DE102011085962A1

DE102011085962A1 - Innenprofilierte Welle aus Faserverbundwerkstoff mit Lasteinleitungselementen und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102011085962A1
Application number: DE102011085962A
Authority: DE
Inventors: Werner Hufenbach; Martin Lepper; Olaf Helms; Mathias Kliem; Florian Lenz
Original assignee: Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Current assignee: Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: DE102011085962B4

Abstract

Die erfindungsgemäße Profilwelle mit einem Innenprofil ist aus Faserverbundwerkstoff gefertigt und weist mindestens drei Bereiche auf, die in radialer Richtung der Profilwelle übereinander angeordnet sind. Der erste, innere Bereich der Profilwelle ist eine Profilschale, die aus mindestens einer Schicht Faserkunststoffverbundmaterial mit einem Faserwinkel von ±10° bis ±80 bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle, besteht. Der zweite Bereich, auch als unidirektionaler Bereich bezeichnet, ist außerhalb des ersten Bereichs, also direkt auf der Profilschale angeordnet. Er besteht aus Faserkunststoffverbundmaterial mit in weitestgehend axialer Richtung der Profilwelle angeordneten Fasern. Den dritten Bereich bildet eine Zylinderschale, welche direkt auf dem zweiten Bereich angeordnet ist. Analog zur Profilschale besteht die Zylinderschale aus mindestens einer Schicht Faserkunststoffverbundmaterial mit einem Faserwinkel von ±10° bis ±80°. Des weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wellen vorgestellt, bei dem ein segmentiertes Kernwerkzeug nach einander durch eine Faserablegeeinheit für die Profilschale, den unidirektionalen Bereich und die Zylinderschale geführt wird und abschließend in einem RTM Werkzeug oder einer Pultrusionseinheit konsolidiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine innenprofilierte Welle, gefertigt aus Faserverbundwerkstoff mit Lasteinleitungselementen und ein Verfahren zu deren Herstellung.
In den letzten Jahren gewannen Wellen aus Faserverbundwerkstoff zunehmend an Bedeutung. Dies ist auf, im Vergleich zu herkömmlichen Wellen aus metallischen Werkstoffen, erhebliche Gewichtsvorteile bei sehr guten mechanischen Eigenschaften zurückzuführen. So finden derartige Wellen insbesondere im Flugzeugbau, aber auch im Kraftfahrzeugbau Anwendung. Aufgrund der sehr hohen Eigenfrequenzen von Wellen aus FKV sind diese für jegliche schnelllaufende Maschinen, wie Turbooder Druckmaschinen, besonders geeignet.
Zumeist sind die Wellen aus verschiedenen Faserschichten mit unterschiedlichen Faserorientierungen aufgebaut, wodurch Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit gezielt beeinflusst werden können. Nachteilig erfolgt die Lasteinleitung in die FKV-Welle dabei in den niederfesten Matrixwerkstoff und nicht in die hochfesten Fasern, was besondere Anforderungen an den profilierten Bereich der Welle stellt.
Nicht zuletzt gestaltet sich auch die Massenfertigung der FKV-Wellen, welche nach Möglichkeit in verschiedenen Bedarfslängen erfolgen sollte, aufgrund der aufwendigen Faserablage in verschiedenen Schichten in Verbindung mit dem Einbringen der Innenprofilierung als schwierig.
In der DE 196 13 857 wird eine Welle aus FKV vorgestellt, die eine Innenprofilierung aufweist. Dabei ist die innere Faserlage axial ausgerichtet auf der wenigstens eine Doppellage mit symmetrisch zur Achsrichtung unter einem Winkel ±α geneigt angeordnete Fasern aufgebracht ist. Eine derartige Welle kann im Zieh-Wickelverfahren mit hoher Produktivität gefertigt werden. Nachteilig an dieser Lösung ist die geringe Festigkeit quer zur Faserrichtung der Innenprofilierung aufgrund der axialen Faserorientierung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Welle aus Faserverbundwerkstoff vorzuschlagen, die sehr gute mechanische Eigenschaften und insbesondere eine sehr hohe Festigkeit der Profilierung aufweist. Ferner soll ein Verfahren zu einer effizienten Fertigung einer derartigen Profilwelle in einem kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Prozess aufgezeigt werden.
Diese Aufgabenstellung wird gelöst durch eine Welle mit den Merkmalen des Anspruches 1. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Welle ist in Anspruch 12 dargelegt. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen dargelegt.
Die erfindungsgemäße Profilwelle mit einem Innenprofil ist aus Faserverbundwerkstoff gefertigt und weist mindestens drei Bereiche auf, die in radialer Richtung der Profilwelle übereinander angeordnet sind.
Der erste, innere Bereich der Profilwelle ist eine Profilschale, die aus mindestens einer Schicht Faserkunststoffverbundmaterial mit einem Faserwinkel von ±10° bis ±80°, bevorzugt ±20° bis ±70° und weiterhin bevorzugt ±30° bis ±60°, bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle, besteht. Besonders bevorzugt werden mehrere Schichten mit variierenden Faserwinkeln aufgebracht. Dabei verbessern kleinere Faserwinkel (der Winkel zwischen der Faserrichtung und der Profilwellenachse) die Biegesteifigkeit, hingegen größere Faserwinkel bis etwa 60° die Torsionssteifigkeit und -festigkeit. Eine weitere Erhöhung des Winkels bis max. 90° bringt eine verbesserte Aufnahme der aus der Innenprofilierung mit schrägen Zahnflanken resultierende Tangentialspannung (eq. Innendruckbelastung) sowie eine Aussteifung des Wellenquerschnitts, was dem Schadensbild ‚Torsionsbeulen ‚ im Bereich zwischen den Lasteinleitungselementen entgegenwirkt. Somit können durch die Wahl der Faserwinkel die mechanischen Eigenschaften der Profilwelle gezielt eingestellt werden. Die Profilschale weist einen profilierten Querschnitt mit als Zahnfüße und Zahnköpfe definierten Bereiche auf, wobei als Zahnkopf eine Auswölbung des Innenprofils und damit eine Vertiefung im Außenprofil, und als Zahnfuß dementsprechend eine Vertiefung des Innenprofils und eine Auswölbung des Außenprofils bezeichnet wird. Vorteilhaft wird durch die Profilschale mit schrägem, d.h. zur Profilwellenachse geneigtem Faserwinkel, eine hohe Festigkeit der Profilflanken der Innenprofilierung erreicht.
