DE102018125863A1 - Process for producing a fiber composite cardan shaft tube and fiber composite cardan shaft tube - Google Patents

Process for producing a fiber composite cardan shaft tube and fiber composite cardan shaft tube Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Gelenkwellenrohres mit den Schritten:Bereitstellen eines Stapels (10, 10-1) von mehreren Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) entsprechend einer Abwicklung des herzustellenden Gelenkwellenrohres, wobei der Stapel (10, 10-1) an seinen Längsseiten miteinander korrespondierende, geschäftete Randbereiche (12, 14) aufweist, Legen des Stapels (10, 10-1) um einen Dorn (30), derart, dass die Randbereiche (12, 14) aufeinander zu liegen kommen, wobei eine erste und zweite Längsseite (20A, 20B) jeder Faserlage benachbart zueinander positioniert werden,Fixieren des Stapels (10, 10-1),Einbringen eines Matrixmaterials in den Stapel (10, 10-1) undAushärten des mit dem Matrixmaterial getränkten Stapels (10, 10-1) in einem Presswerkzeug, wodurch das Gelenkwellenrohr ausgebildet wird, undEntfernen des Dorns (30) aus dem Gelenkwellenrohr. Weiterhin wird ein Faserverbund-Gelenkwellenrohr angegeben.The invention relates to a method for producing a fiber composite cardan shaft tube, comprising the steps of: providing a stack (10, 10-1) of a plurality of reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) in accordance with a development of the cardan shaft tube to be produced, the stack (10, 10-1) on the long sides of which have corresponding, tucked edge areas (12, 14), placing the stack (10, 10-1) around a mandrel (30) in such a way that the edge areas (12, 14) come to lie on one another , wherein first and second longitudinal sides (20A, 20B) of each fiber layer are positioned adjacent to one another, fixing the stack (10, 10-1), introducing a matrix material into the stack (10, 10-1) and curing the stack soaked with the matrix material (10, 10-1) in a press tool, thereby forming the propeller shaft tube, and removing the mandrel (30) from the propeller shaft tube. A fiber composite cardan shaft tube is also specified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbund-Gelenkwellenrohr und ein Verfahren zur Herstellung desselben.The invention relates to a fiber composite cardan shaft tube and a method for producing the same.

Gelenkwellen dienen zur Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen. Eine Gelenkwelle beinhaltet üblicherweise ein Gelenkwellenrohr, das an zumindest einem Ende mit einem Gelenk versehen ist.Cardan shafts are used to transmit torques and rotary movements. A propeller shaft usually contains a propeller shaft tube which is provided with a joint at at least one end.

In High-Performance Fahrzeugen werden die Gelenkwellenrohre aus Gewichtsgründen als Faserverbund-Gelenkwellenrohre aus einem Faser-Kunststoff-Verbundmaterial hergestellt. Hier kommt insbesondere kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) zum Einsatz.In high-performance vehicles, for reasons of weight, the cardan shaft tubes are manufactured as fiber composite cardan tubes made of a fiber-plastic composite material. Here, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is used in particular.

Faserverbund-Gelenkwellenrohre lassen sich im Nass-Wickelverfahren herstellen. Bei dem beispielsweise aus der DE 10 2010 047 361 A1 bekannten Nass-Wickelverfahren werden die Fasern von einer Roving-Spule abgezogen, durch ein Harzbad geführt und direkt auf einen Dorn aufgewickelt, ausgehärtet und der Dorn anschließend gezogen.Fiber composite cardan shaft tubes can be manufactured using the wet winding process. In the example from the DE 10 2010 047 361 A1 In known wet winding processes, the fibers are drawn off a roving spool, passed through a resin bath and wound directly onto a mandrel, hardened and the mandrel is then pulled.

