kann hiermit der gesamte Aufbau der Viele fertiggestellt sein. Vorzugsweise begreift die WeIe jedoch eine Zwischenschicht 50 aus Schaumkunststoff oder Bienenwabengewebe welche die innere Lagengruppe 52 umgibt. Die glasfaserverstärkte Kunststofflage 62 dient als äussere Schutzschicht für die Lagen 60 und 58 aus Fasermaterial mit hohem Modul, damit die Fasern dieser Lagen nicht durch Schläge oder dergleichen beschädigt werden können.

10983WU53

_BAD O

¹W' j?. !-¹¹IiUi"'^:|" ¹S¹ πΐ!ΐ|ΐπι»;ιπηΐ|!! :ϋϋ:-··ΐ!ΐ:^:ιιΙ

— 7 —

Falls die Zwischenshicht 50 aus einem Bienenwabengewebe besteht wird vorzugsweise eine Lage 51 aus eiuem Material mit kleinen öffnungen um die Schicht 50 gelegt und mit derselben verklebt, damit die Fasern mit hohem Modul nicht in die Binenwabenzellen hineingedrückt werden. Die Lage 51 ist derart ausgewählt, dass sie ä*hnliche Eigenschaften und insbesondere die gleiche thermische Ausdehnungszahl als die Zwischenlage 50 hat.

Es wird hervorgehoben, dass jede der Lagen 42 bis 62 sich über die gesamte Länge der Welle und des Flansches erstreckt. Bei bestimmten Anwendungen, können die inneren und a'usseren Schutzschichten welche äie Welle gegen Erosion und Beschädigung durch Fremdteile schützer« nur an bestimmten Stellen angebracht sein.

Wie im folgenden beschrieben wird, sind eine oder mehrere Scheiben wie z.B. 64 und 66 am Umfang des Flansches 16 angeordnet und nach dem Erhärten werden Löcher 68 durch die Scheiben gebohrt.

Wenn die verschiedenen Lägen der Welle angebracht sind wie in Fig.

2 dargestellt ist wird der Dorn 34 in ete zweite Formhälfte 70 gelegt, die der Susseren Form der Welle 10 entspricht; oder der Dorn 34 mit den aufgewickelten Lagen wird in eine aufblasbare Formhälfte gelegt, welche der äusseren Form der Welle angepasst werden kann und anschliessend wird die Welle in üblicher Weise in einem Autoklav erhärtet.

Die Scheibe 64 sowie das Verfahren zur Einbettung der Scheibe zwischen den einzelnen Lagen der Welle wird nun anhand der Figuren

3 und 4 beschrieben. Der Flanschabschnitt 38 des Domes 34 begreift eine Aussparung 72 welche etwas grosser ist und dieselbe Form hat als die Scheibe 64. Die Scheibe 64 und die Aussparung 72 können aus einem flachen zur Achse 18 konzentrischen Umfangsring oder aus einzelnen Scheiben oder Ringteilen bestehen.Da Borfasern eine hohe 'Zugfestigkeit haben, jedoch leicht abbrechen wenn sie um scharte Kanten geführt werden, wird voraigweise, wie in Fig. 4 gezeigt ist, eine oder mehrere Lagen aus kunststoffgetränktem Glasfasergewebe wie z.B. 42 auf die oberfläche 74 des Dornes 34 gelegt und genau an die Form der Aussparung 72 angepasst. Die Aussparung 72 ist derart geformt, sodass nach Anpassung der Glas faser lage 42 und EüLegung der Scheibe 64 die Sussere Fläche 65 der Scheibe 64 und die

109834/U53

a'ussere Flä'chc 67 der Lage 42 in einer gemeinsamen Ebene sind und somit eine oder mehrere Lscj en aus Fasermaterial mit hohem Modul wie z.B. 44 flach über die Lage 42 und die Scheibe 64 gelegt worden können sodass keine scharfen Krümraun gen auftreten, v/eiche zur Beschädigung der Fasern beitragen können.

