Verfahren zur Herstellung einer Welle sowie nach diesem Herstellverfahren erzeugte WelleMethod for producing a shaft and shaft produced using this production method
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Welle mit drehmomentübertragenden Konstruktionselementen, insbesondere einer Nockenwelle, Kurbelwelle oder Getriebewelle.The invention relates to a method for producing a shaft with torque-transmitting structural elements, in particular a camshaft, crankshaft or transmission shaft.
Der EP-B 0 290 758 ist eine Hohlwelle mit drehmomentübertragenden Konstruktionselementen, wie Zahnrädern, Kurven, Nocken oder dergleichen zu entnehmen, von denen wenigstens ein Konstruktionselement eine unrunde Öffnung zum Aufsetzen auf ein Ausgangsrohr mit im Wesentlichen gleicher Wandstärke aufweist und mit jeweils wenigstens einem Stützkörper zwischen dem Ausgangsrohr und jedem Konstruktionselement mit unrunder Öffnung, wobei das Ausgangsrohr zur kraft- und formschlüssigen Verbindung mit den Konstruktionselementen durch Innendruck derart aufgeweitet ist, dass das Ausgangsrohr mit einem Teilbereich seines Umfangs an der Innenwand der Konstruktionselemente mit mindestens bei einem anderen Teilbereich seines Umfangs an der Außenwand des Stützkörpers anliegt. Das Ausgangsrohr kann ein metallischer oder nicht metallischer Werkstoff, ggf. ein Laminatwerkstoff oder ein faserverstärkter Werkstoff aus verschiedenen Materialien sein.EP-B 0 290 758 shows a hollow shaft with torque-transmitting structural elements, such as gear wheels, curves, cams or the like, of which at least one structural element has a non-circular opening for placement on an output pipe with essentially the same wall thickness and each with at least one support body between the output tube and each construction element with a non-circular opening, the output tube being expanded for internal and non-positive connection to the construction elements by internal pressure such that the output tube with a portion of its circumference on the inner wall of the construction elements with at least another portion of its circumference the outer wall of the support body rests. The output pipe can be a metallic or non-metallic material, possibly a laminate material or a fiber-reinforced material made of different materials.
Der EP-B 0 303 845 ist eine Hohlwelle zu entnehmen, bestehend aus einem Rohr und aus drehmomentübertragenden Konstruktionselementen, mit einer
Öffnung zum Aufsetzen auf das Rohr und Stützkörpern, wobei die Verbindung zwischen Rohr, Konstruktionselement und Stützkörpern durch Verkleinerung des Raumes zwischen Rohr und Konstruktionselement hergestellt ist, wobei Konstruktionselement und Rohr kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind und in der Öffnung des Konstruktionselementes ferner mindestens ein Stützkörper angeordnet ist und das Rohrteil teilweise am Stützkörper anliegt. Das Rohr kann aus einem metallischen oder nicht metallischen Werkstoff, einem Laminatwerkstoff oder einem faserverstärkten Werkstoff aus verschiedenen Materialien gebildet sein.EP-B 0 303 845 shows a hollow shaft, consisting of a tube and of torque-transmitting construction elements, with a Opening for placement on the tube and support bodies, the connection between tube, construction element and support bodies being produced by reducing the space between the tube and construction element, the construction element and tube being connected to one another in a force-fitting and / or form-fitting manner and also at least in the opening of the construction element a support body is arranged and the tubular part partially abuts the support body. The tube can be formed from a metallic or non-metallic material, a laminate material or a fiber-reinforced material from various materials.
Bei diesen beiden Druckschriften ist die Materialauswahl nicht nachvollziehbar und auch für einen Fachmann nicht ohne weiteres erkennbar, wie er derartige Materialien so auswählen soll, dass sie nach einer radialen Aufweitung des Rohres so wenig zurückfedern, dass ein dauerhafter Festsitz nach dem Ablassen des Innendruckes gewährleistet wird. Dies wird des weiteren noch durch die erheblichen Temperaturschwankungen, insbesondere im Einsatz einer Brennkraftmaschine, verschärft.In these two publications, the choice of material is incomprehensible and even a person skilled in the art cannot readily see how he should select such materials in such a way that they spring back so little after a radial expansion of the tube that a permanent tight fit is ensured after the internal pressure has been released , This is further exacerbated by the considerable temperature fluctuations, particularly when using an internal combustion engine.
