DE10035034A1 - Gleichlaufdrehgelenk mit einem elastischen, rotationssymmetrischen Wellengelenk-Hohlkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk, mit einem elastischen, rotationssymmetrischen Wellengelenk-Hohlkörper aus faserverstärktem Kunststoff mit kreuzweise gelegten Faserlagen. Zur Optimierung der Flexibilität des Hohlkörpers ist der U-förmige Verlauf der Hohlkörperwandung erfindungsgemäß im Meridianquerschnitt girlandenförmig mit radial nach außen weisenden Girlandenenden und radial nach innen weisenden Girlandenbogen ausgebildet. Vorzugsweise ist der Wellengelenk-Hohlkörper als Rotationshyperboloid ausgebildet, wobei die Fasern geradlinig ausgerichtet und kreuzweise angeordnet sowie in Richtung der geradlinigen Erzeugenden des Rotationshyperboloids ausgerichtet sind. Im Bereich der Enden des girlandenförmigen Querschnitts verläuft die Wandung des Hohlkörpers konisch. Die Wandstärke und/oder die Lagenzahl der Fasern an der Stelle des kleinsten Durchmessers der girlandenförmigen Hohlkörperwandung ist auf maximale Beanspruchung des Gleichlaufdrehgelenkes durch Drehmoment und Biegung dimensioniert. Am Außenrand des girlandenförmigen Wandungsverlaufes des Hohlkörpers sind Adaptionsringe hinsichtlich achssenkrechter Anschraubflächen integriert.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gleichlaufdrehgelenk mit einem elastischen, rotationssymmetrischen Wellengelenk-Hohl­ körper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es bei­ spielsweise aus der DE 29 27 955 C2 als bekannt hervorgeht.

Aus der genannten DE 29 27 955 C2 ist ein Verfahren zur Her­ stellung eines Wellengelenk-Körpers bekannt, der als rotati­ onssymmetrischer, endlos-faserverstärkter Hohlkörper ausge­ bildet ist. Der danach hergestellte Wellengelenk-Hohlkörper hat endseitig zwei zylindrische Manschetten zur verdrehfe­ sten Aufnahme je eines Endes von zwei zu verbindenden Wellen und zwei achssenkrechte, am Außenumfang U-förmig verbundene, flanschartig von den Manschetten ausgehende, elastische Mem­ branen, die die beiden Manschetten verdrehfest aber zueinan­ der verschwenkbar verbinden.

Zur Herstellung des bekannten Wellengelenk-Hohlkörpers wer­ den Endlosfasern oder Faserbündel unter einem Winkel von et­ wa ±45° zur Rotationsachse auf einen Kern aufgewickelt, wobei durch die kreuzweise gelegten Wickellagen ein durch die Form des Kerns bestimmter Mantel aus Fasern gebildet wird. Und zwar besteht der Kern aus zwei axial beabstandeten Hülsen und aus einer dazwischen angeordneten, achssenkrechten Scheibe mit deutlich größerem Außendurchmesser. Der aus den Endlosfasern gewickelte, an den beiden Enden zylindrische Mantel hat in der Mitte zunächst die Form eines Doppelke­ gels. Nach dem Tränken des fertiggestellten Mantels mit ei­ nem aushärtbaren Kunstharz werden die beiden Hülsen axial auf die runde Scheibe zu geschoben und dort fixiert, wobei die konisch ausgespannten, auf den Außenumfang der runden Scheibe zulaufenden Fasern durch außenseitig an ihnen anlie­ gende Ringscheiben beiderseits axial auf die runde Scheibe angepreßt werden. In diesem Verformungszustand wird der harzgetränkte Fasermantel ausgehärtet. Der zunächst nähe­ rungsweise doppelkegelförmige Mittelteil hat nun die Form eines Hohlflansches mit am Außenumfang U-förmig verbundenen Membranen. Nach dem Aushärten des Kunstharzes werden die Kernteile entfernt, d. h. die beiden Hülsen axial abgezogen und die runde Kernscheibe in dem mittig angeordneten Hohl­ flansch zerstörend herausgeholt. Die runde Scheibe besteht aus einem leicht schmelzbaren oder lösbaren Stoff, z. B. aus Wachs oder aus Salz, und kann durch Schmelzen oder Lösen aus dem ausgehärteten Mantel entfernt werden.