Der zweite Bereich, auch als unidirektionaler Bereich bezeichnet, ist außerhalb des ersten Bereichs, also direkt auf der Profilschale angeordnet. Er besteht aus Faserkunststoffverbundmaterial mit in weitestgehend axialer Richtung der Profilwelle angeordneten Fasern (Faserwinkel 0°), das die durch die Profilierung des ersten Bereichs ausgebildeten Vertiefungen im Bereich der Zahnköpfe auffüllt, so dass die Außenkontur des zweiten Bereichs weitestgehend zylindrisch ist. Eine vorteilhafte Methode der Fertigung sieht vor, die unidirektionale Faserlage in einem vorgeschalteten Fertigungsprozess, etwa durch Faser-Naß-Pultrusion, endkonturidentisch zu erzeugen. Diese unidirektional verstärkten Leisten (auch als vorkonsolidiertge Leisten bezeichnet) können dann die Faserlage(n) der Profilschale an den Formkern anpressen und so den angestrebten Faserverlauf in der Profilschale sicherstellen.
Den dritten Bereich bildet eine Zylinderschale, welche direkt auf dem zweiten Bereich angeordnet ist. Analog zur Profilschale besteht die Zylinderschale aus mindestens einer Schicht Faserkunststoffverbundmaterial mit einem Faserwinkel von ±10° bis ±80°, bevorzugt ±20° bis ±70° und besonders bevorzugt ±30° bis ±60°, bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle. Auch hier verbessern kleinere Faserwinkel die Biegesteifigkeit, hingegen größere Faserwinkel die Torsionssteifigkeit/-festigkeit, Aufnahme von Tangentialspannungen im Lasteinleitungsbereich und Stabilisierung gegen Torsionsbeulen im Hauptkörper der Antriebswelle.
Je nach Anwendungsfall können Profilschale und Zylinderschale aus einem Geflecht, einer Wicklung bzw. aus einem Gemisch aus Flechtlagen und Wickellagen bestehen. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die Profilschale ein Geflecht als Verstärkung und die Zylinderschale eine Wickelung als Verstärkung hat. Weitere Anforderungen, wie beispielsweise die Impactbeständigkeit können abweichende Ausgestaltungen erfordern.
Die Profilwelle besteht aus einem Faser-Kunststoffverbund, der – je nach mechanischer Anforderung an die Welle – hinsichtlich der verwendeten Materialien variieren kann. Für Hochleistungsprofilwellen eignet sich der Einsatz von Endlosfasern aus Kohlenstoff. Aber auch andere Verstärkungsmaterialien wie z.B. Glas-, Aramid-, oder Basaltfasern kommen für bestimmte Anforderungsprofile zur Anwendung.
Als Matrix eignen sich hauptsächlich duroplastische Materialien wie z.B. Epoxid-, Phenol- oder Polyestherharze) oder technische Thermoplaste wie Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK).
Die obige Nennung von Materialen ist jedoch nur beispielhaft und nicht als Beschränkung der Erfindung zu sehen.
Weiterhin bevorzugt besteht der unidirektionale Bereich aus über den Umfang der Profilwelle verteilten unidirektionalen Leisten, die in den Vertiefungen/Zahnköpfen der Profilschale angeordnet sind. Vorteilhaft schaffen die unidirektionalen Leisten eine sehr gute Festigkeit und Maßgenauigkeit der Innenprofilierung der Profilwelle, indem sie die Faserlagen auch nach der Vorformung durch eine geeignete Profildüse/Profilmatrize in Position halten. Ist die Profilierung derart gestaltet, dass die Faserlagen der Profilschale nach der Vorformung durch die Profildüse gut in Position bleiben, kann auch eine flexible, vorrangig unidirektionale Faserverstärkung für den Bereich 2 zum Einsatz kommen. Dies vermindert den Fertigungsaufwand, da keine konsolidierten Leisten gefertigt werden müssen und erhöht die mechanische Festigkeit, da alle Bereiche gemeinsam ausgehärtet/konsolidiert werden können.
Besonders bevorzugt besteht die Profilschale aus zwei Schichten Fasern wobei die erste, innere Schicht einen Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle von 50° bis 70°, bevorzugt 60°, hat und die zweite, äußere Schicht einen Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle von 40° bis 50°, bevorzugt 45°, aufweist. Eine derartige Profilschale hat besonders gute mechanische Eigenschaften, da sie die mechanischen Forderungen nach hoher Torsionssteifigkeit/-festigkeit, hoher Festigkeit/Steifigkeit in tangentialer Richtung und hoher Festigkeit/Steifigkeit gegen Querschnittsverformung mit günstigen Maschinen-/Fertigungsparametern in Einklang bringt.
Aus diesem Grund besteht auch die Zylinderschale bevorzugt aus zwei Schichten Fasern, wobei die erste, innere Schicht einen Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle von 40° bis 50°, bevorzugt 45°, aufweist und die zweite, äußere Schicht einen Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle von 50° bis 70°, bevorzugt 60°, aufweist.
Prinzipiell ist die Verwendung von Prepregs, vorimprägnierten Fasern und anderen FKV- Ausgangsmaterialien möglich, um den erfindungsgemäßen Aufbau der Profilwelle zu gestalten.
Weiterhin bevorzugt ist in die Profilwelle mindestens ein Lasteinleitungselement eingesteckt, das eine, zu der Innenprofilierung der Profilwell korrespondierende Außenprofilierung aufweist. Das Lasteinleitungselement kann dabei aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein, beispielsweise auch aus FKV-Material, besonders bevorzugt mit einem analogen Aufbau mit drei Bereichen wie die Profilwelle, wobei dann die Profilschale außen und die Zylinderschale innen angeordnet ist. Die Außenprofilierung des Lasteinleitungselements weist zudem außen Widerhaken im Bereich des Zahnkopfes und/oder des Zahnfußes auf, die das Lasteinleitungselement durch ein Verhaken in der Profilwelle gegen ein Herausrutschen in axialer Richtung sichern. Dabei können die Widerhaken in kleine Nuten in der Profilwelle eingreifen oder auch sich direkt im Material verhaken. Diese Befestigung eines Lasteinleitungselementes ist kostengünstig und schnell, jedoch nicht oder nur bedingt lösbar.