Da es ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Welle 10 mit den Flansenen 14 und 16 aus einem Teil bestehen ist es erwünscht, dass die Verschiedenen Lacen aus Fasermaterial mit hohem Modul und aus Kunststoffgestärktam Fasergewebe genau an den übergangsabschnitt zwischen der Welle und dem Flansch angepasst sind und glatt auf dem Dorn 34 wä'hrend dem Aufeinanderwiekeln der Lagen aufgelegt werden können. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, dass die Enden der einzelnen Lagen eingeschnitten sind wie in Fig. 5 dargestellt ist, um eine Anzahl von fingerförmigen Streifen wie z.B. 78, 00 und 82 an einem Ende und 84, 86 und 88 an dem entgegengesetzten Ende zu bilden. Diese Einschnitte sind derart

zueinander .und ausgeführt, dass die Streifen parallel/zu den Susseren Kanten 90 und 92 der betreffenden Lagen verlaufen. Die 2..agen sind an daiEnden 94 und 96 schräg geschnitten, so dass sie die Form eines Paral·- lelogrammes haben. Falls die Lagen derartig vorbearbeitet sind, kann ein erster Satz der fingerförmigen Streifen 78, 80 und 82 in dem Übergangsabschnitt zwischen dem Wellenabschnitt 36 und dem Flanschabschnitt 38 des Dornes 34 nach aussen umgebogen werden (siehe Figur 6), sodass diese Streifen sich glatt an den Übergangsabschnitt 40 anlegen. Ähnliche fingerförmige Streifen 98, 100, 102 und 104 der folgenden Lage werden ebenfalls nach aussen umgebogen wie in Fig. 6 dargestellt ist. Diese Streifen verlaufen jedoch in entgegengesetzter Richtung und wirken mit den Streifen der anderen Lagen 42 bis 62 zusammen, um einen glatten Übergangsabschnitt 40 (Fig. 2) zwischen dem Wellenabschnitt und den Flanschen 14 und 16 der Welle 10 zu bilden.

Während in den Figuren 2 und 4 eine oder mehrere Verstarkungsscheiben aus einem Material mit hoher Festigkeit wie z.B. Metall gezeigt sind, welche am Umfang des Flansches 16 eingelegt sind, ist es ebenfalls möglich äussere Verstärkungsscheiben 106 und 108 von ähnlicher Form ( Fig. 7) zu verwenden, sodass eine maximale Trag-

10983WUS3

BAD OR!G!NAL

festigkeit in dem Bereich des Verbindungsbolzens 24 erreicht wird. Zweckmässig geformte Scheiben, wie z.E. 110 (Fig. 2) können in den Übergangsahschnitt 40 der Welle 10 eingesetzt sein und zweckmässig geformte ä'ussere Verstä'rkungsseile 112 und 114 können zur Verstärkung des Übergangsabschnittes und des Flanschabschnittes verwendet \\rerden, wie in Fig. 9 dargestellt ist.

Wie schon erklärt wurde, ist es nach der Lehre der Erfindung möglich dünnwandige Rohre oder Wellen herzustellen, die nur aus den Lagen 42, 44, 46 und 48 der Figur 2 bestehen. Man kann ebenfalls eine Welle mit einer Zwischenschicht 50 herstellen auf deren äusseren Seite dann ein weiterer Lagensatz 54 vorgesehen ist, welcher die Lag«n 62, 60, 53 und 56 begreift. Für besondere Anwendungsgebiete "kann es vorteilhaft sein eine unsymmetrische Wellenbauweise der Ausführung nach Fig. 8 zu verwenden. Man hat festgestellt, dass die dünnwandigen Wellen beim Übertragen von grossen Drehmomenten ausbeulen oder knicken können und dass die Ausführung mit einer Zwischenschicht nicht zweckmä'ssig ist wenn die Hälfte der drehmomentübertragenden Lagen in der Nähe des inneren Durchmessers der Welle liegt. Eine unsymmetrische Welle 116 ist in Fig. 8 dargestellt und begreift einen düneninneren Abschnitt 118, der aus den Lagen 42, 44 und 46 und 48 nach Fig. 2 besteht, eien dünnen Kern 50 aus festem Schaum oder Bienenwabengewebe sowie einem dickeren äusseren Abschnitt 120 welcher eine wesentlich grössere Wandstärke als die innere Schicht 118 hat und aus den Lagen 56, 58, 60 und 62 nach Fig. 2 sowie wenigstens zwei weiteren Schichten 122 und 124 aus Fasermaterial mit hohem Modul besteht.