Nachteilig an der bekannten Technologie ist zum einen das umständliche Herstellungsverfahren mit der aus einem leicht schmelz- oder lösbaren Material bestehenden Kernscheibe. An dem so hergestellten Wellengelenk-Körper ist der ungünstige Faserverlauf im Hohlflansch zu beanstanden. Durch das plan­ parallele Flachdrücken des zunächst doppelkegelförmigen Mit­ telteils werden die ehedem gestreckten Fasern auf einen kür­ zeren Weg gezwungen, so daß sie sich in der noch weichen Harzmasse unkontrolliert kräuseln und für eine Zugbeanspru­ chung nicht optimal verlaufen.

Die DE 40 05 771 C1 zeigt ein Verfahren und verschiedene Vorrichtungen zur Herstellung eines spulenförmigen Kupp­ lungskörpers aus endlosfaserverstärktem Kunststoff. Der fer­ tige Kupplungskörper besteht aus einem kurzen rohrförmigen Zentralteil, der an seinen Enden jeweils eine flanschartige, breite Membran aufweist, deren radiale Breite etwa dem Mem­ bran-Innendurchmesser oder etwa 1/3 des Membran-Außendurch­ messers entspricht.

Zur Herstellung des aus der DE 40 05 771 C1 bekannten, spu­ lenförmigen Kupplungskörpers werden die Fasern auf einen pneumatisch aufblasbaren Kern und - unter Bildung zweier Doppelkonen - über zwei achssenkrechte Scheiben gewickelt, die im Durchmesser etwa dreimal so groß sind wie der zylin­ drische Mittelteil und die axial zu ihm beabstandet sind. Der dabei gebildete Wickel ist im Mittelteil und an den En­ den zylindrisch und weist nahe bei je einem der Enden je­ weils einen über eine der Scheiben hinweglaufenden Doppelko­ nus auf. Im Bereich der Doppelkonen sind die frei ausge­ spannten Fasern - abgesehen im Bereich des Außenrandes der Scheibe - nicht unterstützt. Nach Fertigstellung des Wickels und der Harztränkung werden Ringsegmente mit achssenkrechten Stirnflächen radial an den zentralen, zylindrischen Mittel­ teil des Wickels angelegt und die konisch und frei ausge­ spannten Fasern mittels der axial verschiebbaren Scheiben an die Stirnflächen der Ringsegmente axial angelegt, wobei ein geordnetes Anlegen im Übergangsbereich von zylindrisch zu achssenkrecht durch einen aufblasbaren Blähkörper im Innern der Doppelkonen unterstützt wird. Durch zusätzliche, außen angelegte Druckscheiben wird der Wickel in der neuen Form fixiert und so ausgehärtet.