Der EP-B 0 826 476 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle aus Kunststoff mit rohrförmigem Metalleinsatz zu entnehmen, wobei ein aus Stahl bestehendes Rohr mit Kunststoff ummantelt wird. Dabei umfasst die Umman- telung auch die fertigen Nocken. Die Anforderungen an Verschleißfestigkeit und Festigkeit der Nocken können jedoch mit herkömmlichen Kunststoffen kaum erfüllt werden. Weiterhin müssen Kunststoffe gefunden werden, die einerseits thermoplastisch verformt/gespritzt werden können und andererseits die hohen Anforderungen an die Nocken über einen breiten Temperaturbereich erfüllen.EP-B 0 826 476 shows a process for producing a plastic camshaft with a tubular metal insert, a tube made of steel being encased in plastic. The covering also includes the finished cams. However, the requirements for wear resistance and strength of the cams can hardly be met with conventional plastics. Furthermore, plastics have to be found which on the one hand can be thermoformed / injection molded and on the other hand meet the high demands on the cams over a wide temperature range.
Durch die EP-B 0 328 009 ist eine gebaute Welle, insbesondere Nockenwelle, Kurbelwelle oder Getriebewelle bekannt geworden, gebildet durch einen Rohr-
körper und darauf einzeln aufgeschobenen Antriebselementen, die im Wesentlichen kraftschlüssig festgelegt sind, wobei jeweils zwischen zwei Antriebselementen eine Hülse mit gegenüber dem Rohrkörper größerem Durchmesser und auf dem Rohrkörper geführten, im Durchmesser reduzierten Bundbereichen aufgeschoben ist, wobei die Bundbereiche unter die Antriebselemente reichen und zwischen Rohrkörper und Antriebselementen im Wesentlichen kraftschlüssig eingespannt sind. Der Rohrkörper und ggf. auch die Stützhülsen können aus Stahl gefertigt sein. Die Antriebselemente, insbesondere Steuernocken, sollen aus Gusswerkstoff bestehen. Die Zwischenhülse kann aus Stahl, Aluminium, Titan oder Kohlenfaserverbundwerkstoffen, jeweils ausschließlich oder im Verbund miteinander oder im Verbund mit Kunststoff gebildet sein.From EP-B 0 328 009 a built shaft, in particular camshaft, crankshaft or transmission shaft, is known, formed by a pipe body and individually pushed-on drive elements, which are essentially non-positively fixed, wherein a sleeve with a larger diameter than the tubular body and guided on the tubular body, reduced diameter collar regions is pushed between two drive elements, the collar regions extending under the drive elements and between the tubular body and drive elements are clamped essentially non-positively. The tubular body and possibly also the support sleeves can be made of steel. The drive elements, in particular control cams, should be made of cast material. The intermediate sleeve can be formed from steel, aluminum, titanium or carbon fiber composite materials, in each case exclusively or in combination with one another or in combination with plastic.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur weiteren Gewichtsreduzierung von gebauten Wellen, insbesondere Nockenwellen, Kurbelwellen oder Getriebewellen, ein Herstellungsverfahren und eine danach hergestellte Welle bereitzustellen, das bzw. die einfach in der Ausführung ist und darüber hinaus auch eine möglichst große Freiheit bei der Auswahl der Verbindung der Funktionselemente mit der Welle mit sich bringt.The invention is based, to further reduce the weight of built shafts, in particular camshafts, crankshafts or gear shafts, to provide a manufacturing method and a shaft produced thereafter, which is simple in design and, moreover, the greatest possible freedom in the selection the connection of the functional elements with the shaft.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .This object is achieved by a method for producing a shaft with the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the method according to the invention can be found in the associated subclaims.
Diese Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 20.This object is also achieved by a shaft with the features of claim 20.