Der Winkel, unter dem Fasern auf den Dorn aufgebracht werden, ist entscheidend für die spätere Bauteilfestigkeit. Die Fasern werden in mehreren Lagen übereinander auf den Dorn aufgewickelt, wobei die Winkel in den einzelnen Lagen variiert werden können. Der Prozess des Wickelns braucht dabei jedoch einige Minuten Zeit.The angle at which fibers are applied to the mandrel is decisive for the later component strength. The fibers are wound onto the mandrel in several layers one above the other, the angles in the individual layers being variable. However, the winding process takes a few minutes.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie ein Faserverbund-Gelenkwellenrohr einfach und schnell herstellbar ist.Against this background, the object of the invention is to provide a possibility of how a fiber composite cardan shaft tube can be produced simply and quickly.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und ein Faserverbund-Gelenkwellenrohr nach Patentanspruch 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The object is achieved by a method according to patent claim 1 and a fiber composite cardan shaft tube according to patent claim 9. Further advantageous configurations result from the subclaims and the following description.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Gelenkwellenrohres angegeben mit den Schritten:

  • - Bereitstellen eines Stapels von mehreren Verstärkungsfaserlagen entsprechend einer Abwicklung des herzustellenden Gelenkwellenrohres, wobei der Stapel an seinen Längsseiten miteinander korrespondierende, geschäftete Randbereiche aufweist,
  • - Legen des Faserschichten-Stapels um einen Dorn, derart, dass die Randbereiche aufeinander zu liegen kommen, wobei eine erste und zweite Längsseite jeder Faserlage benachbart zueinander positioniert werden,
  • - Fixieren des Faserschichten-Stapels,
  • - Einbringen eines Matrixmaterials in den Faserschichten-Stapel,
  • - Aushärten des mit dem Matrixmaterial getränkten Faserschichten-Stapels in einem Presswerkzeug, wodurch das Gelenkwellenrohr ausgebildet wird, und
  • - Entfernen des Dorns aus dem Gelenkwellenrohr.
A method for producing a fiber composite cardan shaft tube is specified with the steps:
  • Provision of a stack of a plurality of reinforcing fiber layers in accordance with a development of the cardan shaft tube to be produced, the stack having, on its longitudinal sides, corresponding, tucked edge regions,
  • Laying the stack of fiber layers around a mandrel such that the edge regions come to lie on top of one another, with first and second long sides of each fiber layer being positioned adjacent to one another,
  • - fixing the stack of fiber layers,
  • Introduction of a matrix material into the fiber layer stack,
  • Curing the stack of fiber layers impregnated with the matrix material in a pressing tool, as a result of which the cardan shaft tube is formed, and
  • - Remove the mandrel from the drive shaft tube.

Erfindungsgemäß wird der Stapel aus Verstärkungsfaserlagen in der Art einer maßgeschneiderten Manschette angefertigt. Der Stapel ist eine Abwicklung des herzustellenden Bauteils, d.h. die Länge des Stapels ist entsprechend der Länge des Gelenkwellenrohres gewählt und die Breite der einzelnen Verstärkungsfaserlagen ist entsprechend dem jeweiligen Umfang des Gelenkwellenrohres gewählt. An den Längsseiten ist der Stapel in den Randbereichen geschäftet, d.h. Verstärkungsfaserlagen sind quer zur Längsrichtung stufenförmig zueinander versetzt angeordnet. Der geschäftete Randbereich auf der einen Längsseite korrespondiert dabei mit dem geschäfteten Randbereich der anderen Längsseite derart, dass - wenn der Stapel um den Dorn gelegt wird - die Randbereiche aufeinander zu liegen kommen und die Schäftungen ineinandergreifen. Hierbei werden die Längsseiten jeder Faserlage benachbart zueinander positioniert. Mit anderen Worten gesagt wird der Stapel so angefertigt, dass er sich um den Dorn herumlegen lässt und diesen genau einmal umschließt. Die Breite der einzelnen Faserlagen ist dabei so gewählt, dass jede Faserlage um den Dorn herumreicht, sich aber im um den Dorn gelegten Zustand nicht mit sich selbst überlappt. Daraus ergibt sich eine konzentrische Anordnung der Verstärkungsfaserlagen umeinander und um den Dorn.According to the invention, the stack is made of reinforcing fiber layers in the manner of a tailor-made sleeve. The stack is a development of the component to be manufactured, i.e. the length of the stack is selected in accordance with the length of the cardan shaft tube and the width of the individual reinforcing fiber layers is selected in accordance with the respective circumference of the cardan shaft tube. On the long sides, the stack is busy in the edge areas, i.e. Reinforcing fiber layers are arranged in a staggered manner transversely to the longitudinal direction. The stripped edge area on one long side corresponds to the stripped edge area on the other long side in such a way that - when the stack is placed around the mandrel - the edge areas come to lie on one another and the shafts interlock. The long sides of each fiber layer are positioned adjacent to each other. In other words, the stack is made so that it can be placed around the mandrel and encloses it exactly once. The width of the individual fiber layers is chosen so that each fiber layer extends around the mandrel, but does not overlap with itself when it is placed around the mandrel. This results in a concentric arrangement of the reinforcing fiber layers around each other and around the mandrel.