Die US-PS 4 708 591 zeigt eine Rotornabe für den Drehflügel eines Helikopters. In dieser Rotornabe sind baulich axial hintereinander, aber im Kraftfluß parallel zueinander lie­ gend zwei baugleiche Faltenbälge aus faserverstärktem Kunst­ stoff angeordnet, die jeweils einen Wellengelenk-Hohlkörper als Gleichlaufdrehgelenk bilden. Jeder Faltenbalg weist axial hintereinanderliegend vier Ring-Membranen auf, die durch insgesamt drei im Querschnitt U-förmige Bögen zu einem einheitlichen Wandungszug miteinander verbunden sind. Dabei sind radial innen zwei nach außen offene, konkave, U-Quer­ schnitte - sie liegen endseitig - und ein mittig und auf ei­ nem größeren Durchmesser liegender, nach außen geschlosse­ ner, konvexer, U-förmiger Wandungsquerschnitt vorgesehen. Die radiale Breite der Ringmembranen entspricht etwa 20% des Membranaußendurchmessers. Die Endflansche zum Einleiten bzw. Ableiten der Kräfte liegen radial außerhalb des mittigen, auf dem größeren Durchmesser liegenden, nach außen geschlos­ senen U-Bogens. Auch hier ist neben einer umständlichen und zeitraubenden Herstellung der ungünstige Faserverlauf in den Membranen zu erwähnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundege­ legte Gleichlaufdrehgelenk dahingehend zu verbessern, daß der elastische Wellengelenk-Hohlkörper günstigere Vorausset­ zungen für die auftretenden Biege- und Torsionsbeanspruchung bietet.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung des gattungsgemäßen Gleichlaufdrehgelenks erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die im Meridianquer­ schnitt girlandenförmige Hohlkörperwandung von vorzugsweise rotationshyperbolischer Form mit radial nach außen weisenden Girlandenenden wird der Biege- und Torsionsbeanspruchung besser gerecht, als die bekannten Wellengelenk-Hohlkörper. Die sich radial nach außen öffnende Girlandenform läßt sich nämlich unter Ausnutzung der - im Meridianquerschnitt er­ kennbaren - insgesamt verfügbaren Länge der Girlande und bei geringerem und örtlich gleichmäßigerem Spannungsniveau axial spreizen oder zusammendrücken, als dies bei Kupplungen mit mehreren ebenen Membranen, die über im Querschnitt U-förmi­ ge, halbkreisförmige Übergangsbögen miteinander verbunden sind, der Fall ist, insbesondere wenn die U-förmigen Über­ gangsbögen am Außenumfang der bekannten Hohlkörper angeord­ net sind. Die aus Kontinuitätsgründen von innen nach außen abnehmende Wandstärke und Faserdichte bei der erfindungsge­ mäß girlandenförmigen Hohlkörperwandung begünstigt ebenfalls eine lokal überall gleichmäßige Beanspruchung derselben durch die betrieblich auftretenden Torsionen und Biegungen. Für den bevorzugten Fall einer rotationshyperbolischen Form des Wellengelenk-Hohlkörpers erstrecken sich die gekreuzt gelegten Fasern annähernd geradlinig durch die Wandung des Rotationshyperboloids hindurch und sind somit bezüglich der Beanspruchung optimal im Bauteil angeordnet.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfin­ dung anhand verschiedener, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zei­ gen:

Fig. 1 einen partiellen Schnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel eines Gleichlaufdrehgelenkes mit zweifach taillierten Wellengelenk-Hohlkörper und mit geklebten Endflanschen bzw. Stützring,

Fig. 2 einen zweiteiligen Kernkörper für die Herstellung ei­ nes Wellengelenk-Hohlkörpers für das Gleichlaufdrehge­ lenk nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnitt-Ansicht durch bzw. auf ein zweites Aus­ führungsbeispiel eines Gleichlaufdrehgelenkes mit ei­ nem Wellengelenk-Hohlkörper mit nur einem im Quer­ schnitt girlandenförmigen Wandungsverlauf,

Fig. 4 und 5 einen partiellen radialen Schnitt durch (Fig. 4) bzw. eine partielle axiale Ansicht auf (Fig. 5) eine der Endscheiben des Gleichlaufdrehgelenkes nach Fig. 3 und

Fig. 6 eine Schnitt-Ansicht durch bzw. auf ein weiteres Aus­ führungsbeispiel eines Gleichlaufdrehgelenkes nach dem Vorbild der Fig. 3, bei dessen Wellengelenk-Hohlkör­ per die Wandung im Querschnitt zweifach girlandenför­ mig verläuft.

Mit den in den Fig. 1, 3 und 6 gezeigten Gleichlaufdreh­ gelenken 1, 1', 1" sollen die Enden zweier Wellen 9 und 10 (Fig. 3) gelenkig aber drehfesten miteinander verbunden werden. Wesentlicher Bestandteil der Drehgelenke ist ein elastischer, zur Rotationsachse 6 symmetrischer Wellenge­ lenk-Hohlkörper 2, 2' bzw. 2", dessen Wandung 3 aus langfa­ ser-verstärktem Kunststoff mit kreuzweise gelegten Faserla­ gen 4, 4' besteht. Die Hohlkörperwandung des Gelenkes nach Fig. 3 ist im Meridianquerschnitt einfach girlandenförmig ausgebildet; bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 oder 6 sind zwei girlandenförmige, unmittelbar miteinander verbundene Teil-Hohlkörper gebildet - es können auch mehrere sein. An den beiden axial gegenüberliegenden Enden der Wel­ lengelenk-Hohlkörper ist jeweils ein Flansch 7, 7' bzw. 8, 8' zur Krafteinleitung bzw. -ableitung vorgesehen. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der girlandenförmige Wellengelenk-Hohlkörper 2, 2', 2" symmetrisch zu einer achs­ senkrechten Ebene 5, 5' ausgebildet, die axial in der Mitte des girlandenförmigen Wellengelenk-Hohlkörpers liegt. Im Falle von mehreren girlandenförmig taillierten Teilhohlkör­ pern sind diese jeweils bezüglich der entsprechenden Mitte­ nebene 5' symmetrisch ausgebildet.