Dabei sind die Lagei derart angeordnet, dass der äussere Abschnitt 120 hauptsächlich auf &g beansprucht wird. Dadurch können die inneren Drucklagen nicht ausbeulen oder knicken, sodass die Welle 116 ein wesentlich höheres Drehmoment übertragen kann.

Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 8 verlaufen die Fasern in den Lagen 48 und 56 welche mit dem Kern 50 verklebt sind vorzugsweise in gleicher Richtung damit die Torsionsscherbeanspruchung des Kernes verringert wird.

In den Figuren lOund 11 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Flanschverotärkung dargestellt, welche anstelle der Ausführung

109834/1453

- 10 nach den Figuren 3 und 4 verwendet werden kann. Bei der Ausführuncpform nach den Figuren 10 und 11 sind mehrcie Hülsen wie z.B. 120
bis 124 vorgesehen, welche an ihrem a'usseren Umfang in v/esentlichen flach sind und sich der Form des ä'usseren Umfanges des Flanschab« schnittes 14 anzupassen. In dem Obergangsabschnitt 40 zu den 'Wellenabschnitt 3 S sirüdie Hülsen asymptotisch inbezug zur Achse 10
umgebogen. Die Hülsen weisen an ihrem inneren Ende eine Anzahl
in Umfangsrichtung unter Abstand angeordnete Finger auf wobei die
Finger 125 und 126 einer Hülse 120 im wesentlichen in einer Ebene 128 enden welche senkrecht zur Achse 18 der Welle 10 steht. Die
Finger 125 und 126 verjüngen sich in Achsrichtung gesehen, sowohl in ihrer Breite als auch in ihrer Dicke. Die Finger, wie z.B. 133 und 132 der Hülse 121 enden im wesentlichen in einer Ebene 134,
die in axialem Abstand und paaallel zu der Ebene 128 steht. Die
Finger 130 und 132 der Hülse 121 liegen in Umfangsrichtung zwischen den Fingern 125 und 126 der Hülse 120 so dass kein plötzlicher
Übergang zwischen dem Wellenabschnitt 12 und dem Flanschabschnitt 14 entsteht und damit eine wesentliche Tragfähigkeit des Flanschabschnittes 14 und des Übergangsabschnittes 40 erreicht wird. Die S ehr a üben löcher 136 können in der Ka"he des Sussernn Unfanges des
Flansches 14 angebracht werden, um somit die Welle mit einem
anderen Maschinenteil verlinden zu können.

10983A/U53

Claims

- li - P A T E N T Λ K S P R Ü C H E

1.) Mehrschichtige Welle mit wenigstens einem angeformten Flansch wobei sowohl der Wellenabschnitt als auch der Flanschabschnitt konzentrisch um eixe Achse sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anzahl von Lagen konzentrisch zueinander angeordnet ist, die sich über die gesamte Länge des Wellenabschnittes und des Flanschabschnittes erstrecken und miteinander verklebt sind wobei die erste Anzahl Lagen aus einer inneren und einer Susseren Schutzschicht besteht sowie eine Anzahl Zwische&agen aus Fasern mit hohem I'odul begreift, die konzentrisch zwischen der inneren und der Susseren Schutzschicht angeordnet und mit diesen verklebt sind und woba jode Zwischenlage mehrere Fasern mit hohem Modul aufweist, die parallel zueinander liegen und einen bestimmten Winkel mit der Wellenachse bilden und die Fasern in zwei verschiedenen Zwischenlagen einen verschiedenen Winkel inhezug auf die Wellenachse bilden.

2. Mehrschichtige Welle nach Anspruch I₄ dadurch gekennzeichnet, dass eine Kerns hicht um die erste Anzahl Lagen angeordnet und mit derselben verklebt ist und dass eine zweite Anzahl Lagen um die Kernschicht angeordnet und zu dieser konzentrisch ist wobei diese Lagen sich über die gesamte La'nge des Wellenabschnittes und des Flanschabschnittes erstrecken und miteinander sowie mit der Kernschicht verklebt sind, wobei die zweite Anzahl Lagen eine innere und eine aussere Schutzschicht sowie eine Anzahl Zwischenlagen aus Fasern mit hohem Modul begreift, wobä die Zwischenlagen mit den Schutzschichten und miteinander verklebt sind und jede Zwischaiage eine Anzahl von parallelen Fasern mit hohem Modul aufweist, die in einem bestimmten Winkel zur Wellenachse ausgerichtet sind sodass cSe Fasern in verschiedenen Zwischenlagen in verschiedenen Richtungen verlaufen.

3. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in den Zwischenlager! in einem Winkel von 45 inbeaug auf die Wellenachse verlaufen und dass die Fasern von zwei aneinander liegenden Zwischenlagen in einem Winkel von 90 angeordnet sind.

109834/U53

4. Mehrschichtige Welle nach exam der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit hohem Modul in den Zwischenlagen Bordrähte sind.

5. Mehrschichtige Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Glied mit hoher Tragfestigkeit in dem Umfang des Flanschabschnittes eingeformt ist, um die Tragfestigkeit des Flansches zu erhöhen.

6. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragglied ein Umfangsring ist.

7. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsring aus Metall hergestellt ist.

8. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine iussere Verstärkung zum ErhoTien der Tragfestigkeit am Umfang des Flanschabschnittes liegt und parallel zu dem Glied mit hoher Tragfestigkeit ausgerichtet ist.

9. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein glatter Übergangsabschnitt zwischen dem Wellenabschnitt und dem Flanschabschnitt gebildet ist und dass der ä'ussere Verstä'rkungsteil sich vom Umfang des Flanschabschnittes nach innen und über den Übergangsabschnitt erstreckt.

10. Mehrschichtige Welle nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlayn flach an dem Glied mit hoher Tragfestigkeit anliegen und wolei die innere Lage und/oder die a'ussere Schutzschicht der Form des Gliedes mithoher Tragfesti.gkeit angepasst ist.

11. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein glatter Übergangsahschnitt zwischen dem Wellenabschnitt und dem Flanschabschnitt gebildet ist und dass das Glied mit hoher Tragfestigkeit wenigstens eine dünnwandige Hülse ist, die in dem Flanscliabschnitt eingeformt ist, einen im wesentlichen fachen a'usseren leil hat und in dem Übergangsabschnitt asymptotisch inbezug auf die Wcllcnachse gekrümmt ist, und wobei die Hülse an ihren inneren Umfang eine Anzahl von Finger hat, die sich sowohl in E2?ite als auch in Wandstärke verjüngen.

10983W 1 453

12. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hülsen vorgesehen sind, die abwechselnd mit den Zwischenlagen aus Fasern mit hohem Modul angeordnet sind, wobei die Finger von jeder Hülse in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene end<_-n und die,verschiedenen Hülsen zugeordneten Ebenen axial in Abstand stehen und wobei die Finger der einzelnen Hülsen in Umfangsrichtung versetzt sind.

13. Mehrschichtige Felle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass-die Zwischenlagen der zwei Anzahlen von Lagen in verschiedenen Winkel zur Wellenachse

14. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 2 oder 13, dadarch gekennzeichnet, dass die zweite Anzahl von Lagen eine grö&sere Zahl von Zwischenlagen aufweist als die erste Anzahl von Lagen.

15. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 2, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbar innerhalb und ausserhalb der Kernschicht liegenden Zwischenlagen in der gleichen Richtung inbezug auf die Wellenachse verlaufen, um die Torsionsscherbeanspruchung in der Kernschicht zu verringern.

16. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht aus Kunststoffschaum besteht.

17. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht aus einem «tar Bienenwabengewebe besteht.

18. Mehrschichtige Welle nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 13 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen der Kernschicht und der inneren Schutzschicht der zweiten Anzahl von Lagen und der ä'usseren Schutzschicht der ersten Anzahl von Lagen eine Lage aus einem Material mit kleinen öffnungen vorgesehen ist.

19. Mehrschichtige Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lage eine Anzahl von fingerförmigen Streifen in der Kä'he des Flansches aufweist wobei diese Streifen nach ausεen umgebogen sind um einem glatten Übergang zwischen dem Wel]enabschnitt und dem Flanschabschnitt zu bilden.