Weiterhin wird ein Faserverbund-Gelenkwellenrohr angegeben mit einer Mehrzahl von Verstärkungsfaserlagen, die in eine Kunststoffmatrix eingebunden sind. Erfindungsgemäß sind die einzelnen Verstärkungsfaserlagen konzentrisch umeinander angeordnet, wobei eine erste und zweite Längsseite der Verstärkungsfaserlagen benachbart zueinander angeordnet sind und die Längsseiten aufeinanderliegender Verstärkungsfaserlagen umfangsseitig versetzt zueinander angeordnet sind.Furthermore, a fiber composite cardan shaft tube is specified with a plurality of reinforcing fiber layers, which are integrated in a plastic matrix. According to the invention, the individual reinforcing fiber layers are arranged concentrically around one another, a first and a second longitudinal side of the reinforcing fiber layers being arranged adjacent to one another and the longitudinal sides of reinforcing fiber layers lying one on top of the other being offset circumferentially from one another.

Ein derartiges Gelenkwellenrohr ist insbesondere mit dem beschriebenen Verfahren herstellbar und erzielt als solches dieselben technischen Vorteile und Wirkungen.Such a cardan shaft tube can be produced in particular using the described method and, as such, achieves the same technical advantages and effects.

Durch das Legen einer Stack-Manschette lässt sich die notwendige Prozesszeit deutlich verkürzen. Der Stapel bzw. die Manschette kann schon im Vorfeld der Bauteilproduktion hergestellt werden. Das Legen des zugeschnittenen Stapels kann deutlich schneller erfolgen als das Umwickeln des Dorns. Im Produktmix von verschiedenen Rohrlängen ist auch der Materialverschnitt im Stapel sehr gering. Das Verfahren ist somit einfach umzusetzen, die Zeit für den Prozesschritt wird verkürzt.The necessary process time can be clearly seen by placing a stack sleeve shorten. The stack or sleeve can be manufactured in advance of the component production. The cut stack can be placed much faster than wrapping the mandrel. In the product mix of different pipe lengths, the material waste in the stack is also very low. The process is therefore easy to implement and the time for the process step is shortened.

In dem Stapel können eine Vielzahl von Verstärkungsfaserlagen angeordnet sein. Jede Verstärkungsfaserlage kann wiederum aus einer einzigen oder mehreren Faserlagen gebildet sein. Zur Erzielung hoher Bauteilfestigkeiten ist es bevorzugt, wenn die Verstärkungsfaserlagen über ihre Breite als durchgehende Faserlage ausgebildet sind, d.h. sich unterbrechungsfrei umfangsseitig einmal um den Dorn herum erstrecken.A multiplicity of reinforcing fiber layers can be arranged in the stack. Each reinforcing fiber layer can in turn be formed from a single or a plurality of fiber layers. In order to achieve high component strengths, it is preferred if the reinforcing fiber layers are designed as a continuous fiber layer over their width, i.e. extend circumferentially around the mandrel once without interruption.

Der Stapel von Verstärkungsfaserlagen ist entsprechend der Länge des herzustellenden Rohres zugeschnitten, die Faserlagen des Stapels erstrecken sich vorzugsweise durchgängig über die Länge des Stapels.The stack of reinforcing fiber layers is cut according to the length of the tube to be produced, the fiber layers of the stack preferably extend continuously over the length of the stack.