Der im Meridianquerschnitt girlandenförmige Verlauf der Hohlkörperwandung 3 mit radial nach außen weisenden Girlan­ denenden 11 und radial nach innen weisenden Scheitelbogen 12 der Girlande ist erfindungsgemäß zur Optimierung des elasti­ schen Wellengelenk-Hohlkörpers bezüglich der Biege- und Tor­ sionsbeanspruchung vorgesehen. Dabei verläuft die Hohlkör­ perwandung im Bereich der Enden 11 des girlandenförmigen Querschnitts konisch und weist - im Meridianquerschnitt ge­ sehen - eine über den Verlauf der Girlande hinweg veränder­ liche Krümmung auf, wobei die Wandungskrümmung im radial in­ nen liegenden Scheitelpunkt 12 der Girlande am größten ist und zu den Enden 11 der Girlande hin abnimmt. Die Girlande hat eine gewisse Mindesttiefe, d. h. das Verhältnis (D_a/D_i) des Durchmesser D_a an der Außenstelle 11 zum Durchmesser D_i an der Innenstelle 12 der "Girlande" beträgt mindestens etwa 1,6, vorzugsweise etwa 2,0 und mehr.

Für die Herstellung eines bezüglich des genauen Konturver­ laufes des girlandenförmigen Wandungsquerschnittes frei ge­ stalteten Wellengelenk-Hohlkörpers kann ein in Fig. 2 ge­ zeigter, an der Stelle des geringsten Querschnittes axial geteilter, zur Rotationsachse 6 symmetrischer Kernkörper 17 verwendet werden, der in eine programmierbare Faserlegevor­ richtung drehbar und in definierten Winkelschritten verfahr­ bar eingespannt wird. Zu der Faserlegevorrichtung gehört auch ein programmierbarer Industrieroboter, der am Ende sei­ nes Arbeitsarmes mit einem Faserlegekopf versehen ist, dem von einer Vorratsrolle ein Faserstrang, ein streifenförmiges Fasergelege 16 oder ein Prepregstreifen geordnet zuführbar ist. Mittels einer Andrückrolle kann der Faserstreifen ge­ ordnet unter einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse 6, vorzugsweise unter 45°, sowie unter Anpreßdruck auf dem Kernkörper 17 abgelegt werden. Die Anlegevorrichtung ist ferner mit einer Abschneidevorrichtung kombiniert, mit der nach erfolgtem Ablegen des Streifens das Streifenende vom Vorrat definiert abgeschnitten werden kann. Das Bewegungs­ programm der den Kernkörper tragenden Maschine ist - gewis­ sermaßen als weitere Roboterachse für die Werkstückhandha­ bung - in die Roboterprogrammierung einbezogen und auf diese abgestimmt.

Durch die geschilderte Faserlegevorrichtung werden einzelne Streifen 16 von Fasergelegen oder Prepregs unter einem Win­ kel von vorzugsweise 45° zur Rotationsachse auf dem girlan­ deförmig taillierten Kernkörper 17 abgelegt. Nach jedem Ab­ legen eines Streifens auf dem Kernkörper bzw. auf dem ent­ stehenden Fasermantel wird der Kernkörper um ein bestimmtes Winkelinkrement weitergedreht und erneut ein Faserstreifen unter Anpreßdruck abgelegt, wobei die Streifen aufgrund ei­ ner Vortränkung mit Harzmasse am Werkstückträger bzw. am entstehenden Werkstück haften bleiben. Bei dem geneigten Ab­ legen von Faserstreifen kann nach einem bestimmten Bewe­ gungsmuster verfahren werden und die Ablegerichtung bei­ spielsweise nach jedem Streifen von +45° zu -45° gewechselt werden. Es ist auch denkbar, die Ablegerichtung erst nach jedem zweiten oder nach jedem dritten abgelegten Streifen, oder erst nach Legen einer umfangmäßig vollständigen Faser­ lage zu wechseln.