Im Herstellungsverlauf des rohrförmigen Grundkörpers wird an vorgebbaren Stellen des Rohres jeweils eine Metallhülse oder bedarfsweise gleich ein
Funktionselement, beispielsweise ein Nocken, vorgesehen. Die Fixierung der Funktionselemente bei Einsatz einer Metallhülse kann durch Fertigungstechniken wie Rohraufweiten, beispielsweise durch Innenhochdruckumformung, oder Rollieren/Rändeln bzw. Aufpressen, Schweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen, oder dergleichen erzeugt werden.In the course of the production of the tubular base body, a metal sleeve or, if necessary, the same is inserted at predeterminable locations on the tube Functional element, such as a cam, is provided. The fixation of the functional elements when using a metal sleeve can be produced by manufacturing techniques such as pipe widening, for example by internal high-pressure forming, or rolling / knurling or pressing, welding, in particular laser beam welding, or the like.
Das Laminieren erfolgt entweder durch Pultrusion (Strangziehverfahren) für Faserrichtungen in Längsrichtung oder durch Wickeltechniken für Faserrichtungen in Umfangsrichtung. Die Wickeltechniken können, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, programmgesteuert erfolgen, sodass verschiedene Winkel und Faserdichten eingestellt werden können.The lamination is carried out either by pultrusion (strand drawing process) for fiber directions in the longitudinal direction or by winding techniques for fiber directions in the circumferential direction. According to a further idea of the invention, the winding techniques can be program-controlled, so that different angles and fiber densities can be set.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene Lösungsansätze definiert werden:Different approaches to solutions can be defined with the method according to the invention:
Allgemein kann die Befestigung der Hülsen durch Einlaminieren erfolgen. Beim Einlaminieren sind verschiedene Aspekte zu beachten:In general, the sleeves can be attached by lamination. There are various aspects to consider when laminating:
Durch eine entsprechende Gestaltung der Metallhülse (Abrundung der umlaufenden Kante am Fuß der Hülse) kann die Kerbwirkung auf das CFK-Rohr gering gehalten werden.The notch effect on the CFRP tube can be kept low by appropriately designing the metal sleeve (rounding off the peripheral edge at the base of the sleeve).
Das Rohr wird stufenweise in Längs- und Umfangsrichtung laminiert. Beim Laminieren in Umfangsrichtung werden ggf. auch gezielt bestimmte Winkel der Fasern zur Rohrachse eingestellt. Dadurch können die verschiedenen, auf die Welle aus den unterschiedlichen Richtungen einwirkenden Belastungen optimal aufgenommen werden.The tube is laminated gradually in the longitudinal and circumferential directions. When laminating in the circumferential direction, specific angles of the fibers to the tube axis are also optionally set. As a result, the various loads acting on the shaft from different directions can be optimally absorbed.
So ist folgende Vorgehensweise beim Laminieren vorteilhaft:The following procedure for lamination is advantageous:
Das Rohr wird in Längsrichtung laminiert.
Bei Bedarf wird eine oder werden zwei Schicht(en) mit Faserrichtung von beispielsweise 45 ° zur Rohrachse anschließend auf laminiert.The tube is laminated lengthways. If required, one or two layers with a fiber direction of, for example, 45 ° to the tube axis are then laminated on.
Die notwendige Anzahl an Metallhülsen wird über das Rohr geschoben und an die für die Befestigung notwendigen Stellen positioniert.The necessary number of metal sleeves is pushed over the pipe and positioned at the points necessary for fastening.
Die zweite oder einfach eine weitere Schicht wird in Umfangsrichtung laminiert, wobei die Hülsen partiell quasi mit eingewickelt werden.The second or simply a further layer is laminated in the circumferential direction, with the sleeves being quasi partially wrapped.
In den Hülsen sind dafür umlaufende und diagonal verlaufende Vertiefungen/Rillen vorgesehen.For this purpose, circumferential and diagonally extending depressions / grooves are provided in the sleeves.
