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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Welle zur Übertragung von Momenten für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Welle zur Übertragung von Momenten für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen Welle.
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Es ist bekannt, dass eine Gewichtsreduzierung von Kraftfahrzeugen einen Verbrauch reduzieren sowie eine Performance verbessern kann. In diesem Rahmen hat es sich bewährt, Metallbauteile, wie beispielsweise Karosseriebleche, Trägerelemente, Wellen oder dergleichen, durch Bauteile aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) zu substituieren.
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Bei momentenbeanspruchten Hohlwellen aus FKV kann eine Überbeanspruchung zu einem sogenannte „Beulen“ und somit zum Versagen der Struktur der Hohlwelle führen. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Momentenbelastbarkeit von Hohlwellen aus FKV ist eine Erhöhung einer Wandstärke der Hohlwelle. Nachteilig hierbei ist, dass diese Maßnahme das Gesamtgewicht der Hohlwelle erhöht. Eine weitere bekannte Maßnahme ist die Vergrößerung eines Außendurchmessers der Hohlwelle. Dies hat den Nachteil, dass derartige Hohlwellen bei begrenzten Bauräumen nicht verwendbar sind oder ein größerer Bauraum zu Lasten eines Fahrzeuggewichts oder anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden muss.
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Aus dem Dokument
DE 40 25 958 A1 ist eine Hohlwelle für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Innenwelle und eine Außenwelle aus einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweist, zwischen denen ein Kernelement aus einem hartgeschäumten Polyurethan, einer niedrigschmelzenden Metalllegierung oder einem Salz angeordnet ist. Das Dokument
DE 37 33 731 A1 offenbart eine Hohlwelle mit einer Außenwelle aus einem FKV und einer Innenwelle aus einem FVK, zwischen denen ein Kernmaterial aus einem Hartschaumstoff angeordnet ist. Nachteilig bei diesen Hohlwellen ist eine oftmals unzureichende Anbindung des Kernelements an die Außenwelle, sodass die Hohlwelle nur einen geringen Schutz vor Beulen aufweist. Aus dem Dokument
DE 10 2004 039 893 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle bekannt, bei welchem ein Kernelement aus einem mit Kunstharz imprägnierten, geschäumten Duroplasten in eine Außenwelle aus einem FKV eingeschoben wird. Ein solches Verfahren ist sehr aufwendig und erfordert ein verhältnismäßig großes Untermaß des Kernelements, um ein korrektes Einschieben in die Außenwelle sicherzustellen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren zur Herstellung einer Welle zur Übertragung von Momenten für ein Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Welle, eine Welle und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise ein reduziertes Risiko des Beulens der Welle aufweisen.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Welle mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch eine Welle mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Welle sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Welle zur Übertragung von Momenten für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Verfahren weist auf:
- - Bereitstellen eines sich um eine Wellenlängsachse erstreckenden Schaumkerns aus einem Schaumwerkstoff,
- - Anordnen einer Faserwicklung aus Verstärkungsfasern auf dem Schaumkern,
- - Anordnen eines Matrixwerkstoffs auf der Faserwicklung, und
- - Verfestigen des Matrixwerkstoffs.
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Der Schaumwerkstoff ist vorzugsweise als duroplastischer Schaumwerkstoff ausgebildet. Vorzugsweise ist der Schaumwerkstoff als Hartschaum, wie beispielsweise als Polyurethan Hartschaum oder dergleichen, ausgebildet. Der Schaumwerkstoff wird vorzugsweise derart bereitgestellt, dass ein der Wellenlängsachse abgewandter Außenbereich des Schaumkerns beim Anordnen der Faserwicklung noch nicht vollständig ausgehärtet und vorzugsweise plastisch deformierbar ist. Ferner wird der Schaumwerkstoff vorzugsweise derart bereitgestellt, dass ein zwischen dem Außenbereich und der Wellenlängsachse angeordneter Innenbereich des Schaumkerns bereits vollständig oder zumindest überwiegend ausgehärtet ist.