Dieses Ablegen von Fasernstreifen auf das entstehende Werk­ stück wird so lange fortgesetzt, bis die geforderte Wand­ stärke und/oder die Lagenzahl der Fasern 4, 4' bzw. der Fa­ serstreifen 16 an der Stelle 12 des kleinsten Durchmessers D_i des girlandenförmigen Wandungsverlaufes des Hohlkörpers 2" erreicht ist, wobei diese Stelle auf maximale Beanspruchung des Gleichlaufdrehgelenkes 1" durch Drehmoment und Biegung dimensioniert ist. Nachdem die über die gesamte Erstreckung der Girlandenform durchlaufenden Faserstreifen im Bereich des Girlandenscheitels 12, d. h. im Bereich des Innendurch­ messers D_i sich eng zusammendrängen, baut sich an dieser Stelle eine große Wandstärke S_i auf, was mit Rücksicht auf die höhere Beanspruchung durch Biegung und Torsion durchaus beabsichtigt und willkommen ist. Wegen der radial nach außen größer werdenden Fläche, auf der die Fasern abgelegt werden, reduziert sich aus Kontinuitätsgründen die Faserdichte und demgemäß auch die Wandstärke S_a des Hohlkörpers zu den im Be­ reich des Außendurchmessers D_a liegenden Girlandenenden 11 hin; die Wandstärke S_a ist hier nur noch relativ gering. Die­ se reduzierte Wandstärke S_a im Bereich der radial außenlie­ genden Girlandenenden 11 ist aber mit Rücksicht auf die hier geringer wirksamen Torsions- und Biegemomente nicht kri­ tisch. Im Gegenteil ist die nach außen abnehmende Wandstärke bzw. Faserdichte optimal für die vorliegende Beanspruchung.

Nach Fertigstellung des harzgetränkten Fasergeleges wird dieses gemeinsam mit dem Kernkörper 17 aus der Wickelvor­ richtung entnommen. Durch außenseitiges Anlegen eines teil­ baren Formringes, der die Taillierung des Fasergeleges voll­ ständig ausfüllt, wird das noch nicht formstabile Fasergele­ ge radial zusammengepreßt. Das so durch verspannte Formkör­ per stabilisierte und in die Sollform fixierte Fasergelege wird nun thermisch ausgehärtet und anschließend der teilbare Formring und der ebenfalls teilbare Kernkörper 17 entnommen und der ausgehärtete Gelenkwellen-Hohlkörper 2" in seiner Rohform freigelegt. Durch Besäumen des Außenrandes wird der Hohlkörper fertiggestellt.

Um einen solchen girlandenförmig taillierten Hohlkörper zu einem Gleichlaufdrehgelenk zu vervollständigen, müssen die Girlandenenden 12 noch mit Befestigungsflanschen 7', 8' ver­ sehen werden. Nachdem die Wandung in diesem Außenbereich ko­ nisch verläuft, sind die Befestigungsflansche ebenso wie die axial ihnen gegenüberliegend vorgesehenen Adaptionsringe 15 an den entsprechenden Anlageflächen ebenfalls konisch ausge­ bildet. Die konischen Flächen der Befestigungsflansche 7, 8 und der Adaptionsringe 15 werden mit der Wandung im Bereich des Außenrandes des girlandenförmig taillierten Hohlkörpers verklebt und außerdem - unter Bildung einer formschlüssigen Sicherung der Klebestelle - vernietet. In dem in Fig. 1 dargestellten Fall zweier (oder auch mehrerer), miteinander verbundener girlandenförmiger Teilhohlkörper im Wellenge­ lenk-Hohlkörper sind diese über radial außen liegende, ring­ förmige Verbindungsstellen mittels eines im Meridianquer­ schnitt nach außen spitz zulaufenden, doppelkonischen Stütz­ ringes 14 sowie eines Paares spiegelbildlich angeordneter Adaptionsringe 15 verklebt und vernietet.

