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Die Erfindung betrifft eine CFK-Welle, wie insbesondere eine CFK-Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug.
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Bei Kraftfahrzeugen werden CFK-Bauteile bereits vielfältig eingesetzt, um insbesondere bei geringem Gewicht die nötige Stabilität der Bauteile zu gewährleisten. Dabei steht CFK für kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff.
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Bei Kraftfahrzeugen sind CFK-Kardanwellen bekannt, die ein CFK-Rohr aufweisen, welches endseitig mit einem Metallteil als Anschlussteil verbunden ist. Dabei ist es bekannt, dass ein Adapter mit zwei Rohrwandungen und einer Mikroverzahnung verwendet wird, welcher das Rohrende des CFK-Rohrs zwischen die beiden Rohrwandungen aufnimmt und mittels der Mikroverzahnung eine drehfeste Verbindung zwischen dem CFK-Rohr und den Rohrwandungen entsteht. Diese Verbindung ist jedoch seitens des Anschlussteils eher aufwändig, weil dieses mit den beiden Rohrwandungen ausgebildet ist, wobei diese passgenau und daher toleranzarm auszubilden sind, was die Kosten steigen lässt.
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Durch die
DE 79 32 590 sind auch Antriebswellen bekannt, bei welchen in das faserverstärkte Kunststoffrohr auf der Innenseite eine Metallhülse eingearbeitet ist. Mit dieser Metallhülse wird dann das Anschlussteil befestigt, welches in die Hülse gesteckt wird. ´dies hat den Nachteil, dass die beiden Metallteile aufwändig miteinander verbunden werden müssen, weil kostengünstige Verbindungsmethoden, wie beispielsweise Schweißen, aufgrund der entstehenden Temperaturen nicht zur Verfügung stehen, weil sie das Kunststoffrohr schädigen würden.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine CFK-Welle zu schaffen, die kostengünstig ausgebildet ist und dennoch den Anforderungen hinsichtlich der Stabilität der Welle genügt.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine CFK-Welle mit einem Rohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit zwei beabstandet angeordneten Rohrenden, wobei an zumindest einem Rohrende eine Metallhülse mit zwei gegenüberliegenden Enden außen auf das Rohrende aufgeschoben und mit dem Rohrende verbunden ist, wobei die Metallhülse über das Rohrende hinaus vorsteht, so dass das von dem Rohrende entfernte überstehende Ende der Metallhülse mit einem Anschlussteil verbindbar ist. Dadurch kann die Metallhülse derart mit dem CFK-Rohr verbunden werden, dass dennoch eine Verbindung mit einem Anschlussteil möglich ist, ohne das CFK-Rohr zu schädigen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metallhülse mit dem Anschlussteil verschweißbar ist. So kann eine einfache und effiziente Verbindung gewählt werden, ohne das CFK-Rohr zu schädigen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metallhülse mit dem Rohrende verklebt ist. Dadurch kann eine einfache dauerhafte Verbindung zwischen dem CFK-Rohr und der Metallhülse erzeugt werden, die auch geeignet ist, das anstehende Drehmoment dauerhaft zu übertragen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine durchgehende Klebeschicht auf das Rohrende aufgetragen wird, welche eine Hülse bildet, um die Metallhülse mit dem Rohrende zu verbinden. Dadurch kann eine günstige Klebstoffverteilung erzielt werden, weil der Klebstoff gleichmäßig verteilt wird. Dadurch werden Klebstoffungleichmäßigkeiten vermieden, die zu Problemen in der Dauerfestigkeit führen können.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metallhülse mit dem Rohrende durch Einlaminieren verbunden ist, so dass das Material des Rohrendes die Metallhülse radial innen und radial außen zumindest teilweise umfasst und das nicht überstehende Ende der Metallhülse übergreift. Auch dadurch wird eine vorteilhafte dauerfeste Verbindung erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Metallhülse eine nicht gleichmäßige Wandstärke aufweist. Dadurch lassen sich die Anforderungen an die Verbindung mit dem CFK-Rohr und die Dauerfestigkeit gut miteinander verbinden.
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Entsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wandstärke der Metallhülse hin zu dem nicht überstehenden Ende sich reduziert. So kann insbesondere bei einer Einlaminierung der Übergang zur Metallhülse gut erzielt werden.