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Der Schaumkern ist vorzugsweise zylinderförmig oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Ein zylinderförmiger Schaumkern hat den Vorteil, dass eine Eigenstabilität verbessert ist. Ein hohlzylinderförmiger Schaumkern hat den Vorteil, dass ein Gesamtgewicht der Welle reduzierbar ist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass eine der Wellenlängsachse abgewandte Außenseite des Schaumkerns unterschiedliche Durchmesser aufweist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Außenseite in einem zentralen Bereich des Schaumkerns einen größeren Durchmesser als in Randbereichen des Schaumkerns aufweist. Vorzugsweise weist die Außenseite des Schaumkerns einen oder mehrere Absätze, eine oder mehrere Nuten oder dergleichen auf, sodass eine Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern verbessert ist. Ferner weist der Schaumkern vorzugsweise eine derartige Porosität auf, dass der Matrixwerkstoff der Faserwicklung in den Schaumkern, zumindest in Randbereiche des Schaumkerns, eindringen und sich dort verfestigen kann. Hierdurch ist eine Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern weiter verbesserbar.
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Die Faserwicklung wird vorzugsweise als Geflecht an dem Schaumkern angeordnet. Als Verstärkungsfasern sind Karbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern oder dergleichen erfindungsgemäß bevorzugt. Die Faserwicklung kann erfindungsgemäß auch aus unterschiedlichen Verstärkungsfasern hergestellt werden. Die Faserwicklung wird vorzugsweise derart auf dem Schaumkern angeordnet, dass die der Wellenlängsachse am nächsten angeordneten Verstärkungsfasern vollständig oder zumindest teilweise in den Schaumkern eindringen, sodass eine Verbindung zwischen dem Schaumkern und den Verstärkungsfasern verbessert ist.
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Der Matrixwerkstoff wird auf der Faserwicklung angeordnet. Das bedeutet, dass der Matrixwerkstoff die Faserwicklung umgibt und auch in Zwischenräume der Faserwicklung eindringt. Als Matrixwerkstoff wird vorzugsweise ein duroplastischer Matrixwerkstoff verwendet. Vorzugsweise weist der Matrixwerkstoff ein Harz, wie beispielsweise Epoxidharz, auf. Der Matrixwerkstoff kann erfindungsgemäß durch Aufsprühen, ein Tauchbad oder dergleichen in die Faserwicklung eingebracht werden.
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Das Verfestigen des Matrixwerkstoffs erfolgt vorzugsweise durch Trocknen und/oder Erwärmen und/oder Abkühlen und/oder chemisches Aktivieren und/oder Pressen des Matrixwerkstoffs, wie beispielsweise in einem hierfür ausgebildeten Formwerkzeug, durch welches vorzugsweise eine Außenkontur der Welle festgelegt ist. Auf diese Weise ist eine Welle hergestellt, die eine Außenwelle aus FKV und einen an die Außenwelle mechanisch angebundenen Schaumkern aufweist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Welle hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung des Schaumkerns an die Außenwelle verbessert ist. Durch das direkte Wickeln der Verstärkungsfasern auf den Schaumkern kann Schaumwerkstoff in Zwischenräume der Faserwicklung eindringen und somit die Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern verbessern. Ferner kann durch das Anordnen des Matrixwerkstoffs auf der Faserwicklung Matrixwerkstoff in Randbereiche des Schaumkerns eindringen und die Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern weiter verbessern.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass ein Schaumwerkstoff verwendet wird, dessen chemische Zusammensetzung dem Matrixwerkstoff entspricht oder zumindest teilweise entspricht. Vorzugsweise weist der Schaumwerkstoff PUR auf. Aufgrund seiner Eigenschaft als Schaum weist der Schaumkern eine geringere durchschnittliche Dichte auf als der reine Matrixwerkstoff. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine chemische Anbindung zwischen dem Schaumkern und der Außenwelle weiter verbessert ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Schaumkern als Hohlkern mit einem inneren Freiraum bereitgestellt wird, wobei in dem inneren Freiraum ein Gegendruckmittel zum Bereitstellen eines Gegendrucks zu einer radial von außen in Richtung der Wellenlängsachse wirkenden Druckkraft angeordnet wird. Das Gegendruckmittel kann beispielsweise als starrer Körper, wie beispielsweise ein Metallrohr oder dergleichen, ausgebildet sein. Das Gegendruckmittel ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Innenwandung des Schaumkerns im unbelasteten Zustand bzw. vor dem Anordnen der Faserwicklung auf dem Schaumkern das Gegendruckmittel, vorzugsweise flächig, kontaktiert. Eine Außenfläche des Gegendruckmittels ist vorzugsweise reibwertreduziert, um ein späteres Entfernen des Gegendruckmittels aus dem Schaumkern zu verbessern und eine Beschädigung des Schaumkerns zu vermeiden. Weiter bevorzugt weist eine Innenwandung des Schaumkerns eine reibwertreduzierte Oberfläche, vorzugsweise eine reibwertreduzierte Beschichtung, auf. Durch das Gegendruckmittel ist ein Kollabieren des Schaumkerns beim Anordnen der Faserwicklung vermeidbar. Das Gegendruckmittel wird vorzugsweise nach dem Anordnen der Faserwicklung, besonders bevorzugt nach dem Aushärten des Matrixwerkstoffs, in eine Richtung entlang der Wellenlängsachse entformt. Vorzugsweise sind zwei Gegendruckmittel vorgesehen, die in entgegengesetzte Richtungen entformbar sind. Die Gegendruckmittel können erfindungsgemäß einen gemeinsamen Überlappungsbereich aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Prozesssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert ist.
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Weiter bevorzugt weisen der innere Freiraum und das Gegendruckmittel einen konischen Verlauf auf. Die konischen Verläufe sind vorzugsweise zueinander komplementär, sodass ein flächiges Anliegen des Schaumkerns auf dem Gegendruckmittel sowie ein leichtes Entformen des Gegendruckmittels gewährleistet sind. Ein Konuswinkel des konischen Verlaufs beträgt vorzugsweise weniger als 10°. Ein konischer Verlauf ist auch bei der Verwendung von zwei Gegendruckmitteln bevorzugt. In diesem Fall weist der Freiraum in einem zentralen Bereich des Schaumkerns einen kleineren Durchmesser als in Randbereichen des Schaumkerns auf. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Prozesssicherheit des Verfahrens weiter verbessert ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der innere Freiraum einen oder mehrere Durchmessersprünge aufweist. Das Gegendruckmittel ist vorzugsweise hierzu komplementär ausgebildet. Die Durchmessersprünge sind vorzugsweise derart angeordnet, dass der innere Freiraum in einem zentralen Bereich einen größeren Durchmesser als in einem oder beiden benachbarten Randbereichen aufweist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das im Freiraum angeordnete Gegendruckmittel expandierbar ausgebildet, wobei das Gegendruckmittel im Freiraum derart expandiert wird, dass das Gegendruckmittel den Freiraum kontaktiert. Hierbei weist der Freiraum vorzugsweise in einem zentralen Bereich einen größeren Durchmesser auf als in einem Randbereich. Vorzugsweise weist der Freiraum eine Hinterschneidung auf. Das Gegendruckmittel ist beispielsweise durch Aufblasen, Aufschäumen, mechanisches Verstellen oder dergleichen expandierbar. Durch das Expandieren des Gegendruckmittels kann das Gegendruckmittel in Hinterschneidungen des Freiraums eindringen und den Schaumkern auch in diesen Bereichen flächig kontaktieren. Nach dem Anordnen der Faserwicklung, vorzugsweise nach dem Verfestigen des Matrixwerkstoffs, wird das Gegendruckmittel vorzugsweise wieder komprimiert und aus dem Freiraum entfernt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Prozesssicherheit des Verfahrens weiter verbessert ist.