In einer alternativen Ausgestaltung der axialen Fixierung des Lasteinleitungselementes hat dieses Bohrungen, durch die auf Federelementen gelagerte Radialstifte in eine Nut im Inneren der Profilwelle eingreifen. Bevorzugt sind die Federelemente und die Radialstifte auf einem separaten Sicherungsring angeordnet, der in das Lasteinleitungselement eingeschoben wird. Diese Alternative ist mechanisch aufwendiger, jedoch problemlos lösbar.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung hat die Profilwelle als auch das Lasteinleitungselement äußere radiale Nuten. Auf dem Übergang von Profilwelle zu Lasteinleitungselement ist eine Hülse, bevorzugt eine Metallhülse, aufgepresst, so dass diese in die Nuten von Profilwelle und Lasteinleitungselement eingreift, wodurch diese formschlüssig verbunden sind. Auch diese Alternative ist sehr einfach und kostengünstig, jedoch nur bedingt wieder lösbar.
Alternativ erfolgt die Befestigung von Lasteinleitungselement in der Profilwelle in dem das Lasteinleitungselement auf seinem Umfang ein Hakenelement aufweist, das bevorzugt als Ring ausgestaltet ist, das durch eine Erhöhung der Zahnköpfe und/oder der Zahnfüße gebildet wird. Eine mit dem Hakenelement korrespondierende Aussparung im Inneren der Profilwelle umschließt dieses, die Profilwelle schnappt also beim Einschieben des Lasteinleitungselementes auf das Hakenelement. Dabei ist dieses bevorzugt mit dreieckigen Profil ausgebildet, wobei sich die Profilwelle beim Aufschieben auf eine schräge Fläche weitet, aber nach dem Einschnappen keine gegenläufige Schräge mehr vorhanden ist, die eine Aufweitung der Profilwelle verursachen könnte wodurch ein Abrutschen verhindert wird. Bevorzugt erfolgt eine zusätzliche Sicherung mittels einer nach dem Einschnappen aufgebrachten Sicherungshülse, die ein Aufweiten der Profilwelle, das zum Lösen der Verbindung notwendig ist, verhindert. Weiterhin bevorzugt hat die Profilwelle in ihrem Inneren eine umlaufende Federnut, welche das elastische Aufweiten der Profilwelle zum Einschnappen erleichtert. Diese Verbindungsvariante ist vergleichsweise einfach aufgebaut und zudem lösbar.
Weiterhin alternativ erfolgt die Befestigung über eine in die Profilwelle im Bereich des Lasteinleitungselements von außen eingebrachte und durchbrechende Nut. In dieser wird ein Ring eingebracht der über die Durchbrüche in der Profilwelle in eine Nut im Lasteinleitungselement eingreift. Der Ring ist dabei bevorzugt ein elastisch federnder Ring oder ein nassgewickelter Ring, also einer Nasswicklung aus Verstärkungsmaterial.
Nicht zuletzt kann alternativ die Befestigung über einen am Lasteinleitungselement befindlichen drehbaren Bajonettring erfolgen. Der Bajonettring hat dabei auskragende Nasen, die in einer axialen innenseitigen Nut beim Einstecken des Lasteinleitungselementes in die Profilwelle laufen. Durch ein Verdrehen des Bajonettringes in einer sich an die axiale Nut anschließende radiale Nut im Inneren der Profilwelle wird das Lasteinleitungselement gegen axiale Verschiebung gesichert. Als zusätzliche Sicherung können zudem Sicherungsstifte ein Zurückdrehen des Bajonettrings verhindern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Profilwelle umfasst folgende Schritte:
In einem ersten Schritt wird ein geteiltes bzw. segmentiertes Kernwerkzeug mit einem mit dem gewünschten Innenprofil der Profilwelle korrespondierenden Außenprofil durch eine Faserpreformeinheit bzw. Faserablegeeinheit für die Profilschale geführt. Diese Faserpreformeinheit bzw. Faserablegeeinheit für die Profilschale legt mindestens eine Faserschicht (als Wicklung oder Geflecht) auf dem Kern ab. Es ist jedoch je nach Anwendungsfall auch die Ablage mehrerer Faserschichten denkbar, auch eine Mischung aus gewickelten und geflochtenen Schichten, wobei auch der Faserwinkel variieren kann. Bevorzugt wird während der Ablage oder direkt im Anschluss ein Binder-Werkstoff, bevorzugt als Garn oder als Pulver, eingebracht. Als Binder-Werkstoffe kommen duroplastische und thermoplastische Bindermaterialien in Frage, bevorzugt wird ein Binder auf Duroplastbasis verwendet.
Anschließend wird das Kernwerkzeug mit der Profilschale durch eine Profilmatrize bzw. Profildüse geführt. Diese besteht aus einer Art Düse – einer sogenannten formgebenden Profilmatrize- die genau das Negativprofil der Profilschale aufweist. Diese ist bevorzugt beheizbar bzw. kann ihr auch eine Erwärmungseinrichtung vorgelagert sein. In diesem Schritt wird der Binder-Werkstoff aufgeschmolzen und sorgt vorteilhaft für eine Maßhaltigkeit der Profilschale nach der Profilmatrize. Profilmatrize bedeutet, dass die Matrize/Düse den Querschnitt des Innenprofils der Profilschale nachbildet.