Die Laminierung erfolgt so in die Vertiefungen der Hülse, dass die Fasern nicht über den Umfang der Metallhülse herausragen, wodurch die Oberfläche der Hülse für Fügeoperationen, beispielsweise zur Aufnahme von Nocken, zur Verfügung steht. Insbesondere ist darauf zu achten, dass die Fasern während des gesamten nachfolgenden Fügeprozesses nicht beschädigt werden. Für das Festsetzen der Funktionsbauteile kann beispielsweise im Anschluss die Hülse durch Rollieren oder Rändeln aufgeweitet werden. In diesem Fall müssen die Fasern so tief in die Vertiefungen der Hülse eingebettet sein, dass sie durch die Rollenwalzen nicht beschädigt werden.The lamination takes place in the recesses of the sleeve in such a way that the fibers do not protrude beyond the circumference of the metal sleeve, so that the surface of the sleeve is available for joining operations, for example for receiving cams. It is particularly important to ensure that the fibers are not damaged during the entire subsequent joining process. To fix the functional components, the sleeve can then be widened by rolling or knurling. In this case, the fibers must be embedded so deeply in the recesses of the sleeve that they are not damaged by the roller rollers.
Ein weiterer Lösungsansatz sieht die Befestigung der Hülsen durch Verpressen der übergeschobenen Hülsen auf das laminierte Rohr vor:Another approach is to fix the sleeves by pressing the sleeves pushed onto the laminated tube:
Das Laminieren erfolgt wie oben angegeben.
Das Rohr wird in Längsrichtung laminiert.The lamination is done as indicated above. The tube is laminated lengthways.
Bei Bedarf wird eine oder werden zwei Schicht(en), mit Faserrichtung von beispielsweise 45° zur Rohrachse, anschließend auflaminiert.If necessary, one or two layers are then laminated on, with a fiber direction of, for example, 45 ° to the tube axis.
Die Außenseite des Rohres, auf der die Hülsen befestigt werden sollen, wird in Umfangsrichtung laminiert. Andernfalls könnte es zum Durchschneiden der Fasern kommen, was die Festigkeit der Welle reduzieren würde.The outside of the tube on which the sleeves are to be attached is laminated in the circumferential direction. Otherwise the fibers could be cut, which would reduce the strength of the shaft.
Anschließend wird die notwendige Anzahl an Metallhülsen über das Rohr geschoben und an den für die Befestigung vorgesehenen Stellen positioniert.Then the necessary number of metal sleeves is pushed over the pipe and positioned at the locations provided for fastening.
Das Verpressen kann zum Beispiel durch Magnetumformung erfolgen. Dabei wird mindestens eine Magnetspule über die Hülse (eventuell mehrere gleichzeitig) geschoben und über einen vorgebbaren Zeitraum aktiviert.The pressing can take place, for example, by magnetic forming. At least one magnetic coil is pushed over the sleeve (possibly several at the same time) and activated for a predefinable period.
Das Verpressen kann alternativ durch Rollieren/Walzen der Hülse zum Beispiel am Randbereich oder sogar am Randbereich des Nockens unmittelbar erfolgen.The pressing can alternatively be carried out directly by rolling / rolling the sleeve, for example at the edge area or even at the edge area of the cam.
Durch die eventuell programmgesteuerte Wickeltechnik kann im Rohr eine besondere Oberfläche erzeugt werden, die den Formschluss der anschließenden Fügung verbessert.Due to the possibly program-controlled winding technology, a special surface can be created in the pipe, which improves the positive locking of the subsequent joining.
In einem weiteren Lösungsansatz kann das jeweilige fertige Funktionselement, beispielsweise ein Nocken, unmittelbar auf das in Faserverbundtechnik herge-
stellte Rohr geschoben und beispielsweise durch Magnetumformung darauf befestigt werden.In a further approach, the respective finished functional element, for example a cam, can be directly applied to the fiber composite technology provided tube pushed and attached to it, for example, by magnetic forming.