108834/UB3

BAD ORIGINAL

20. Mehrschichtige Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschichten aus Fasern nut hohem Ibdul bestehen.

21. Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Welle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Vafahrensschritte:

a) Herstellen eines Dornes mit einem a'usseren Durchmesser der dem inneren Durchmesser der Welle mit dem angeformten Flansch entspricht.

b) Umwickeln des Dornes ilber seiner gesamten Länge mit einer inneren Schutzschicht.

c)Umwickeln der inneren Schutzschicht über der gesamten Länge des Dornes mit einer Zwischenschicht aus Fasern mit hohem Modul, sodäss die Fasern parallel zueinander verlaufen und einen bestimmten Winkelrit der Dornachse bilden.

d) Umwickeln der ersten Schuht aus Fasern mit hohem Modul über der gesamten Länge des Dornes mit einer zweiten Zwischenschicht aus Fasern mit hohem Modul, sodass die Fasern dieser zweiten Schicht parallel zueinander verlaufen und einen bestimmten Winkel mit der Dornach9e bilden der dem Winkel zwischen den Fasern der ersten Zwischenschicht und der Dornachse im wesentlichen gleich jedoch entgegengesetzt gerichtet ist.

e) Umwickeln der zweiten Zwischenschicht über der gesamten Länge des Dornes mit einer Susseren Schutzschicht.

f) Eilführen des Dornes mit den aufgewickelten Schichten in eine feste oder aufblasbare zweite Formhälfte die einen inneren Durchmesser hat, der dem gewünschten äusseren Durchmesser der Welle enspricht und Erhärten der Schichten in der Form, sodass dieselben miteinander verklebt werden.

22. Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Welle nach Anspruch 2 gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellen eines Dornes mit einem äusseren Durchmesser der dem inneren Durchmesser der herzustellenden Welle entspricht.

b) Umwickeln des Dornes über seiner gesamten Länge mit

10983A/U53

- 15 einer inneren Schutzschicht,

c) Anbringung von mehreren Zwischenlagen aus parallelen Fasern mit hohem Modul ober die innere Schutzschicht, wobei die Fasern aer Zv/ischenlagen verschiedene Winkel mit der Dornachse bilden und sich über die gesatte Länge des Domes erstrecken,

d) Umwickeln der Zwischenlagen mit einer Schutzschicht über der gesagten Li'nge des Dornes,

e) Umwickeln der Schutzschicht über der gesamten La'nge des Dornes mit einer Kernschicht,

f) Umwickeln der Kernshicht mit einer Schutzschicht über der gesamten Lä'nge des Domes,

g) Anbringung von mehreren Zwischenlagen aus parallelen Fasern von hohem Modul, die sich über die gesamte La'nge des Dornes erstrecken und wobei die Fasern der Zv/ischenlagen bestimmte Winkel nit der Dornachse bilden,

h) Umwickeln der Zwischlagen mit einer ä'usseren Schutzsbhicht,

i) Einführen des Dornes mit den aufgewickelten Schichten in eine zweite feste oder aufblasbare Formha'lfte mit einem inneren Durchmesser, der dem a'usseren Durchmesser der WeI?e entrpricht, und

j) Erhärtung der Lagen in der Form, sodass dieselben miteinander verklebt werden, um die Welle zu bilden.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schicht oder Lage in der Nähe des Flansches in einzelne Streifen aufgeschnitten wird, welche beim Aufwickeln der Schichten oder Lagen nach aussen umgebogen werden und dann an dem Dorn oder die schon angebrachten Schichten angepasst werden um einen glatten übergamjcabschnitt zwischen der Welle und dem Flansch zu bilden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn eine Aussparung in der Kä"he des ä'usseren Umf=>nc;es des Flnschabschnittes aufweist und wobei die in-

109834/U53

BAD ORIGINAL

- IG -

nerc SchutzschL cht beim Auflegen auf den Dorn genau an die Fo::m dieser Aussparung angepasst wird, dass eine Versta'rkungsscheijx; in die Aussparung auf die Schutzschicht eingelegt wird, sodass die freie Obotf lSche der Versta'rkungsscheibe in der gleichen Ebene v;ie die freie Oberfläche der Schutzschicht liegt und dass danach die anderen Lagen flach auf die Schutzschicht und die Verstärkung.^· scheibe avifgelegt werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle einen Üb or garnj*? ab schnitt zwischen dem Flanr.chnbschnitt und dem X-Jellenabschnitt aufweist und dass dünnwandige Hülsen mit einer dem Übergangsabschnitt und dem Flanschabschnitt entsprechenden Form abwechselnd zwischen aufeinanderfolgenden Zwischenlagen eingefügt werden, um die Tragfestigkeit der angdörmten Flansche zu erhöhen.

109834/ 1 453

BAD ORIGINAL