Mit dem Verfahren lassen sich auf einfache Art und Weise gerade die Stirnseiten des Gelenkwellenrohres verstärken. So kann in einer Ausgestaltung zumindest ein stirnseitiger Randbereich des Stapels wenigstens eine zusätzliche Verstärkungslage aufweist. Diese eine (oder auch mehrere) zusätzliche Verstärkungslagen erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des Stapels, sondern sind nur gezielt in den zu verstärkenden Bereichen angeordnet. Diese zusätzliche Verstärkungslage kann z.B. in Form eines schmalen Streifens eines Faserhalbzeugs ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stirnseitige zusätzliche Verstärkungslage aus einem unidirektionalen Gelege ausgebildet ist, dessen Faserausrichtung quer zur Längsachse verläuft. So lässt sich ein mechanisch hochbelastbares Rohrende herstellen.With the method, the end faces of the propeller shaft tube can be reinforced in a simple manner. For example, in one configuration, at least one end edge region of the stack can have at least one additional reinforcement layer. This one (or more) additional reinforcement layers do not extend over the entire length of the stack, but are only arranged in a targeted manner in the areas to be reinforced. This additional reinforcement layer can e.g. be formed in the form of a narrow strip of a semi-finished fiber. It is particularly preferred if the end-face additional reinforcement layer is formed from a unidirectional scrim, the fiber orientation of which is transverse to the longitudinal axis. In this way, a mechanically heavy-duty pipe end can be produced.

Die einzelnen Faserlagen können z.B. als Gewebe, Geflecht, Gelege, Gestrick oder Vlies vorliegen. Unterschiedliche Verstärkungsfaserlagen können in dem Stapel miteinander kombiniert sein. Vorteilhafter Weise können die einzelnen Faserlagen entsprechend der Anforderungen an die mechanischen Bauteileigenschaften kombiniert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegen in dem Stapel Verstärkungsfaserlagen mit unterschiedlichen Faserausrichtungen vor, wobei die Ausrichtung entsprechend den mechanischen Anforderungen an das Bauteil gewählt wird. Die Verwendung der erfindungsgemäßen „Manschette“ ist auch insofern vorteilhaft, weil die Faserausrichtungen in einfachster Weise variiert werden können, indem der Zuschnitt und das Zusammenlegen der einzelnen Schichten entsprechend erfolgt. Hier hat das Verfahren einen deutlichen Vorteil gegenüber den Wickelverfahren, da aufwendige Kombinationen von Faserwinkeln, z.B. mehrere Lagen mit 0 Grad, 45 Grad und weiteren Winkel, bereits im Vorfeld der Bauteilherstellung vorgefertigt und zwischengelagert werden können.The individual fiber layers can e.g. present as a fabric, braid, scrim, knitted fabric or fleece. Different reinforcing fiber layers can be combined in the stack. The individual fiber layers can advantageously be combined in accordance with the requirements for the mechanical component properties. In a preferred embodiment, reinforcing fiber layers with different fiber orientations are present in the stack, the orientation being selected according to the mechanical requirements on the component. The use of the “cuff” according to the invention is also advantageous in that the fiber orientations can be varied in the simplest manner by cutting and folding the individual layers accordingly. Here the process has a clear advantage over the winding process, since complex combinations of fiber angles, e.g. several layers with 0 degrees, 45 degrees and other angles, can be prefabricated in advance of the component production and stored temporarily.

Das Verfahren ist nicht auf bestimmte Verstärkungsfasern beschränkt, insofern kommen die bekannten Verstärkungsfasern, wie z.B. Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern etc. alleine oder in Kombination in Frage. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Verstärkungsfasern Kohlenstofffasern beinhalten oder aus diesen bestehen.The method is not restricted to certain reinforcing fibers, so that the known reinforcing fibers, e.g. Carbon fibers, glass fibers, aramid fibers etc. alone or in combination in question. However, it is particularly preferred if the reinforcing fibers contain or consist of carbon fibers.