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Für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug ist es besonders vorteilhaft, wenn an jedem der beiden Rohrenden des CFK-Rohrs eine Metallhülse verbunden angeordnet ist, zum Verbinden je eines Anschlussteils an das CFK-Rohr.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Anschlussteil ein Anschlussteil eines vorderen oder hinteren Zapfens, eines Crashzapfens, eines hinteren oder vorderen Gelenks und/oder eines Verschiebegelenks ist.
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So kann eine Kardanwellenstruktur erzeugt werden, beispielsweise bestehend aus einem CFK-Rohr mit einer Anbindung an einen vorderen Zapfen und einen Crash-Zapfen, dieser wiederum verbunden mit einem Adapter und mit einem zweiten CFK-Rohr, verbunden einerseits mit dem Adapter und andererseits mit einem hinteren Gelenk.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Teilansicht eines CFK-Rohrs mit einer verbundenen Metallhülse,
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2 eine schematische Teilansicht eines CFK-Rohrs mit einer verbundenen Metallhülse,
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3 eine schematische Teilansicht eines CFK-Rohrs mit einer verbundenen Metallhülse,
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4 eine schematische Teilansicht eines CFK-Rohrs mit einer verbundenen Metallhülse,
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5 eine schematische Darstellung einer Kardanwelle eines Kraftfahrzeugantriebs,
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6 ein Detail der 5,
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7 ein Detail der 5,
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8 ein Detail der 5,
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9 ein Detail der 5, und
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10 ein vergrößerter Ausschnitt eines Details nach 6.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein CFK-Rohr 1 insbesondere einer CFK-Welle, wobei nur ein Rohrende 2 dargestellt ist. Das CFK-Rohr ist ein Rohr aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff.
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An dem Rohrende 2 ist eine Metallhülse 3 befestigt. Man erkennt, dass die Metallhülse 3 mit seinem Ende 4 das Rohrende 2 überragt. An diesem überragenden Ende 4 kann ein Anschlussteil befestigt werden, wie insbesondere verschweißt werden.
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Die Metallhülse 3 ist mit dem CFK-Rohr 1 derart verbunden, dass die Metallhülse 3 auf das CFK-Rohr 1 außen aufgeschoben ist. Die Metallhülse umgreift das CFK-Rohr 1 dabei. Die Verbindung zwischen dem CFK-Rohr 1 und der Metallhülse 3 erfolgt durch Kleben. Dabei ist zwischen der Metallhülse 3 und dem CFK-Rohr 1 ein Kleber 5 vorgesehen.
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Es ist weiterhin zu erkennen, dass die Wandstärke 6 der Metallhülse 3 nicht konstant ist. Dabei nimmt die Wandstärke 6 der Metallhülse 3 etwa ab der Mitte der Metallhülse 3 mit zunehmendem Abstand vom überragenden Ende 4 ab.
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Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines CFK-Rohrs 11 insbesondere einer CFK-Welle, wobei ebenso nur ein Rohrende 12 dargestellt ist. An dem Rohrende 12 ist eine Metallhülse 13 befestigt, wobei die Metallhülse 13 mit seinem Ende 14 das Rohrende 12 überragt. An diesem überragenden Ende 14 kann wiederum ein Anschlussteil befestigt werden, wie insbesondere verschweißt werden. Die Metallhülse 13 ist mit dem CFK-Rohr 11 durch Einlaminieren verbunden. Dabei ist die Metallhülse 13 außen auf das Rohr 11 aufgeschoben und das Material des CFK-Rohrs 11 umgreift die Metallhülse 13. Dabei hat eine Innenschicht 15 und eine Außenschicht 17 des CFK-Rohrs 11 eine direkte Verbindung zu der Metallhülse 13. Dies erfolgt vorzugsweise ohne Klebstoff zwischen der Innenschicht 15 und der Metallhülse 13 und/oder der Außenschicht 17 und der Metallhülse 13.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass die Wandstärke 16 der Metallhülse 13 nicht konstant ist. Die Wandstärke 16 nimmt mit zunehmendem Abstand vom überragenden Ende 14 ab.