Zur Verbesserung der Befestigungsqualität können ggf. die Fasern des Rohres so in Umfangsrichtung gewickelt werden, dass in Längsrichtung ein Oberflächenprofil entsteht, welches die Anformung der Metallhülse verbessert. Ebenso kann in der Metallhülse eine Kontur/Gravur innen eingearbeitet sein. Eventuell werden dabei nur an den Seiten überstehende Bünde der Bauteile durch das Magnetumformen auf dem Rohr befestigt.To improve the quality of the fastening, the fibers of the tube can optionally be wound in the circumferential direction in such a way that a surface profile is created in the longitudinal direction, which improves the shaping of the metal sleeve. Likewise, a contour / engraving can be worked into the inside of the metal sleeve. Possibly only on the sides protruding frets of the components are attached to the tube by the magnetic forming.
Alle genannten Vorgehensweisen können auch so durchgeführt werden, dass die Metallhülse im Innern des Rohres angeordnet ist. Dadurch können Endzapfen bzw. Endstücke, an denen z.B. Antriebsräder befestigt werden, mit den für Stahlrohre bekannten Fügetechniken mit der Welle verbunden werden. Beispielsweise kann die klassische Verbindung durch einfaches Einpressen, die bei Kunststoffen kaum möglich ist, dadurch realisiert werden.All of the above procedures can also be carried out in such a way that the metal sleeve is arranged inside the tube. As a result, end pins or end pieces on which e.g. Drive wheels are attached to the shaft using the joining techniques known for steel pipes. For example, the classic connection can be achieved by simply pressing in, which is hardly possible with plastics.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand verschiedener Ausführungsbeispiele dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:The subject matter of the invention is illustrated using various exemplary embodiments and is described as follows. Show it:
Figur 1 Welle mit einlaminierter Metallhülse;Figure 1 shaft with laminated metal sleeve;
Figur 2 Welle mit einlaminierter Metallhülse und aufgebrachterFigure 2 shaft with laminated metal sleeve and applied
Rollierung zur Vorbereitung einer Fügeoperation;Rolling in preparation for a joining operation;
Figur 3 Welle mit einlaminierter Metallhülse und gefügtem Funktionselement;Figure 3 shaft with a laminated metal sleeve and joined functional element;
Figuren 4 und 5 Prinzipskizzen zur Erzeugung eines CFK-Grundkörpers mit einlaminierter Metallhülse;
Figur 6 Prinzipskizze eines CFK-Grundkörpers mit aufgeschobenerFIGS. 4 and 5 basic sketches for producing a CFRP base body with a laminated metal sleeve; FIG. 6 basic sketch of a CFRP base body with a slid-on
Metallhülse;Metal shell;
Figur 7 Prinzipskizze eines Fügevorganges zwischen einem CFK-FIG. 7 basic sketch of a joining process between a CFRP
Grundkörper und einer Metallhülse;Base body and a metal sleeve;
Figuren 8 und 9 alternatives Verbindungsverfahren zwischen einem CFK- Grundkörper und einer Metallhülse.Figures 8 and 9 alternative connection method between a CFRP base body and a metal sleeve.
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen die Montagefolge für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung am Beispiel der Montage von Nockenwellen.Figures 1, 2 and 3 show the assembly sequence for a preferred embodiment of the invention using the example of the assembly of camshafts.
Figur 1 zeigt eine Metallhülse 2, die in einem aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff (CFK) gebildeten rohrförmigen Grundkörper 1 einlaminiert ist. Damit die Kohlefaser während der nachfolgenden Operation nicht beschädigt wird, ist die Hülse im Fügebereich 3 für das Funktionselement von der Kohlefaser freigestellt. Die übrigen Bereiche, zumindest die Bundbereiche 4 und 5, sind von Laminat umgeben. Für das Einlaminieren ist zu beachten, die Metallhülse 2 so zu gestalten, dass die Kerbwirkung gering gehalten wird. Scharfe Kanten sind grundsätzlich zu vermeiden, damit die Fasern im Betrieb nicht beschädigt werden.FIG. 1 shows a metal sleeve 2 which is laminated in a tubular base body 1 formed from a carbon fiber composite material (CFRP). So that the carbon fiber is not damaged during the subsequent operation, the sleeve in the joining area 3 for the functional element is free of the carbon fiber. The remaining areas, at least the collar areas 4 and 5, are surrounded by laminate. When laminating, it should be noted that the metal sleeve 2 is designed in such a way that the notch effect is kept low. Sharp edges should always be avoided so that the fibers are not damaged during operation.