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Vorzugsweise ist das Gegendruckmittel als Innenwelle aus einem Faser-Kunststoff-Verbund ausgebildet, wobei der Schaumkern auf der Innenwelle angeordnet wird. Vorzugsweise wird der Schaumkern auf der Innenwelle erzeugt. Alternativ kann der Schaumkern auf die Innenwelle aufgeschoben oder die Innenwelle in den Schaumkern eingeschoben werden. Vorzugsweise wird der Schaumkern vor dem Verfestigen des Matrixwerkstoffs der Innenwelle auf der Innenwelle angeordnet. Vorzugsweise weisen der Schaumwerkstoff und der Matrixwerkstoff der Innenwelle dieselbe chemische Zusammensetzung auf. Das Material des Schaumwerkstoffs des Schaumkerns weist vorzugsweise das Material des Matrixwerkstoffs der Innenwelle auf oder ist aus diesem gebildet. Alternativ weist das Material des Matrixwerkstoffs der Innenwelle vorzugsweise das Material des Schaumwerkstoffs auf. Die chemische Zusammensetzung des Matrixwerkstoffs der Innenwelle entspricht vorzugsweise der chemischen Zusammensetzung des Matrixwerkstoffs der Außenwelle. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise bei konstantem Bauraumbedarf eine mechanische Belastbarkeit der Welle weiter verbessert ist, wobei eine Anbindung der Innenwelle und der Außenwelle an den Schaumkern verbessert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Anordnen der Faserwicklung auf dem Schaumkern eine Anbindungsschicht angeordnet. Die Anbindungsschicht ist vorzugsweise als Duroplast, wie beispielsweise als duroplastischer Klebstoff, ausgebildet. Vorzugsweise wird die Faserwicklung vor dem Aushärten der Anbindungsschicht auf der Anbindungsschicht angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung der Außenwelle an den Schaumkern verbessert ist.
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Besonders bevorzugt weist die Anbindungsschicht den Matrixwerkstoff auf oder ist aus dem Matrixwerkstoff hergestellt. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Anbindungsschicht gemäß einem 2-Komponentenkleber ausgebildet ist und eine Materialkomponente mit hoher Bindungsaffinität zum Matrixwerkstoff sowie eine Materialkomponente mit hoher Bindungsaffinität zum Schaumwerkstoff aufweist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung der Außenwelle an den Schaumkern verbessert ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Welle zur Übertragung von Momenten für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Welle weist eine Außenwelle aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mit einer Wellenlängsachse und einer um die Wellenlängsachse herum ausgebildete Rohrinnenwandung auf. Durch die Rohrinnenwandung ist ein innerer Hohlraum gebildet, wobei im Hohlraum ein die Rohrinnenwandung kontaktierender Schaumkern angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Welle mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Welle ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zur Herstellung einer Welle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Welle gegenüber herkömmlichen Wellen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Anbindung des Schaumkerns an die Außenwelle verbessert ist. Durch das direkte Wickeln der Verstärkungsfasern auf den Schaumkern kann Schaumwerkstoff in Zwischenräume der Faserwicklung eindringen und somit die Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern verbessern. Ferner kann durch das Anordnen des Matrixwerkstoffs auf der Faserwicklung Matrixwerkstoff in Randbereiche des Schaumkerns eindringen und die Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern weiter verbessern.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein Antriebssystem mit einem Motor auf. Erfindungsgemäß weist das Antriebssystem zur Übertragung von Momenten des Motors eine erfindungsgemäße Welle auf. Unter den Momenten des Motors werden im Rahmen der Erfindung Momente verstanden, welche mittels des Motors erzeugbar sind. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zwischen dem Motor und der Welle ein Getriebe angeordnet ist, wobei das Getriebe vorzugsweise zum Umwandeln der Momente des Motors ausgebildet ist. Der Einfachheit halber werden diese umgewandelten Momente des Motors ebenfalls als Momente des Motors bezeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zur Herstellung einer Welle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Welle zur Übertragung von Momenten für ein Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Antriebssystem mit einer Welle bereitgestellt ist, bei welcher eine Anbindung des Schaumkerns an die Außenwelle verbessert ist. Durch das direkte Wickeln der Verstärkungsfasern auf den Schaumkern kann Schaumwerkstoff in Zwischenräume der Faserwicklung eindringen und somit die Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern verbessern. Ferner kann durch das Anordnen des Matrixwerkstoffs auf der Faserwicklung Matrixwerkstoff in Randbereiche des Schaumkerns eindringen und die Anbindung der Faserwicklung an den Schaumkern weiter verbessern.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren, eine erfindungsgemäße Welle sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 4 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten vierten Ausführungsform der Erfindung,
- 5 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten fünften Ausführungsform der Erfindung,
- 6 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten sechsten Ausführungsform der Erfindung,
- 7 in einer Schnittdarstellung eine Welle gemäß einer bevorzugten siebten Ausführungsform der Erfindung,
- 8 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 9 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 9 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Welle 1 erstreckt sich entlang einer Wellenlängsachse L und weist eine Außenwelle 10 mit einem ringförmigen Querschnitt auf. Die Außenwelle 10 ist aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mit Verstärkungsfasern 4 sowie einem Matrixwerkstoff 5 hergestellt. Die Außenwelle 10 weist eine Innenwandung 11 auf, durch welche ein Hohlraum 12 radial nach außen begrenzt ist. In dem Hohlraum 12 ist ein Schaumkern 3 mit einem kreisförmigen Querschnitt angeordnet, welcher an der Innenwandung 11 flächig anliegt und an dieser stoffschlüssig gehalten ist.
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2 zeigt eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung. Die Welle 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Welle 1 gemäß der ersten Ausführungsform insbesondere in einer Ausbildung des Schaumkerns 3. Der Schaumkern 3 ist als Hohlkern ausgebildet und weist einen ringförmigen Querschnitt auf. Im Inneren des Schaumkerns 3 ist ein Freiraum 6 ausgebildet. Der Freiraum 6 weist eine zylinderförmige Ausbildung mit konstantem Durchmesser auf. Alternativ kann der Freiraum 6 auch leicht konisch ausgebildet sein. Ferner ist an einer der Außenwelle 10 zugewandten Außenwandung des Schaumkerns 3 eine Anbindungsschicht 9 aus Matrixwerkstoff 5 angeordnet, über welche eine Anbindung des Schaumkerns 3 an die Außenwelle 10 verbessert ist.
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In 3 ist eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. Die Welle 1 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Welle 1 gemäß der ersten Ausführungsform insbesondere in der Ausbildung des Schaumkerns 3. Der Schaumkern 3 ist als Hohlkern ausgebildet und weist einen ringförmigen Querschnitt auf. Im Inneren des Schaumkerns 3 ist ein Freiraum 6 ausgebildet. In dem Freiraum ist eine Innenwelle 8 aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mit Verstärkungsfasern 4 sowie einem Matrixwerkstoff 5 angeordnet. Die Innenwelle 8 kontaktiert den Schaumkern 3 flächig.
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4 zeigt eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten vierten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung. Die Welle 1 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Welle 1 gemäß der ersten Ausführungsform in einer Ausbildung eines zentralen Bereichs Z, in welchem die Außenwelle 10 und der Schaumkern 3 einen vergrößerten Durchmesser aufweisen.