Darauf folgend wird der zweite (unidirektionale Bereich) FKV-Material mit einer Faserrichtung, die weitestgehend der axialen Richtung der Profilwelle entspricht, in die Vertiefungen der Profilschale, die durch die Zahnköpfe gebildet wird, eingebracht. Dies erfolgt bevorzugt mittels vorkonsolidierter Leisten unidirektional verstärktem FKV- Materials, was sehr einfach zu handhaben ist. Alternativ besteht die Möglichkeit über eine Spuleneinheit schlaffe, also nicht vorkonsolidierte Verstärkungsfasern mittels einer nachgeordneten Schablone direkt in die Vertiefungen einzubringen. Vorteilhaft an dieser Alternative ist, dass die schlaffen Verstärkungsfasern direkt von der Rolle verwendet und somit unmittelbar und ohne vorgeschalteten Fertigungsschritte dem Prozess zugeführt werden können. Zudem ist durch die im Anschluss erfolgende gemeinsame Aushärtung erfahrungsgemäß/üblicherweise eine mechanisch höher belastbare Verbindung der drei Profilwellenbereiche untereinander zu erwarten.
Als nächster Schritt wird das Kernwerkzeug mit Profilschale und unidirektionalem Bereich durch eine Zylindermatrize geführt. Die Zylindermatrize ist ebenfalls bevorzugt beheizbar bzw. eine Erwärmungseinrichtung vorgelagert. Die Zylindermatrize hat einen zylindrischen Querschnitt mit einem Radius nur wenig größer als der Durchmesser des Kernwerkzeuges mit Profilschale und unidirektionalem Bereich.
Als nächster Schritt wird das Kernwerkzeug mit Profilschale und unidirektionalem Bereich durch eine Faserpreformeinheit bzw. Faserablegeeinheit für die Zylinderschale geführt, die die Zylinderschale mittels Wickeln und/oder Flechten aufbringt. Auch hier ist je nach Anwendungsfall die Ablage mehrerer Faserschichten denkbar, auch eine Mischung aus gewickelten und geflochtenen Schichten, wobei auch der Faserwinkel variieren kann.
Anschließend erfolgt die Konsolidierung der Profilwelle in einem RTM-Werkzeug oder einer Pultrusionseinheit. Findet eine Pultrusionseinheit Anwendung, kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden, wobei aber der Wellenkern segmentweise aus dem quasi endlosen Halbzeug nach dessen Aushärtung entfernt werden sollte, um dann wieder dem Beginn der Fertigungsstrecke zugeführt zu werden. Die Pultrusionseinheit besteht nach dem Stand der Technik aus einer Pultrusionsdüse, die kontinuierlich die durch sie gleitende Faser-Preform mit Harz infiltriert. Wenn anstatt trockener, nur bebinderte Fasern bzw. vorimprägnierte Faserlagen Verwendung finden, dient die Pultrusionsdüse lediglich der notwendigen Verdichtung der Faserpreform und u.U. deren Erhitzung auf Konsolidierungstemperatur. Als vorimprägnierte Faserverstärkungen zählen solche Faserhalbzeuge, die die Matrix, also ein geeignetes duroplastisches Harzsystem oder insbesondere thermoplastisches Matrixmaterial bereits in erforderlicher Menge enthalten. An die Pultrusionsdüse schließt sich ein Konsolidierungsbereich an, bei dem entweder die mit Duroplast infiltrierte Preform erst unter Hitzeeinfluss ausgehärtet und dann gekühlt wird bzw. bei Verwendung einer thermoplastischen Matrix nur gekühlt wird. Dann erfolgt eine Ablängung des Wellengrundkörpers auf das gewünschte Endmaß und das Kernsegment kann entfernt werden. Bei einem RTM-Werkzeug wird dieses immer in seiner Länge mit der Profilwelle gefüllt und ermöglicht eine Infiltration mit Matrixmaterial und dessen Konsolidierung, wobei kein Vorschub stattfindet. Vielmehr muss vor dem vakuumdichten Verschließen des RTM-Werkzeugs die Faserpreform an der passenden Stelle getrennt werden, so dass das betreffende Kernsegment nebst zugehöriger Faserpreform vollständig im RTM-Werkzeug eingeschlossen werden kann.
Zuletzt erfolgt noch das Abtrennen der Profilwelle auf die gewünschte Länge und die Entnahme des Kernwerkzeuges.
Die Profilwelle bzw. das Kernwerkzeug wird während des Verfahrens mittels eines Transportsystems kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich bewegt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand mehrerer Figuren erläutert. Dabei zeigen:
1 eine automobile Antriebswelle,
2 eine Darstellung des Schichtaufbaus der Profilwelle aus 1,
3 eine Darstellung des Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
4 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 3,
5 Beispiele für die geometrische Gestaltung der Profilierung der Profilwelle,
6 ein alternatives Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
7 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 6,
8 ein alternatives Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
9 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 8,
10 ein alternatives Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
11 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 10,
12 ein alternatives Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
13 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 12,
14 ein alternatives Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
15 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 14,
16 ein alternatives Lasteinleitungselement und dessen Befestigung,
17 eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes aus 16,
18 eine Prinzipdarstellung einer Fertigungseinheit für erfindungsgemäße Profilwellen,
19 eine Prinzipdarstellung einer alternativen Fertigungseinheit, und
20 eine Prinzipdarstellung einer weiteren alternativen Fertigungseinheit.
1 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine automobile Antriebswelle 1. Diese besteht aus einer FKV-Profilwelle 2, die außenseitig mit Lasteinleitungselement 3 verbunden ist, an denen wiederum homokinetische Gelenke 5 angeordnet sind. Auf einer Seite ist zusätzlich zwischen Lasteinleitungselement 3 und homokinetischem Gelenk 5 ein Kugel-Längenausgleich 4 vorgesehen.
Mittig ist die FKV-Profilwelle 2 in 1 unterbrochen dargestellt, da die Profilwelle 2 an einem hier nicht näher gezeigtem Getriebe oder Differenzial angebunden ist.
2 zeigt den näheren Aufbau der Profilwelle 2. Diese hat eine innere Profilschale 21, bestehend aus einer ersten, inneren Schicht 211 aus einer geflochtenen FKV-Lage mit einem Faserwinkel von 60° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle 2 und einer zweiten, äußeren Schicht 212 bestehend ebenfalls aus einer geflochtenen FKV-Lage mit einem Faserwinkel von 45° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle 2. Die Faserrichtungen der einzelnen Schichten sind auch in der 2 durch Pfeile angedeutet. Die Profilschale 21 weist eine Profilierung auf, mit Zahnköpfen 214 und Zahnfüßen 213, wobei die Zahnköpfe 214 nach innen auskragen und somit außenseitig eine Vertiefung bilden.