Bei den in den Fig. 3 und 6 dargestellten Ausführungsbei­ spielen von Gleichlaufdrehgelenken 1' bzw. 1" wurden für entsprechende Teile die gleichen, jedoch mit einem oder mit zwei hochgestellten Strich(en) versehene Bezugszahlen ver­ wendet, so daß bezüglich dieser Ausführungsbeispiele weitge­ hend auf die vorausgegangene Beschreibung verwiesen werden kann. Bei den Gleichlaufdrehgelenken 1' bzw. 1" nach Fig. 3 und 6 ist der Wellengelenk-Hohlkörper 2' bzw. 2" als Rota­ tionshyperboloid (Fig. 3) oder aus einer axialen Folge zweier Rotationshyperboloide (Fig. 6) ausgebildet. Dabei sind die Langfasern 4, 4' je eines Rotationshyperboloids ge­ radlinig ausgerichtet und kreuzweise angeordnet sowie in Richtung der geradlinigen Erzeugenden des Rotationshyperbo­ loids ausgerichtet. Diese hyperbolische Form des girlanden­ förmigen Wandungsquerschnittes ist sowohl in funktioneller Hinsicht als auch unter Fertigungsaspekten besonders vor­ teilhaft.

Bekanntlich wird die geometrische Fläche eines Rotationshy­ perboloids dadurch erzeugt bzw. bestrichen, indem eine ge­ genüber der Rotationsachse 6 radial beabstandete und außer­ dem zur Rotationsachse unter einem Winkel geneigte Gerade, der Erzeugenden, unter Beibehaltung des radialen Abstandes und des Neigungswinkels zur Rotationsachse um diese gedreht wird. Diesen Gesetzmäßigkeit nützt die Erfindung bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 6 aus. Nachdem - wie gesagt - die Fasern in Richtung der Erzeugenden des Rotationshyperboloids innerhalb des girlandenförmigen Wan­ dungsquerschnittes angeordnet und ausgerichtet sind, be­ streichen alle Fasern oder Faserbündel gemeinsam bei gerad­ linigem Faserverlauf ohne weiteres die Oberfläche des Rota­ tionshyperboloids. Dieser geradlinige Faserverlauf ist so­ wohl für die Torsionsbeanspruchung als auch für die Biegebe­ anspruchung des hyperbelförmig taillierten Hohlkörpers opti­ mal. Die Fasern werden bei Torsionsbeanspruchung nur in ih­ rer Längsrichtung beansprucht, wobei der Matrixwerkstoff weitgehend unbelastet bleibt. Dies ist für eine lange Le­ bensdauer des mit hoher Lastwechselzahl periodisch verform­ ten Werkstückes von besonderem Vorteil.

Die erwähnte Besonderheit des hyperbelförmig taillierten Hohlkörpers, bei der die gewünschte Form durch geradlinig ausgespannte Fasern erzeugt werden kann, wirkt sich auch in fertigungsmäßiger Hinsicht vorteilhaft aus. Und zwar kann das Gleichlaufdrehgelenk 1' nach Fig. 3 oder auch das (1") nach Fig. 6 durch Wickeln endloser Fasern oder Faserbündel über die vorgefertigten Endflansche 7', 8' hergestellt wer­ den. Diese können ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, wobei hier jedoch wegen der Verarbeit­ barkeit des Werkstoffes im Spritzgußverfahren kurze Fasern als Verstärkungsmaterial zu empfehlen sind. Zur sicheren Verankerung der Umkehrschlaufen der zu wickelnden Endlosfa­ sern an den Endflansche sind diese am Außenumfang mit einer dichten Reihe von Haken 13 wie die Zinken eines Kammes ver­ sehen.

Zum Wickeln eines hyperbelförmig taillierten Hohlkörpers und zur Integration der Endflansche 7', 8' in das entstehende Werkstück werden die Endflansche zunächst in eine hier nicht dargestellte rotationssymmetrische Halterung aufgenommen, die die gegenseitige Abstandslage und Umfangslage der End­ flansche 7', 8' sichert. Bei der Herstellung des Gleichlauf­ drehgelenk 1" nach Fig. 6 ist die Halterung so ausgebildet, daß auch der mittig liegende Stützring 14' lagestabil zwi­ schen den beiden Endflanschen darin gehaltert ist. Die mit den Endflanschen - und gegebenenfalls dem Stützring 14' - bestückte Halterung wird - ähnlich wie bei der Herstellung des taillierten Hohlkörpers nach Fig. 1 und 2 - in eine programmierbare Faserlegevorrichtung drehbar und in defi­ nierten Winkelschritten verfahrbar eingespannt. Auch hier gehört zu der Faserlegevorrichtung ein programmierbarer In­ dustrieroboter, der am Ende seines Arbeitsarmes mit einer Fadenführung nach Art einer Öse versehen ist. Damit kann die von einer Vorratsrolle abgezogene Endlosfaser oder ein Fa­ serstrang entlang einer genau vorbestimmten Verlegebahn ge­ ordnet und reproduziergenau zugeführt werden.