In der Figur 2 ist die auf die Metallhülse 2 aufgebrachte Rollierung 6 zu erkennen. Die Rollierung 6 weitet die Metallhülse 2 partiell so weit auf, dass sie die innere Öffnung eines zu fügenden Funktionselementes überragt.The curling 6 applied to the metal sleeve 2 can be seen in FIG. The curling 6 partially expands the metal sleeve 2 to such an extent that it projects beyond the inner opening of a functional element to be joined.
In der weiteren Montagefolge wird, wie in Figur 3 dargestellt, ein Funktionselement, hier ein Nocken 7, über die Metallhülse 2, die im Fügebereich 3 rolliert ausgebildet war, gepresst. Durch die durch das Rollieren erfolgte Materialverdrängung entsteht eine Aufweitung der Metallhülse 2. Der Durchmesser der im Fügebereich 3 aufgeweiteten Metallhülse 2 überragt den Innendurch-
messer der Öffnung im Nocken 7. Durch das Aufschieben des Nockens 7 erfolgt ein Verpressen mit der Metallhülse 2. Dadurch entsteht eine kraft- und - je nach Form der Öffnung - eine formschlüssige Verbindung zwischen Metallhülse 2 und Nocken 7 und damit mit dem Grundkörper 1 .In the further assembly sequence, as shown in FIG. 3, a functional element, here a cam 7, is pressed over the metal sleeve 2, which was designed to be rolled in the joining area 3. The material displacement caused by the rolling process causes the metal sleeve 2 to expand. The diameter of the metal sleeve 2 expanded in the joining area 3 projects beyond the inner diameter. Knife of the opening in the cam 7. By pushing the cam 7 is pressed with the metal sleeve 2. This creates a force and - depending on the shape of the opening - a positive connection between the metal sleeve 2 and cam 7 and thus with the base body 1st
Durch die nachträgliche Aufweitung des Fügebereiches 3 der Metallhülse 2 können die Nocken 7 über die gesamte Rohrlänge und über mehrere Metallhülsen problemlos geschoben werden, ehe sie an der eigentlichen Fügestelle ver- presst werden. Würden bereits mehrere aufgeweitete Metallhülsen 2 eingesetzt, so würde der Nocken 7 nicht so problemlos an die vorgesehene Fügestelle geschoben werden können.Due to the subsequent widening of the joining area 3 of the metal sleeve 2, the cams 7 can be pushed over the entire pipe length and over several metal sleeves without problems before they are pressed at the actual joining point. If several widened metal sleeves 2 were already used, the cam 7 would not be able to be pushed so easily to the intended joint.
Anstelle der in den Figuren 1 bis 3 vorgestellten Fügemethode kann auch auf den Rollierprozess verzichtet werden. Der Nocken 7 wird dann über die Metallhülse 2 geschoben und durch eine andere bekannte Fügemethode festgesetzt. Hier kann beispielsweise auch das Verschweißen mit Laserschweißen angewendet werden.Instead of the joining method presented in FIGS. 1 to 3, the rolling process can also be dispensed with. The cam 7 is then pushed over the metal sleeve 2 and fixed by another known joining method. For example, welding with laser welding can also be used here.
Für diesen Fall muss die Metallhülse 2 und die zugehörige Öffnung im Nocken 7 entsprechend ausgelegt sein.In this case, the metal sleeve 2 and the associated opening in the cam 7 must be designed accordingly.
In Figur 3 ist eine Möglichkeit zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zwischen Metallhülse 2 und Grundkörper 1 gezeigt. Hierzu kann der Bund 4,5 der Metallhülse 2 an seiner Stirnfläche 8 mit in Umfangsrichtung gegensinnig abgebogenen Zungen 9,10 versehen sein.FIG. 3 shows a possibility for increasing the connection strength between the metal sleeve 2 and the base body 1. For this purpose, the collar 4, 5 of the metal sleeve 2 can be provided on its end face 8 with tongues 9, 10 bent in opposite directions in the circumferential direction.