Der auf den Dorn aufgebrachte Stapel wird fixiert. Hierzu kann z.B. auf den Randbereichen, welche aufeinander zu liegen kommen, ein Fixiermittel aufgebracht werden.The stack placed on the mandrel is fixed. For this, e.g. a fixing agent is applied to the edge regions which come to lie one on top of the other.

In den Faserschichtenstapel wird ein Matrixmaterial eingebacht. Dies kann z.B. bereits bei der Herstellung des Faserschichten-Stapels erfolgen. Insofern kann in einer Ausgestaltung der Stapel aus Verstärkungsfaserlagen als Prepreg, d.h. vorkonsolidiertes Faserhalbzeug, bereitgestellt werden. Der um den Dorn gewickelte Prepreg-Stapel wird dann in bekannter Weise in einem Presswerkzeug verpresst und ausgehärtet.A matrix material is inserted into the fiber layer stack. This can e.g. already take place during the production of the fiber layer stack. In this respect, in one embodiment, the stack of reinforcing fiber layers can be used as a prepreg, i.e. preconsolidated semi-finished fiber can be provided. The prepreg stack wound around the mandrel is then pressed and cured in a known manner in a pressing tool.

Der Stapel aus Verstärkungsfaserlagen kann jedoch ebenso aus trockenen Verstärkungsfaserlagen gebildet werden. In diesem Fall wird das Matrixmaterial im Presswerkzeug in den um den Dorn herumgelegten Stapel eingebracht. Das Einbringen des Matrixmaterials und das Aushärten kann dann z.B. in einem bekannten RTM-Prozess erfolgen.However, the stack of reinforcing fiber layers can also be formed from dry reinforcing fiber layers. In this case, the matrix material is introduced into the stack around the mandrel in the pressing tool. The introduction of the matrix material and the curing can then e.g. in a known RTM process.

Bei dem Matrixmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein duromeres Matrixmaterial, wie z.B. ein Epoxy-basiertes Matrixmaterial. Gleichwohl ist das Verfahren grundsätzlich auch mit thermoplastischen Matrixmaterialien durchführbar. Nach der Aushärtung des Matrixmaterials wird das Bauteil entformt und der Dorn wird abgezogen.The matrix material is preferably a thermoset matrix material, e.g. an epoxy-based matrix material. Nevertheless, the method can in principle also be carried out with thermoplastic matrix materials. After the matrix material has hardened, the component is removed from the mold and the mandrel is removed.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. If the term "can" is used in this application, it is both the technical possibility and the actual technical implementation.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

  • 1 bis 4 unterschiedliche Verfahrensabschnitte zur Herstellung eines Gelenkwellenrohres und
  • 5 einen beispielhaften Stapel von Verstärkungsfaserlagen.
Exemplary embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. In it show:
  • 1 to 4th different process sections for the production of a cardan shaft tube and
  • 5 an exemplary stack of reinforcing fiber layers.

1 zeigt einen Stapel 10 von Verstärkungsfaserlagen 20, 21, 22, 23. Der Stapel besteht aus einer Vielzahl von Faserlagenzuschnitten und stellt eine Abwicklung des herzustellenden Bauteils bereit. Im vorliegenden soll das Bauteil einen konstanten Rohrquerschnitt aufweisen, der Stapel 10 besteht somit aus einer Vielzahl von rechteckigen Zuschnitten. 1 shows a stack 10th of reinforcing fiber layers 20th , 21 , 22 , 23 . The stack consists of a large number of fiber layer blanks and provides an unwinding of the component to be manufactured. In the present case, the component should have a constant pipe cross section, the stack 10th consists of a large number of rectangular blanks.

In dem Stapel 10 sind eine Vielzahl von Verstärkungsfaserlagen 20, 21, 22, 23 übereinander geschichtet. Vorzugsweise liegen die Fasern in den Verstärkungsfaserlagen in gerichteter Form vor. Die Ausrichtung der einzelnen Faserlagen erfolgt nach den mechanischen Anforderungen an das Bauteil. Dabei können unterschiedliche Faserlagen in unterschiedlichem Faserwinkel angeordnet sein.In the stack 10th are a variety of reinforcing fiber layers 20th , 21 , 22 , 23 layered on top of each other. The fibers are preferably in a directional form in the reinforcing fiber layers. The individual fiber layers are aligned according to the mechanical requirements placed on the component. Different fiber layers can be arranged at different fiber angles.