Ausgehend von einem bestimmten Haken 13 am Umfang eines End­ flansches 7' bzw. 8' wird die Fadenführung des Industriero­ boters unter Aufrechterhaltung einer gewissen Faserspannung axial in Richtung zum gegenüberliegenden Endflansch geführt, wobei zugleich die Halterung mit den Endflanschen definiert entsprechend der gewünschten Faserneigung verdreht wird, so daß ein geneigter Faserverlauf entsteht. Bei dem Gleichlauf­ drehgelenk nach Fig. 6 mit zwei verbundenen hyperbelförmig taillierten Teilhohlkörpern werden die Fasern geradlinig über den außen verrundeten, mittig liegenden Stützring 14' ge­ führt. Nach Erreichen des gegenüberliegenden Endflansches wird die Faser oder das Faserbündel in die Lücke zwischen zwei benachbarten Haken oder Zinken hineingelegt, die Halte­ rung mit den Endflanschen um ein bestimmtes Winkelinkrement entsprechend dem gewünschten Umfangslage der nächsten zu verlegenden Faser definiert verdreht und die Fadenführung in die Gegenrichtung bewegt, wobei die Faser durch ein anderes Paar von Haken 13 hindurchgeführt wird.

Aufgrund der starken Faserneigung gegenüber der Rotations­ achse 6 verläuft die abgelegte Faser im Bereich der Mitte des ausgespannten Faserteilstückes (Bereich 12) näher an der Rotationsachse, als an den flanschnahen Enden Faserteilstüc­ kes (Bereich 11). Bei dem Gleichlaufdrehgelenk nach Fig. 6 mit dem mittig angeordneten Stützring 14' ergeben sich selbsttätig zwei hyperbolische Tiefstellen mit einer dazwi­ schen liegenden doppelkonischen Hochstelle an der Stütz­ scheibe 14'. Durch vielfältiges Hin- und Herlaufen der Fa­ serführung, Legen von Umkehrschlaufen um die Haken 13 unter gezielter Hin- und Herdrehung der die Halterung mit den End­ flanschen wird ein hyperbelförmiger Mantel aus Endlosfasern aufgebaut. Bei dem Gleichlaufdrehgelenk nach Fig. 6 mit dem mittig angeordneten Stützring 14' ergeben sich selbsttätig zwei unmittelbar, d. h. ohne Faserunterbrechung ineinander übergehende hyperbelförmig taillierte Hohlkörper. Dieser Wickelvorgang wird so lange fortgesetzt, bis die geforderte Wandstärke und/oder die Lagenzahl der Fasern 4, 4' an der Stelle 12 des kleinsten Durchmessers D_i des hyperbelförmigen Wandungsverlaufes des Hohlkörpers 2' bzw. 2" erreicht ist. Diese Stelle ist auf maximale Beanspruchung des Gleichlauf­ drehgelenkes 1' bzw. 1" durch Drehmoment und Biegung dimen­ sioniert.

Der entstehende Fasermantel kann zwischendurch oder am Schluß des Wickelvorganges mit noch flüssigem Matrixharz be­ sprüht oder anderweitig getränkt werden. Nach Fertigstellung des harzgetränkten Fasergeleges wird die Halterung mit den Endflanschen aus der Wickelvorrichtung entnommen. Durch au­ ßenseitiges Anlegen eines teilbaren Formringes, der die hy­ perbolische Taillierung des Fasergeleges formgetreu und vollständig ausfüllt, wird auch hier das noch nicht formsta­ bile Fasergelege gegen die Spannung der Fasern bzw. des Fa­ sergeleges radial zusammengepreßt. Bei dem Gleichlaufdrehge­ lenk 1" nach Fig. 6 mit zwei hyperbelförmig taillierten Fa­ sergelegen werden zwei teilbare Formringe angelegt. Das so stabilisierte und in der Sollform fixierte Fasergelege kann dann thermisch ausgehärtet werden. Schließlich wird der teilbare Formring wieder abgenommen und das fertige Gleich­ laufdrehgelenk 1' bzw. 1" mit dem integrierten, ausgehärte­ ten Gelenkwellen-Hohlkörper 2' bzw. 2" freigelegt. Das Fer­ tigungsverfahren ist also stark abgekürzt und vereinfacht.