Figur 4 zeigt als Prinzipskizze einen Grundkörper 1 , in diesem Beispiel gebildet durch in Längsrichtung verlaufende, durch Strangziehen gebildete Kohlenfasern 1 1 sowie in Umfangsrichtung verlaufende, bedarfsweise unter einem vorgeb-
baren Winkel gewickelte Fasern 12, die bedarfsweise von einer Deckschicht 1 3 ummantelt sind.FIG. 4 shows a basic sketch of a basic body 1, in this example formed by carbon fibers 11 running in the longitudinal direction and formed by pulling, and in the circumferential direction running if necessary under a predetermined Narrow angle wound fibers 12, which are covered by a cover layer 1 3 if necessary.
Figur 5 zeigt den Grundkörper 1 samt Fasern 1 1 , 1 2. Ferner dargestellt ist eine metallische Metallhülse 2, die über in Umfangsrichtung sowie diagonal verlaufende Vertiefungen 14, 1 5 verfügt und die Fasern 1 2 die Metallhülse 2 in diesen Bereichen 14, 1 5 einwickeln. Die Fasern 1 2 sollen hierbei nicht über die Umfangsfläche 1 6 der Metallhülse 2 vorstehen. Bedarfsweise können weitere Schichten in Form von Fasern 1 7 vorgesehen werden. Auf die Umfangsfläche 1 6 der Metallhülse 2 wird nachträgliche eine Rollierung 6 zur Fügung des Funktionselementes, beispielsweise des Nockens 7 (Figur 3), aufgebracht.FIG. 5 shows the base body 1 together with fibers 1 1, 1 2. Also shown is a metallic metal sleeve 2 which has circumferential and diagonally extending depressions 14, 1 5 and the fibers 1 2 the metal sleeve 2 in these areas 14, 1 5 wrap. The fibers 1 2 should not protrude beyond the peripheral surface 1 6 of the metal sleeve 2. If necessary, further layers in the form of fibers 17 can be provided. Rolling 6 for joining the functional element, for example the cam 7 (FIG. 3), is subsequently applied to the peripheral surface 16 of the metal sleeve 2.
Figur 6 zeigt den gefertigten CFK-Grundkörper mit der aufgeschobenen Metallhülse 2 als Beispiel für zwei weitere Fügemethoden. In beiden Fällen wird die Metallhülse 2 durch äußere Kraft auf das Trägerrohr 1 gepresst. Dabei kann die äußere Kraft durch Walzen, Rollieren oder Magnetumformen erzeugt werden. Die Richtung der Kraftwirkung ist durch die Pfeile gekennzeichnet.FIG. 6 shows the CFRP base body with the metal sleeve 2 pushed on as an example for two further joining methods. In both cases, the metal sleeve 2 is pressed onto the carrier tube 1 by external force. The external force can be generated by rolling, rolling or magnetic forming. The direction of the force is indicated by the arrows.
Im oberen Bildteil ist dargestellt, wie die Metallhülse 2 durch Walzen oder Rollieren in der mit den Pfeilen gezeigten Kraftrichtung festgesetzt wird. Dabei kann die Fügeoperation entlang der gesamten Oberfläche oder entlang von Teilen der Oberfläche beispielsweise an den Bundbereichen 4 und 5 sowie dem Fügebereich 3 durch Walzen oder Rollieren erfolgen.The upper part of the picture shows how the metal sleeve 2 is fixed by rolling or rolling in the direction of force shown by the arrows. The joining operation can be carried out along the entire surface or along parts of the surface, for example on the collar regions 4 and 5 and the joining region 3, by rolling or rolling.
Im unteren Bildteil ist gezeigt, wie die Metallhülse 2 durch Magnetumformen mit der Magnetspule 1 8 festgesetzt wird. Durch diesen Vorgang entsteht ein Schrumpf pressverband.In the lower part of the picture it is shown how the metal sleeve 2 is fixed by magnetic forming with the magnetic coil 1 8. This process creates a shrink fit.