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In 5 ist eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten fünften Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Welle 1 gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Welle 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Ausbildung des zentralen Bereichs Z, in welchem die Außenwelle 10 und der Schaumkern 3 einen vergrößerten Durchmesser aufweisen. Ferner ist in dieser Ausführungsform zwischen dem Schaumkern 3 und der Außenwelle 10 keine zusätzliche Anbindungsschicht 9 angeordnet.
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6 zeigt eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten sechsten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung. Die Welle 1 gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Welle 1 gemäß der dritten Ausführungsform in einer Ausbildung des zentralen Bereichs Z, in welchem die Außenwelle 10 und der Schaumkern 3 einen vergrößerten Durchmesser aufweisen.
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In 7 ist eine Welle 1 gemäß einer bevorzugten siebten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. Die Welle 1 gemäß der siebten Ausführungsform unterscheidet sich von der Welle 1 gemäß der fünften Ausführungsform in einer Ausbildung des Freiraums 6. Der Freiraum 6 weist eine zylinderförmige Ausbildung mit konstantem Durchmesser auf. Alternativ kann der Freiraum 6 auch leicht konisch ausgebildet sein.
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8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein Antriebssystem 13 mit einem Motor 14, wie beispielsweise einem Elektromotor, und einem Getriebe 15 auf. Zur Momentübertragung vom Motor 14 zum Getriebe 15 weist das Antriebssystem 13 eine erfindungsgemäße Welle 1 auf.
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In 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm dargestellt. Gemäß einem ersten Verfahrensaspekt 100 wird ein Schaumkern 3 aus einem Schaumwerkstoff bereitgestellt. Der Schaumkern 3 erstreckt sich um eine Wellenlängsachse L. Es kann vorgesehen sein, dass der Schaumkern 3 als Hohlkern mit einem inneren Freiraum 6 bereitgestellt wird. Vorzugsweise wird der Schaumkern 3 derart bereitgestellt, dass eine Außenoberfläche des Schaumkerns 3 nicht oder nur teilweise ausgehärtet ist. Gemäß einem zweiten Verfahrensaspekt 200 wird eine Faserwicklung aus Verstärkungsfasern 4 auf dem Schaumkern 3 angeordnet. Als Verstärkungsfasern sind Karbonfasern, Glasfasern oder Aramidfasern bevorzugt. Die Faserwicklung wird vorzugsweise als Geflecht auf dem Schaumkern 3 angeordnet. Das Anordnen der Faserwicklung erfolgt vorzugsweise derart, dass einzelne Verstärkungsfasern 4 in die Außenoberfläche des Schaumkerns 3 eingedrückt werden. Gemäß einem dritten Verfahrensaspekt 300 wird ein Matrixwerkstoff 5, wie beispielsweise Epoxidharz, auf der Faserwicklung angeordnet. Das erfolgt vorzugsweise derart, dass der Matrixwerkstoff 5 in die Außenoberfläche des Schaumkerns 3 eindringt. Gemäß einem vierten Verfahrensaspekt 400 wird der Matrixwerkstoff 5 verfestigt. Dies erfolgt vorzugsweise durch Erwärmung. Weiter bevorzugt erfolgt das Verfestigen in einem Formwerkzeug unter Einbringung von Druck.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Schaumkern
- 4
- Verstärkungsfaser
- 5
- Matrixwerkstoff
- 6
- Freiraum
- 7
- Gegendruckmittel
- 8
- Innenwelle
- 9
- Anbindungsschicht
- 10
- Außenwelle
- 11
- Rohrinnenwandung
- 12
- Hohlraum
- 13
- Antriebssystem
- 14
- Motor
- 15
- Getriebe
- 100
- erster Verfahrensaspekt
- 200
- zweiter Verfahrensaspekt
- 300
- dritter Verfahrensaspekt
- 400
- vierter Verfahrensaspekt
- L
- Wellenlängsachse
- Z
- zentraler Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4025958 A1 [0004]
- DE 3733731 A1 [0004]
- DE 102004039893 A1 [0004]