Claims (11)

1. Gleichlaufdrehgelenk zum gelenkigen aber drehfesten Ver­ binden zweier Wellenenden, mit einem elastischen, rotations­ symmetrischen Wellengelenk-Hohlkörper aus Langfaser-ver­ stärktem Kunststoff mit kreuzweise gelegten Faserlagen, in welchem Wellengelenk-Hohlkörper die Hohlkörperwandung im Me­ ridianquerschnitt annähernd U-förmig ausgebildet oder durch mehrere U-förmige, unmittelbar miteinander verbundene Teil- Hohlkörper gebildet ist, wobei die Mittenebene des/der U- förmigen Querschnitts(e) etwa achssenkrecht ausgerichtet ist, welcher Wellengelenk-Hohlkörper ferner an seinen beiden axial gegenüberliegenden Enden jeweils mit einem Flansch zur Krafteinleitung bzw. -ableitung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Verlauf der Hohlkörperwandung (3) im Meridi­ anquerschnitt girlandenförmig mit radial nach außen weisen­ den Girlandenenden (11) und radial nach innen weisenden Scheitelbogen (12) der Girlande ausgebildet ist.

2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (3) des Hohlkörpers (2, 2') im Bereich der Enden (11) des girlandenförmigen Querschnitts konisch verläuft.

3. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (3) des Hohlkörpers (2, 2') - im Meridianquer­ schnitt gesehen - eine über den Verlauf der Girlande verän­ derliche Krümmung aufweist, wobei die Wandungskrümmung im radial innen liegenden Scheitelpunkt (12) der Girlande am größten ist und zu den Enden (11) der Girlande hin abnimmt.

4. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (D_a/D_i) im Bereich des girlanden­ förmigen Verlaufes der Wandung (3) des Hohlkörpers (2, 2') mindestens 1,6, vorzugsweise etwa 2,0 bis 2,5 beträgt.

5. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellengelenk-Hohlkörper (2) als Rotationshyperboloid oder aus einer axialen Folge mehrerer solcher Rotationshy­ perboloide ausgebildet ist, wobei die Langfasern (4, 4') je eines Rotationshyperboloids geradlinig ausgerichtet und kreuzweise angeordnet sowie in Richtung der geradlinigen Er­ zeugenden des Rotationshyperboloids ausgerichtet sind.

6. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (S_i) und/oder die Lagenzahl der Fasern (4, 4') an der Stelle (12) des kleinsten Durchmessers (D_i) des gir­ landenförmigen Wandungsverlaufes des Hohlkörpers (2, 2') auf maximale Beanspruchung des Gleichlaufdrehgelenkes (1, 1') durch Drehmoment und Biegung dimensioniert ist.

7. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem girlandenförmigen Wandungsverlauf des Hohlkörpers (2') kreuzweise gelegte, streifenförmige Fasergelege (16) oder Prepregstreifen integriert sind.

8. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrand (11) des girlandenförmigen Wandungsverlaufes des Hohlkörpers Endflansche (7, 8) oder Stützringe (14, 14') integriert sind, die einen Übergang von einer achssenkrech­ ten Montagefläche in die konisch verlaufenden Enden (11) des girlandenförmigen Wandungsverlaufes sicherstellen.

9. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endflansche (7, 8) mit einen Kranz von Haken (13) zum Einhängen der Umkehrschlaufen der Endlosfasern (4, 4') oder Faserstränge versehen sind.

10. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall mehrerer, miteinander verbundener girlandenförmiger Teilhohlkörper im Wellengelenk-Hohlkörper die Wandung (3) benachbarter Teilhohlkörper an ihren radial außen liegenden, ringförmigen Verbindungsstelle über einen im Meridianquer­ schnitt nach außen spitz zulaufenden, doppelkonischen Stütz­ ring (14, 14') geführt ist.

11. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt girlandenförmige Wellengelenk-Hohlkörper (2) oder jeweils die im Wellengelenk-Hohlkörper (2') verei­ nigten girlandenförmigen Teilhohlkörper zu einer achssenk­ rechten, axial in der Mitte des girlandenförmigen Wellenge­ lenk-Hohlkörpers oder Teilhohlkörpers liegenden Ebene (5, 5') symmetrisch ausgebildet ist bzw. sind.