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Die 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines CFK-Rohrs 21 insbesondere einer CFK-Welle, wobei ebenso nur ein Rohrende 22 dargestellt ist. An dem Rohrende 22 ist eine Metallhülse 23 befestigt, wobei die Metallhülse 23 mit seinem Ende 24 das Rohrende 22 überragt. An diesem überragenden Ende 24 kann wiederum ein Anschlussteil befestigt werden, wie insbesondere verschweißt werden. Die Metallhülse 23 ist mit dem CFK-Rohr 21 durch Kleben verbunden. Dabei ist die Metallhülse 23 außen auf das Rohr 21 aufgeschoben, wobei zum Verkleben eine durchgehende Klebeschicht 25 vorgesehen ist, welche vorzugsweise eine Hülse bildet.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass die Wandstärke 26 der Metallhülse 23 nicht konstant ist. Die Wandstärke 26 nimmt mit zunehmendem Abstand vom überragenden Ende 24 ab. Alternativ dazu kann ebenso wie in den Beispielen der 1 und 2 die Wandstärke der Metallhülse auch konstant sein.
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Die 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines CFK-Rohrs 31 insbesondere einer CFK-Welle, wobei ebenso nur ein Rohrende 32 dargestellt ist. An dem Rohrende 32 ist eine Metallhülse 33 befestigt, wobei die Metallhülse 33 mit seinem Ende 34 das Rohrende 32 überragt. An diesem überragenden Ende 34 kann wiederum ein Anschlussteil befestigt werden, wie insbesondere verschweißt werden. Das CFK-Rohr 31 weist dabei einen konstanten Querschnitt auf.
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Die Metallhülse 33 ist auf das CFK-Rohr 31 außen aufgeschoben und mit dem CFK-Rohr 31 durch Kleben verbunden. Außen ist die Metallhülse mit einer Lage 35 überwickelt. Dies bewirkt eine verbesserte Verbindung und eine bessere Dauerfestigkeit.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass die Wandstärke 36 der Metallhülse 33 nicht konstant ist. Die Wandstärke 36 nimmt ab der Mitte mit zunehmendem Abstand vom überragenden Ende 34 ab. Alternativ dazu kann die Wandstärke der Metallhülse 33 aber auch konstant sein.
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Die 5 bis 10 zeigen eine Anwendung einer derartigen CFK-Welle 41, wobei darin zwei CFK-Rohre 42, 43 eingesetzt sind. Das jeweilige CFK-Rohr 42, 43 ist an beiden Rohrenden 44, 45, 46, 47 mit einer Metallhülse 48 gemäß zumindest einer der oben beschriebenen Methoden verbunden, die jeweils über das Rohrende 44, 45, 46, 47 vorsteht. Mit dem vom Rohrende abragenden Ende der Metallhülse ist ein Anschlussteil verbunden. Dabei ist das Anschlussteil 49 ein vorderer Zapfen, das Anaschlussteil 50 einen Anbindungsteil eines Crash-Zapfens, das Anschlussteil 51 ein Verschiebegelenk und das Anschlussteil 52 ein hinteres Gelenk. Die Verbindung erfolgt dabei zwischen Anschlussteil und Metallhülse durch verschweißen, also durch eine Schweißverbindung 53.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- CFK-Rohr
- 2
- Rohrende
- 3
- Metallhülse
- 4
- Ende
- 5
- Kleber
- 6
- Wandstärke
- 11
- CFK-Rohr
- 12
- Rohrende
- 13
- Metallhülse
- 14
- Ende
- 15
- Innenschicht
- 16
- Wandstärke
- 17
- Außenschicht
- 21
- CFK-Rohr
- 22
- Rohrende
- 23
- Metallhülse
- 24
- Ende
- 25
- Klebeschicht
- 26
- Wandstärke
- 31
- CFK-Rohr
- 32
- Rohrende
- 33
- Metallhülse
- 34
- Ende
- 35
- Lage
- 36
- Wandstärke
- 41
- CFK-Welle
- 42
- CFK-Rohr
- 43
- CFK-Rohr
- 44
- Rohrende
- 45
- Rohrende
- 46
- Rohrende
- 47
- Rohrende
- 48
- Metallhülse
- 49
- Anschlussteil
- 50
- Anschlussteil
- 51
- Anschlussteil
- 52
- Anschlussteil
- 53
- Schweißverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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