Nach außen an die Profilschale 21 schließt sich ein unidirektionaler Bereich 23 an. Dieser unidirektionale Bereich 23 besteht aus unidirektionalen Leisten 231 aus FKV-Material mit einem Faserwinkel von 0° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle 2. Die unidirektionale Leisten 231 sind in den durch die Zahnköpfe 214 gebildeten Vertiefungen angeordnet, so dass der unidirektionale Bereich 23 außen seitig annähernd eine Zylinderform bildet.
Außen an den unidirektionalen Bereich 23 schließt sich eine Zylinderschale 25 an. Auch die Zylinderschale 25 besteht aus einer ersten Schicht 251, aus FKV mit geflochtener Faserverstärkung in einem Winkel von 45° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle 2. Die zweite Schicht 252 besteht ebenfalls aus geflochtenen FKV-Material mit einem Faserwinkel von 60° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle 2.
Als Fasermaterial kommen geflochtene Kohlenstofffasern vom Typ T 300 zum Einsatz. Die Matrix besteht aus einem Epoxidharzsystem mit Harz-Härter-Beschleuniger-Anteilen (Harz: Araldite 564, Härter: Aradur 917 CH: Beschleuniger: Accelerator 960).
Die Wandstärke der Profilwelle 2 beträgt insgesamt 4 mm (im Bereich der Zahnfüße 213). Davon entfallen 2 mm auf die Profilschale 21 und 2 mm auf die Zylinderschale 25. Die unidirektionale Leisten 231 haben mittig eine Stärke von 9mm.
Das übertragbare dynamische Torsionsmoment der Profilwelle beträgt 1300 Nm und das übertragbare statische Torsionsmoment 5100 Nm, bei einem Gewicht von nur 2200 g/m. Die erste Biegeeigenfrequenz der Profilwelle beträgt 180 Hz bei einer Länge von ca. 1,2m, wodurch die Profilwelle für Maschinen mit hoher Drehzahl sehr gut geeignet ist.
3 zeigt eine Darstellung der Befestigung eines Lasteinleitungselementes 6 in der Profilwelle 2. Das Lasteinleitungselement 6 hat einen Befestigungssbereich 62, zur Befestigung von Gelenken, Zahnrädern u. ä., und einen außenprofilierten Bereich 61, wobei die Außenprofilierung mit der Innenprofilierung der Profilwelle 2 korrespondiert. Das Material des Lasteinleitungselementes 6 ist Stahl. Zur axialen Sicherung des Lasteinleitungselementes 6 in der Profilwelle 2 ist in die Profilwelle 2 eine Nut 71 gefräst, welche die Profilwelle 2 im Bereich der Zahnfüße (213 in 2) durchdringt, wobei der außenprofilierte Bereich 62 des Lasteinleitungselementes 6 korrespondierend mit der Nut 71 in der Profilwelle 2 ebenfalls eine unterbrochene Nut aufweist. In diese Nut 71 wird ein Sicherungsring 72 eingesetzt, der über die Nut 71 das Lasteinleitungselement 6 axial in der Profilwelle 2 fixiert. Der Sicherungsring 72 kann dabei beispielsweise ein nassgewickelter Ring oder ein elastisch federnder Ring sein.
4 zeigt die Befestigung des Lasteinleitungselementes 6 in der Profilwelle 2 entsprechend 3 noch einmal in einer Schnittdarstellung. Es ist erkennbar, wie der Sicherungsring 72 in die Nut 71 im Lasteinleitungselement 6 eingreift.
5 zeigt alternative Ausgestaltungen der Profilgeometrie der Profilwelle 2 bzw. des Lasteinleitungselementes 6. Dabei zeigen 81–84 mögliche Variationen der Profilwellenkontur, die je nach mechanischer Auslegung der Profilwelle 2 (zu übertragendes Drehmoment, benötigter Anteil von 0° orientierten Faserlagen zur Erhöhung der Eigenfrequenz) und der daraus resultierenden Wandstärke, Vorteile aufweisen können. So ist eine Kontur 82 bei einem besonders hohen benötigten Anteil von UD-Verstärkungen und bei einer insgesamt hohen Wandstärke der Welle von Vorteil, während eine Kontur 84 eher für dünne Wellen mit geringem Anteil an 0° orientierten Fasern geeignet ist. Profile 81 oder 83 stellen einen möglichen Zwischenbereich bei üblichen bis höheren Wandstärken dar. Die genaue Kontur muss mit geeigneten Auslegungsrechnungen ermittelt werden und kann auch Fertigungsüberlegungen für die metallischen Lasteinleitungselemente 6 folgen. Sehr kostengünstig ist die benötigte metallische Komponente z.B. im Unrund-Drehverfahren herstellbar, wobei die Kontur dann z.B. den Gesetzmäßigkeiten einer hypozykloiden Kurve folgen kann.
6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Lasteinleitungselementes 6, welches ebenfalls einen Befestigungsbereich 62 und einen profilierten Bereich 61 aufweist. 7 zeigt eine Schnittdarstellung des Lasteinleitungselementes nach 6. Das Lasteinleitungselement 6 hat im Bereich der Vertiefungen seiner Profilierung Widerhaken 91 die in kleine Nuten 92 auf den Zahnköpfen (214 in 2) eingreifen und das Lasteinleitungselement 6 so axial fixieren.
8 und 9 zeigen eine weitere alternative Ausgestaltung eines Lasteinleitungselementes 6, wobei dieses über den Umfang verteilte radiale Bohrungen 63 aufweist. Zur Befestigung wird nach dem Einschieben des Lasteinleitungselementes 6 in die Profilwelle 2 ein Innenring 10 mit Federelementen 102, auf denen Radialstifte 101 sitzen, die durch die Bohrungen 63 im Lasteinleitungselement 6 in eine Nut in der Profilwelle 2 ragen und somit das Lasteinleitungselement 6 axial fixieren. Diese Alternative schafft vorteilhaft eine lösbare Verbindung.