An den Seitenrändern, die später parallel zur Dornachse verlaufen, weist der Stapel jeweils geschäftete Randbereiche 12 und 14 auf. In den Randbereichen 12, 14 sind die Faserlagen 20, 21, 22, 23 stufenförmig ausgebildet und bilden korrespondierende Schäftungen.At the side edges, which later run parallel to the axis of the mandrel, the stack has stripped edge areas 12th and 14 on. In the marginal areas 12th , 14 are the fiber layers 20th , 21 , 22 , 23 stepped and form corresponding shafts.

Figru 2 zeigt, wie dieser Stapel 10 um einen, z.B. metallischen, Dorn 30 gelegt wird und 3 zeigt den vollständig vom Stapel 10 umgebenen Dorn 30. Die Breite der einzelnen Faserlagen 20, 21, 22, 23 (gezeigt ist die Breite B der Faserlage 20) sind so bemessen, dass jede Verstärkungsfaserlage 20, 21, 22, 23 genau einmal um den Dorn 30 herumgelegt werden kann, ohne dass es zu einer Überlappung einer Faserlage mit sich selbst kommt. Vielmehr grenzt jede Faserlage 20, 21, 22, 23 mit ihren Längsseiten aneinander an. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 2 nur die Längsseiten 20A und 20B mit Bezugszeichen versehen. Die Schäftung ist so ausgebildet, dass benachbarte Faserlagen mit ihren Längsseiten umfangsseitig versetzt zu liegen kommen. Damit kommt es beim Legen des Faserstapels 10 zu einer versetzten Lage der „Nahtstellen“. Hierdurch wird eine hohe mechanische Stabilität des Bauteils erreicht, obwohl jede Faserlage nur genau einmal um den Dorn herumreicht. Der Stapel 10 aus Verstärkungsfaserlagen 20, 21, 22, 23 greift wie eine Manschette um den Dorn 30 herum.Figru 2nd shows how this stack 10th around a, for example metallic, mandrel 30th is laid and 3rd shows that completely off the stack 10th surrounding thorn 30th . The width of the individual fiber layers 20th , 21 , 22 , 23 (the width is shown B the fiber layer 20th ) are dimensioned so that each reinforcing fiber layer 20th , 21 , 22 , 23 exactly once around the thorn 30th can be laid around without an overlap of a fiber layer with itself. Rather, each fiber layer borders 20th , 21 , 22 , 23 with their long sides together. For reasons of clarity, in 2nd only the long sides 20A and 20B provided with reference numerals. The shaft is designed so that adjacent fiber layers with their long sides come to lie circumferentially offset. So it comes when laying the fiber stack 10th to an offset position of the "seams". This ensures high mechanical stability of the component, even though each fiber layer only extends around the mandrel exactly once. The stack 10th from reinforcing fiber layers 20th , 21 , 22 , 23 grips the thorn like a cuff 30th around.

Anschließend wird der auf dem Dorn 30 aufgebrachte Stapel 10 in einem Presswerkzeug 40 zum Gelenkwellenrohr weiterverarbeitet, gezeigt in 4. Das Presswerkzeug 40 weist zwischen seinem Oberwerkzeug 42 und Unterwerkzeug 44 eine Kavität in Form des herzustellenden Bauteils auf, in die der Dorn 30 mitsamt Stapel 10 eingelegt wird.Then the on the mandrel 30th applied stacks 10th in a press tool 40 processed into the cardan shaft tube, shown in 4th . The press tool 40 points between his top tool 42 and lower tool 44 a cavity in the form of the component to be manufactured, into which the mandrel 30th together with stack 10th is inserted.

Handelt es sich bei dem Stapel um ein Prepreg, d.h. die Faserlagen 20, 21, 22, 23 sind bereits mit einem nicht ausgehärteten Matrixmaterial imprägniert, so erfolgt im Presswerkzeug 40 eine Formgebung durch Verpressen und ein Aushärten des Matrixmaterials.If the stack is a prepreg, ie the fiber layers 20th , 21 , 22 , 23 are already impregnated with an uncured matrix material, this is done in the press tool 40 shaping by pressing and hardening of the matrix material.