Figur 7 zeigt eine Anordnung der Magnetspulen 1 8, bei der nur die Bünde 4 und 5 der Metallhülse 2 auf den Grundkörper 1 geschrumpft werden.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsform der Metallhülse 2 ohne Bünde 4 und 5. Hier ist in Längsrichtung im Grundkörper 1 zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit ein Profil 1 9 eingearbeitet. Die Metallhülse 2 wird dann durch Magnetumformen mit der Magnetspule 18 auf dem Grundkörper 1 festgesetzt.Figure 7 shows an arrangement of the magnetic coils 1 8, in which only the collars 4 and 5 of the metal sleeve 2 are shrunk onto the base body 1. Figure 8 shows an embodiment of the metal sleeve 2 without frets 4 and 5. Here a profile 19 is incorporated in the longitudinal body 1 to increase the connection strength. The metal sleeve 2 is then fixed on the base body 1 by magnetic shaping with the magnet coil 18.
Figur 9 zeigt den Zustand nach der Fügeoperation der Metallhülse 2 auf den Grundkörper 1 . Das Profil 1 9 ist flach gedrückt und bildet damit ein zusätzliches Spannungsreservoire zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen Grundkörper 1 und Metallhülse 2.FIG. 9 shows the state after the joining operation of the metal sleeve 2 on the base body 1. The profile 1 9 is pressed flat and thus forms an additional voltage reservoir for the non-positive connection between the base body 1 and the metal sleeve 2.
Die in den Figuren 8 und 9 gezeigte Ausführung lässt sich auch mit Walzen oder Rollieren als Ersatz des Magnetumformens ausführen.The embodiment shown in FIGS. 8 and 9 can also be carried out using rollers or roller burners as a substitute for magnetic forming.
Der Vorteil der Lösungen, wie sie in den Figuren 6, 7, 8, 9 gezeigt sind, besteht in der einfacheren Technik zur Herstellung des Grundkörpers 1 . Der Nachteil der in diesen Figuren gezeigten Technik besteht in der geringeren Haltbarkeit. Es muss folglich je nach Anforderung an die Funktionswelle entschieden werden, ob die Metallhülse 2 auf dem Grundkörper 1 nachträglich festgesetzt werden kann oder ob sie direkt in die Faserstruktur einlaminiert werden muss.The advantage of the solutions as shown in FIGS. 6, 7, 8, 9 is the simpler technology for producing the base body 1. The disadvantage of the technique shown in these figures is the lower durability. It must therefore be decided, depending on the requirements of the functional shaft, whether the metal sleeve 2 can be subsequently fixed on the base body 1 or whether it must be laminated directly into the fiber structure.
In einer besonderen Ausführungsform können die Funktionsbauteile, wie beispielsweise Nocken 7, ohne Verwendung einer Metallhülse 2 direkt auf den Grundkörper 1 mittels Magnetumformen festgesetzt werden. Hier ist der Vorteil offensichtlich in der einfachen Fertigungsfolge.
BezugszeichenlisteIn a particular embodiment, the functional components, such as cams 7, can be fixed directly onto the base body 1 by means of magnetic forming without using a metal sleeve 2. The advantage here is obvious in the simple production sequence. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Grundkörper1 basic body
2 Metallhülse2 metal sleeve
3 Fügebereich3 joining area
4 Bund an Metallhülse4 collar on metal sleeve
5 Bund an Metallhülse5 bundle of metal sleeve
6 Rollierung6 rolling
7 Nocken7 cams
Stirnfläche abgebogene ZungeTongue bent tongue
10 abgebogene Zunge10 bent tongue
1 1 Kohlenfasern1 1 carbon fibers
1 2 Fasern1 2 fibers
1 3 Deckschicht1 3 top layer
14 Vertiefung14 deepening
1 5 Vertiefung1 5 deepening
1 6 Umfangsfläche 7 Fasern1 6 circumferential surface 7 fibers
18 Magnetspule 9 Profil
18 solenoid 9 profile