10 und 11 zeigen eine weitere alternative Ausgestaltung des Lasteinleitungselementes 6, welche der Alternative entsprechend den 8 und 9 ähnelt. Es sind im Bereich der Zahnfüße (214 in 2) eine Vielzahl kleiner Widerhaken 11 angeordnet, die eine axiale Bewegung des Lasteinleitungselementes 6 verhindern.
12 und 13 zeigen eine weitere alternative Ausgestaltung, wobei hier außenseitig in die Profilwelle 2 Nuten 121 und außenseitig in das Lasteinleitungselement 6 Nuten 122 eingebracht sind. In diese Nuten 121, 122 wird eine Metallhülse 12 plastisch eingeformt, so dass diese mit Profilwelle 2 und Lasteinleitungselement 6 formschlüssig verbunden ist und diese somit auch untereinander verbindet.
Die 14 und 15 zeigen eine weitere Verbindungsmöglichkeit von Lasteinleitungselement 6 und Profilwelle 2, wobei das Lasteinleitungselement 6 einen außen angeformten, ringförmigen Schnapphaken 131 aufweist und die Profilwelle 2 eine korrespondierende Aussparung hat. Zudem hat die Profilwelle 2 innenseitig eine Federnut 132, die ein Einschnappen des Schnapphakens 131 in die korrespondierende Aussparung erleichtert. Nach dem Einschnappen wird die Verbindung durch eine Sicherungshülse 14 gesichert, wobei sich dann die Profilwelle 2 nicht mehr nach außen weiten kann und somit nicht vom Schnapphaken 131 lösen. Auch diese Verbindung ist lösbar.
Die Befestigung des Lasteinleitungselementes 6 mittels Bajonettverbindung an die Profilwelle 2 wird durch die 16 und 17 gezeigt. Hierfür hat das Lasteinleitungselement 6 einen Bajonettring 15 der mehrere Nasen 152 aufweist, die beim Einschieben des Lasteinleitungselementes 6 in die Profilwelle 2 sich in dort in axialer Richtung eingebrachten Nuten bewegt, und am Ende dieser Nuten durch verdrehen in einer weiteren, in Umfangsrichtung verlaufenden Nut gesichert werden. Als Verdrehsicherung werden dann noch Sicherungsstifte 151 durch das Lasteinleitungselement 6 in Bohrungen in der Profilwelle 2 eingebracht.
18 zeigt eine Anlage zur Fertigung der erfindungsgemäßen Profilwellen 2. In der Abbildung linksseitig wird ein geteiltes Kernwerkzeug einer Faserpreformeinheit bzw. Faserablegeeinheit für die Profilschale 20, bestehend aus drei Flechträdern 201, 202 und 203, zugeführt. Beim Flechten der Profilschale 25 wird in der Faserpreformeinheit bzw. Faserablegeeinheit 20 ein duroplastischer Binder Werkstoff nämlich eine feste Epxidharzkomponente auf Bisphenol-A Basis mit der Typenbezeichnung ‚XB3366’ von Huntsman pulverförmig zugeführt. Alternativ kann auch ein thermoplastisches Bindergarn, z.B. auf PA-Basis, Verwendung finden. Anschließend wird die Profilschale 21 in einem Heißluftgebläse 46 erhitzt und durch eine Profilmatrize 41 geführt, die die Profilierung formt. Durch das Heißluftgebläse 46, bzw. durch die Profilmatrize 41, die auch beheizbar ausgeführt sein kann, wird der Binder aufgeschmolzen und die Profilschale 21 fixiert. So kann die Maßhaltigkeit der Profilschale 21 der Profilwelle 2 gesichert werden.
Anschließend werden vorkonsolidierte Leisten 40 aus FKV-Material mit einer unidirektionalen Faserverstärkung der Profilwelle 2 über Zuführungen 401 in die äußeren Vertiefungen der Profilschale geführt. Dann erfolgt der Durchlauf einer Zylindermatrize 42, die die unidirektionalen Leisten 40 fixiert. Bei Bedarf kann der Zylindermatrize ein weiteres Heißluftgebläse vorgelagert sein. Nun erfolgt der Durchlauf der Preformeinheit bzw. Faserablegeeinheit für die Zylinderschale 30, bestehend aus zwei Flechtmaschinen 301 und 302, die die Zylinderschale 25 aufbringen. Der Transport des Kernwerkzeuges durch die Anlage erfolgt dabei mittels Seilzug.
Dann wird die Profilwelle 2 einem Resin Transfer Moulding (RTM) Werkzeug zugeführt. Dort wird der Matrixwerkstoff, ein Epoxidharzgemisch aus Araldite 564, Aradur 917 CH und Accelerator 960 zugegeben und die Profilwelle durch Druck und Temperatur konsolidiert. Das RTM- Werkzeug ist ein vierteiliges, metallisches Werkzeug, bestehend aus einem Oberteil, einem Unterteil und zwei Seitenteilen. Nach dem Einzug der zu konsolidierenden Profilwelle in das montierte Ober- und Unterteil des RTM-Werkzeugs wird die Seilzugvorrichtung vom Kernwerkzeug gelöst und die Seitenteile montiert. Anschließend wird das geschlossene RTM-Werkzeug evakuiert und das flüssige Epoxidharzsystem mit einem Druck von bis zu 6 bar eingepresst. Nach dem Aushärten der Profilwelle durch das Anfahren eines Temperaturregimes kann die konsolidierte Profilwelle nach der Ausgabe aus der Wellenausgabe 45 entformt werden. Anschließend sind gegebenenfalls noch Nuten oder ähnliches für die Befestigung von Lasteinleitungselementen einzubringen und dann ist die Profilwelle 2 einsetzbar. Die Fertigung der Profilwellen 2 in dieser Anlage erfolgt somit quasikontinuierlich, so erfolgt Vorschub bis das RTM-Werkzeug gefüllt ist und anschließender Stillstand in der Arbeitsphase des RTM-Werkzeuges.
Als Werkstoffe der Profilwelle 2 kommen ein Kohlenstofffaser-Flechtschlauch Typ T300, ein duroplastischer Binder XB3366 und als Matrix ein Epoxidharzgemisch aus Araldite 564, Aradur 917 CH und Accelerator 960 zum Einsatz.