Ebenso kann der Stapel 10 auch aus trockenen Verstärkungsfasern bestehen. Dann kann als Presswerkzeug 40 ein RTM-Werkzeug verwendet werden, in dem der Faserstapel unter Druck mit dem (nicht dargestellten) Matrixmaterial imprägniert und ausgehärtet wird.The stack can also be used 10th also consist of dry reinforcing fibers. Then can be used as a pressing tool 40 an RTM tool can be used in which the fiber stack is impregnated under pressure with the matrix material (not shown) and cured.

Nach erfolgter Aushärtung kann das Bauteil entformt werden und der Dorn 30 herausgezogen werden. Weitere Bearbeitungsschritte können sich anschließen.After curing, the component can be removed from the mold and the mandrel 30th be pulled out. Further processing steps can follow.

5 zeigt einen Stapel aus Verstärkungsfaserlagen, mit dem ein an den Stirnseiten verstärktes Gelenkwellenrohr hergestellt wird. Der Stapel 10-1 unterscheidet sich von dem in 1 beschriebenen Stapel 10 durch zwei zusätzliche Verstärkungsfaserlagen 24-1 und 24-2, welche in den stirnseitigen Randbereichen angeordnet sind. In dem gezeigten Beispiel weist die Verstärkungsfaserlage 23 eine Faserausrichtung in Längsrichtung auf zur Erzielung einer hohen Biegesteifigkeit der Welle. Die Faserausrichtung der zusätzlichen Verstärkungsfaserlagen 24-1 und 24-2 ist quer dazu gelegt um die Enden des Rohres gegen ein Aufbrechen bei Montage des Gelenks zu schützen. Die Faserausrichtungen sind durch die Doppelpfeile angedeutet. 5 shows a stack of reinforcing fiber layers, with which a reinforced shaft tube is produced on the end faces. The stack 10-1 differs from that in 1 described stack 10th through two additional reinforcing fiber layers 24-1 and 24-2 , which are arranged in the front edge areas. In the example shown, the reinforcing fiber layer has 23 a fiber alignment in the longitudinal direction to achieve a high bending stiffness of the shaft. The fiber orientation of the additional reinforcing fiber layers 24-1 and 24-2 is placed transversely to protect the ends of the tube against breaking when the joint is installed. The fiber orientations are indicated by the double arrows.

Die in den Figuren gezeigten vier Verstärkungsfaserlagen sind rein beispielhaft. Es können auch mehr oder weniger Lagen vorgesehen sein. Ebenso können mehrere zusätzliche Verstärkungsfaserlagen übereinander vorgesehen sein. Es sind andere Zuschnitte als der gezeigte rechteckige Zuschnitt möglich.The four reinforcing fiber layers shown in the figures are purely exemplary. More or fewer layers can also be provided. Likewise, several additional reinforcing fiber layers can be provided one above the other. Other cuts than the rectangular cut shown are possible.

BezugszeichenlisteReference list

10, 10-110, 10-1
Stapel von VerstärkungsfaserlagenStack of reinforcing fiber layers
12, 1412, 14
geschäftete Randbereichebusy marginal areas
20, 21, 22, 2320, 21, 22, 23
VerstärkungsfaserlageReinforcing fiber layer
20A, 20B20A, 20B
LängsseiteLong side
24-1, 24-224-1, 24-2
zusätzliche Verstärkungsfaserlageadditional reinforcing fiber layer
3030th
Dornmandrel
40 40
PresswerkzeugPress tool
4242
OberwerkzeugUpper tool
4444
UnterwerkzeugLower tool