Die 19 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer FKV-Profilwelle, das jedoch kontinuierlich arbeitet. Im Unterschied zu der Anlage gemäß 18 wird hier jedoch der unidirektionale Bereich nicht in Form vorkonsolidierter Leisten eingebracht, sondern über eine Spuleneinheit 50, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Spulengatter 501, 502 und einer darauf folgenden Schablone 503, die die Fäden in die äußeren Vertiefungen der Profilschale 21 gelegt. Durch die mit dem Legen unidirektionaler Leisten 231 verbundenen Abkühlung ist vor der Zylindermatrize 42 eine weiteres Heißluftgebläse 46 vorgesehen. Der Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit für die Zylinderschale 30 ist eine Pultrusionseinheit nachgelagert, wobei die Profilwelle zuerst durch ein Resin Injection Mould/Zuführungseinheit des Matrixwerkstoffs 47 geführt, dann durch eine Pultrusionsdüse 48 und zuletzt durch eine Heizeinheit 49. Dahinter angeordnet ist ein Transportsystem 51 für die Profilwelle 2. Hinter dem Transportsystem 51 befindet sich eine Säge 52, die die Profilwelle 2 in der gewünschten Länge abtrennt und anschließend muss das geteilte Kernwerkzeug 54 noch entnommen werden.
Eine weitere alternative Anlage zur Herstellung der profilierten FKV- Profilwellen wird in 20 gezeigt. Diese Anlage entspricht im wesentlichen der Anlage gemäß Figur 19, jedoch kommt statt der Pultrusionseinheit ein RTM Werkzeug 44 zum Einsatz. Auch hier wird das Kernwerkzeug mittels Seilzug durch die Anlage transportiert.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: FKV-Profilwelle
21: Profilschale
211: erste Schicht
212: zweite Schicht
23: unidirektionaler Bereich
231: unidirektionale Leisten
25: Zylinderschale
251: erste Schicht
252: zweite Schicht
3: Lasteinleitungsbereich
4: Kugel-Längenausgleich
5: homokinetisches Gelenk
6: Lasteinleitungselement
61: Außenprofilierung
62: Befestigungsbereich
63: Bohrung
71: Nut
72: Sicherungsring
81: Profilgeometrie
82: Profilgeometrie
83: Profilgeometrie
84: Profilgeometrie
91: Widerhaken
92: Nut
10: Innenring
101: Radialstift
102: Federelement
11: Widerhaken
12: Metallhülse
121: Nut in Profilwelle
122: Nut im Lasteinleitungselement
131: Schnapphaken
132: Federnut
14: Sicherungshülse
15: Bajonettring
151: Sicherungsstift
152: Nase
20: Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit Profilschale
201: Flechtmaschine
202: Flechtmaschine
203: Flechtmaschine
30: Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit Zylinderschale
301: Flechtmaschine
302: Flechtmaschine
40: unidirektional verstärkte Leisten
401: Zuführung der Leisten 40
41: Profilmatrize
42: Zylindermatrize
43: Kernzuführung
44: RTM-Werkzeug
45: Wellenentnahme/Sägeeinrichtung
46: Heißluftgebläse
47: Preformer/Resin Injection Mould
48: Pultrusionsdüse
49: Heizeinheit
50: Spuleneinheit unidirektionale Leisten
501: erstes Spulengatter
502: zweites Spulengatter
503: Schablone
51: Transportsystem
52: Säge
53: fertige Profilwelle
54: geteiltes Kernwerkzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19613857 [0005]

Claims

Profilwelle (2) mit einem Innenprofil, gefertigt aus Faserverbundwerkstoff, aufweisend mindestens drei Bereiche, die in radialer Richtung der Profilwelle (2) übereinander angeordnet sind, wobei: – den ersten Bereich eine Profilschale (21) bildet, bestehend aus mindestens einer Schicht (211, 212) Faserkunststoffverbundmaterial mit einem Faserwinkel von ±10° bis ±80°, bevorzugt ±20° bis ±70° und weiterhin bevorzugt ±30° bis ±60° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle (2), wobei die Profilschale (21) einen profilierten Querschnitt mit Zahnfüßen (213) und Zahnköpfen (214) aufweist, – der zweite Bereich (23) außerhalb des ersten Bereichs angeordnet ist und aus Faserkunststoffverbundmaterial mit in weitestgehend axialer Richtung der Profilwelle (2) angeordneten Fasern besteht, welche die durch die Profilierung des ersten Bereichs ausgebildeten Vertiefungen/Zahnköpfen (214) auffüllt, so dass die Außenkontur des zweiten Bereichs weitestgehend zylindrisch ist, und – den dritten Bereich eine Zylinderschale (25) bildet und außerhalb des zweiten Bereichs angeordnet ist, wobei die Zylinderschale (25) aus mindestens einer Schicht (251, 252) Faserkunststoffverbundmaterial mit einem Faserwinkel von ±10° bis ±80°, bevorzugt ±20° bis ±70°, weiterhin bevorzugt ±30° bis ±60° bezogen auf die axiale Richtung der Profilwelle (2) besteht.
Profilwelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilschale (21) und/oder die Zylinderschale (25) aus einem Geflecht bestehen, wobei bevorzugt die Profilschale (21) aus einem Geflecht und die Zylinderschale (22) aus einer Wickelung besteht.
Profilwelle (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich aus über den Umfang der Profilwelle (2) verteilten unidirektionalen Leisten (231) gebildet wird, die in den Vertiefungen/Zahnköpfen (214) der Profilschale (21) angeordnet sind.
Profilwelle (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilschale (21) aus zwei Schichten (211, 212) aufgebaut ist, wobei die erste, innere Schicht (211) eine Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle (2) von 50° bis 70°, bevorzugt 60° hat und die zweite, äußere Schicht (212) einen Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle (2) von 40° bis 50°, bevorzugt 45° aufweist.
Profilwelle (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderschale (25) aus zwei Schichten (251, 252) aufgebaut ist, wobei die erste, innere Schicht (251) eine Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle (2) von 40° bis 50°, bevorzugt 45° aufweist und die zweite, äußere Schicht (252) einen Faserwinkel zur Axialrichtung der Profilwelle (2) von 50° bis 70°, bevorzugt 60° aufweist.
Profilwelle (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilwelle (2) mindestens ein Lasteinleitungselement (6) eingesteckt ist, dass eine, zu der Innenprofilierung der Profilwelle(2) korrespondierende Außenprofilierung (61) aufweist, wobei diese Außenprofilierung (61) außen Widerhaken im Bereich des Zahnkopfes (214) und/oder des Zahnfußes (213) aufweist, die das Lasteinleitungselement (6) durch ein Verhaken in der Profilwelle(2) gegen ein Herausrutschen in axialer Richtung sichert.
Profilwelle (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilwelle (2) mindestens ein Lasteinleitungselement (6) eingesteckt ist, dass eine, zu der Innenprofilierung der Profilwelle (2) korrespondierende Außenprofilierung (61) aufweist, und zusätzlich auf Federelementen (102) gelagerte Radialstifte (101), die in eine Nut (92) im Inneren der Profilwelle (2) eingreifen, so dass das Lasteinleitungselement (6) gegen ein Verrutschen in axialer Richtung der Profilwelle (2) gesichert ist.
Profilwelle (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilwelle (2) mindestens ein Lasteinleitungselement (6) eingesteckt ist, dass eine, zu der Innenprofilierung der Profilwelle korrespondierende Außenprofilierung (61) aufweist, wobei eine Hülse (12) über das Endstück der Profilwelle (2) und einen Teil des aus der Profilwelle (2) herausragenden Lasteinleitungselements (6) angeordnet ist und dort in radiale Nuten in der Profilwelle bzw. dem Lasteinleitungselement eingreift, so dass das Lasteinleitungselement (6) formschlüssig mit der Profilwelle (2) verbunden ist.
Profilwelle (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilwelle (2) mindestens ein Lasteinleitungselement (6) eingesteckt ist, dass eine, zu der Innenprofilierung der Profilwelle (2) korrespondierende Außenprofilierung (61) aufweist, wobei die Außenprofilierung (61) des Lasteinleitungselementes einen Ring aufweist, der durch eine Erhöhung der Zahnköpfe (214) und/oder der Zahnfüße (213) gebildet wird und eine mit dem Ring korrespondierende Aussparung im Inneren der Profilwelle (2) einschnappt, wobei nach dem Einschnappen die formschlüssige Verbindung bevorzugt mittels einer nach dem Einschnappen aufgebrachten Sicherungshülse (14) gegen Ausschnappen gesichert ist.
Profilwelle (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilwelle (2) mindestens ein Lasteinleitungselement (6) eingesteckt ist, dass eine, zu der Innenprofilierung der Profilwelle (2) korrespondierende Außenprofilierung (61) aufweist, wobei in die Profilwelle (2) eine im Bereich des Lasteinleitungselements (6) von außen durchbrechende Nut eingebracht ist, durch die mittels eines in die Durchbrüche eingreifenden Ringes das Lasteinleitungselement gegen axiales Verrutschen gesichert ist.
Profilwelle (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Profilwelle (2) mindestens ein Lasteinleitungselement (6) eingesteckt ist, dass eine, zu der Innenprofilierung der Profilwelle korrespondierende Außenprofilierung (61) aufweist, wobei das Lasteinleitungselement (6) einen drehbaren Bajonettring (15) mit Nasen (152) aufweist, die in einer axialen innenseitigen Nut in die Profilwelle (2) einführbar sind und anschließend durch Verdrehen des Bajonettringes (15) in einer sich an die axialen Nut anschließende radiale Nut das Lasteinleitungselement (6) gegen axiale Verschiebung gesichert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Profilwelle (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, aufweisend folgende Verfahrensschritte: a) Durchführen eines geteilten Kernwerkzeuges (54) mit einem mit dem gewünschten Innenprofil der Profilwelle korrespondierenden Außenprofil durch eine Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit für die Profilschale (20), wobei diese auf den Kern die Profilschale (21) der Profilwelle (2) mittels Flechten und/oder Wickeln aufbringt, b) Durchführen des Kernwerkzeuges (54) mit der Profilschale (21) durch eine Profilmatrize (41), die bevorzugt beheizbar ist bzw. der bevorzugt eine Erwärmungseinrichtung vorgelagert ist, c) Einbringen des zweiten Bereichs, nämlich von FKV-Material mit einer Faserrichtung die weitestgehend der axialen Richtung der Profilwelle (2) entspricht, in die Vertiefungen der Profilschale (21) die durch die Zahnköpfe (214) gebildet werden, d) Durchführen des Kernwerkzeuges (54) mit Profilschale (21) und unidirektionalem Bereich (23) durch eine Zylindermatrize (41), die bevorzugt beheizbar ist bzw. der bevorzugt eine Erwärmungseinrichtung vorgelagert ist, e) Durchführen des Kernwerkzeuges (54) mit Profilschale (21) und unidirektionalem Bereich (23) durch eine Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit für die Zylinderschale (30), wobei die Zylinderschale (25) mittels Wickeln und/oder Flechten aufgebracht wird, f) Konsolidieren der Profilwelle (2) in einem RTM-Werkzeug (44) oder einer Pultrusionseinheit (47, 48, 49), und g) Abtrennen der Profilwelle (2) in der gewünschten Länge und Entnahme des Kernwerkzeuges (54), wobei die Profilwelle (2) bzw. das Kernwerkzeug (54) mittels eines Transportsystems (51) kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit für die Profilschale (20) und/oder die Faserpreformeinheit/Faserablegeeinheit für die Zylinderschale (30) mehrere Schichten Fasern aufbringen, die bevorzugt eine variierenden Faserwinkel aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes a) oder direkt im Anschluss der Profilschale (21) ein Binder-Werkstoff, bevorzugt pulver- oder garnförmig, zugefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) vorkonsolidierte unidirektionale Leisten (231, 40) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) mittels einer Spuleneinheit (50) und einer nachgeordneten Schablone (503) die Fasern für den unidirektionalen Bereich (23) eingebracht werden.