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102010047361 A1 [0004]DE 102010047361 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Gelenkwellenrohres mit den Schritten: Bereitstellen eines Stapels (10, 10-1) von mehreren Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) entsprechend einer Abwicklung des herzustellenden Gelenkwellenrohres, wobei der Stapel (10, 10-1) an seinen Längsseiten miteinander korrespondierende, geschäftete Randbereiche (12, 14) aufweist, Legen des Stapels (10, 10-1) um einen Dorn (30), derart, dass die Randbereiche (12, 14) aufeinander zu liegen kommen, wobei eine erste und zweite Längsseite (20A, 20B) jeder Faserlage benachbart zueinander positioniert werden, Fixieren des Stapels (10, 10-1), Einbringen eines Matrixmaterials in den Stapel (10, 10-1), Aushärten des mit dem Matrixmaterial getränkten Stapels (10, 10-1) in einem Presswerkzeug, wodurch das Gelenkwellenrohr ausgebildet wird, und Entfernen des Dorns (30) aus dem Gelenkwellenrohr.Method for producing a fiber composite cardan shaft tube with the steps: Provision of a stack (10, 10-1) of a plurality of reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) in accordance with a development of the cardan shaft tube to be produced, the stack (10, 10-1) on its longitudinal sides corresponding to each other, used border areas (12, 14), placing the stack (10, 10-1) around a mandrel (30) in such a way that the edge regions (12, 14) come to lie on top of one another, with first and second longitudinal sides (20A, 20B) adjacent to each fiber layer be positioned to each other Fixing the stack (10, 10-1), Introducing a matrix material into the stack (10, 10-1), Hardening the stack (10, 10-1) soaked with the matrix material in a pressing tool, whereby the propeller shaft tube is formed, and removing the mandrel (30) from the propeller shaft tube. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) über ihre Breite als durchgehende Faserlagen ausgebildet sind.Method according to one of the preceding claims, in which the reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) are designed as continuous fiber layers over their width. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem zumindest ein stirnseitiger Randbereich des Stapels (10-1) wenigstens eine zusätzliche Verstärkungsfaserlage (24-1, 24-2) aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which at least one end edge region of the stack (10-1) has at least one additional reinforcing fiber layer (24-1, 24-2). Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) als unidirektionale Gelege vorliegen.Method according to one of the preceding claims, in which the reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) are present as unidirectional layers. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem unterschiedliche Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) unterschiedliche Faserorientierungen aufweisen.Method according to one of the preceding claims, in which different reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) have different fiber orientations. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem zumindest mehrere der Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) aus Kohlenstofffasern gebildet sind.Method according to one of the preceding claims, in which at least several of the reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) are formed from carbon fibers. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei dem der Stapel (10, 10-1) aus Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) als Prepreg bereitgestellt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 6 , in which the stack (10, 10-1) of reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) is provided as a prepreg. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei dem der Stapel (10, 10-1) aus trockenen Verstärkungsfaserlagen gebildet wird und das Matrixmaterial im Presswerkzeug (40) eingebracht wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 6 , in which the stack (10, 10-1) is formed from dry reinforcing fiber layers and the matrix material is introduced into the pressing tool (40). Faserverbund-Gelenkwellenrohr mit einer Mehrzahl von Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23), die in eine Kunststoffmatrix eingebunden sind, wobei die einzelnen Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) konzentrisch umeinander angeordnet sind, wobei eine erste und zweite Längsseite (20A, 20B) der Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) benachbart zueinander angeordnet sind und die Längsseiten aufeinanderliegender Verstärkungsfaserlagen (20, 21, 22, 23) umfangsseitig versetzt zueinander angeordnet sind.Fiber composite cardan shaft with a plurality of reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) which are integrated in a plastic matrix, wherein the individual reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) are arranged concentrically around one another, a first and second longitudinal side (20A, 20B) of the reinforcing fiber layers (20, 21, 22, 23) being arranged adjacent to one another and the longitudinal sides of reinforcing fiber layers (20 , 21, 22, 23) are circumferentially offset from one another. Faserverbund-Gelenkwellenrohr nach Anspruch 9, das in zumindest einem stirnseitigen Randbereich wenigstens eine zusätzliche Verstärkungsfaserlage (24-1, 24-2) aufweist.Fiber composite cardan tube after Claim 9 which has at least one additional reinforcing fiber layer (24-1, 24-2) in at least one end edge region.
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