DE10205657A1 - Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, torsions-und biegesteifen Antriebswelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer unterkritischen Antriebswelle aus Faserverbundwerkstoff. Aufgabe der Erfindung ist es, einer aus Faserverbundwerkstoff gefertigte Antriebswelle, die als unterkritisch arbeitende Welle einzusetzen ist, so zu verbessern, daß sowohl eine hohe Schadentoleranz bezüglich Torsionsfestigkeit erzielt wird als auch das Herstellungsverfahren kostengünstiger zu gestalten ist. DOLLAR A Die Aufgabe wird für eine Antriebswelle dadurch gelöst, daß der Faserverbundwerkstoff mindestens aus mehreren, nacheinander einzeln aufgewickelten Bahnen aus Prepreg besteht. DOLLAR A Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle aus Faserverbundwerkstoff dadurch gelöst, daß als Fasermaterial bahnförmiges Prepreg auf dem Wickeldorn aufgewickelt wird und dieses Prepreg durch Aufwickeln eines definiert vorgespannten Thermoplast-Gewebebandes entlüftet und gleichmäßig verdichtet wird. Das Thermoplast-Gewebeband wieder abgewickelt wird und dann weitere Prepregbahnen aufgewickelt werden, die dann ebenso mit Thermoplast-Gewebeband entlüftet und verdichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, torsions- und biegesteifen Antriebswelle, bestehend aus einem Faserverbundwerkstoff, der mindestens aus mehreren, aufgewickelten Bahnen von Prepreg besteht, wobei die Prepreg-Bahnen auf einem abziehbaren Wickeldorn aufgewickelt werden und die aus Lagen von Prepreg-Bahnen gewickelte rohrförmige An­ triebswelle erhitzt und ausgehärtet wird.

Zahlreiche Anlagen und Maschinen, besitzen einen Antrieb und das an der Ab­ triebseite vorhandene Drehmoment muß über einen Antriebsstrang zum Ar­ beitsmittel übertragen werden. Das Arbeitsmittel kann unterschiedlicher Art sein, z. B. als Rad, Walze, Propeller, Rotor o. a. Das Arbeitsmittel ist nicht auf eine bestimmte Art eingeschränkt. Es wird ein Antriebsstrang betrachtet, der mindestens eine Antriebswelle besitzt. Daneben sind auch Getriebe oder an­ dere Kraftübertragungsmittel einsetzbar. Die Antriebswelle ist in der Regel aus metallischem Werkstoff gefertigt und ist in ihre Geometrie entsprechend der Antriebsaufgabe dimensioniert.

Nachfolgend wird eine Antriebswelle bei unveränderter Anordnungsgeometrie betrachtet, deren relativ hohe Nenndrehzahl eine ausreichende Leistungsüber­ tragung gewährleisten muß, aber dennoch unterhalb einer kritischen Drehzahl liegen muß und die deshalb in ihrem Anwendungsfall eine relativ hohe Biege­ steifigkeit und Torsionssteifigkeit aufweisen und zugleich schadentolerant be­ züglich des Torsionsmomentes sein muß.

Die Forderung nach Schadentoleranz einer unterkritischen Antriebswelle erfolgt aus Gründen der personellen oder technischen Sicherheit oder aufgrund hoher Investitionskosten. Die Schadentoleranz verlangt, daß eine definierte Schädi­ gung der Antriebswelle, z. B. ein mechanischer Schlag auf die Antriebswelle in Größe von 25-50 Joule, funktionserhaltend von der Antriebswelle überstanden werden muß (2,5 kg aus 1 m Fallhöhe entspricht 25 Joule). Der verdeckte oder sichtbare Schaden darf bei vorhandener Schadentoleranzfestigkeit nicht die Torsionsfestigkeit der Antriebswelle gefährden. Die Forderung nach Schaden­ toleranz ist für eine Antriebswelle gefordert, die freiliegend (ungekappselt) ge­ genüber der Umgebung angeordnet ist und beispielsweise Steinschlag erhalten kann. Diese Forderung besteht beispielsweise für die Antriebswelle des Heck­ rotors eines Hubschraubers.

Eine Antriebswelle mit Nenndrehzahl unterhalb der kritischen Drehzahl wird als "unterkritische Welle" bezeichnet. Eine solche unterkritische Welle wird nach­ folgend betrachtet.

Um eine hohe Biegesteifigkeit zu erreichen, könnte die Masse der Antriebs­ welle verstärkt werden. Dies hätte auch günstige Auswirkung hinsichtlich der Schadentoleranz. Die Folge wäre eine Annäherung zwischen Nenndrehzahl und kritischer Drehzahl. Die kritische Drehzahl entspricht einer biegungskriti­ schen Drehzahl der Antriebswelle wie in
[1] D. Beitz, K.-H. Grote Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau 19., völlig neu bearbeitete Auflage Springer-Verlag, 1997, Seite B40, Absatz 4.1.5.
beschrieben. Das ist nicht gewünscht, dennoch soll die Antriebswelle bei hoher Biegesteifigkeit aus Gründen des Leichtbaus eine geringe Masse aufweisen, d. h. relativ dünn sein. Das sind gegensätzliche technische Anforderungen. Unter diesem Aspekt ist eine solche Antriebswelle bereits als Hohlwelle ausge­ bildet, um die Masse gering zu halten.

Es ist auch nicht bei dieser Antriebswelle beabsichtigt, die Nenndrehzahl abzu­ senken, um durch Masseerhöhung die Schadenstoleranz zu verbessern und um gleichzeitig als unterkritische Welle zu arbeiten.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen im Maschinen- und Anlagenbau besteht die Forderung nach einem Leichtbau, um dennoch eine hohe Biegesteifigkeit und Schadentoleranz bei einer unterkritischen Antriebswelle zu garantieren.

Um den Nachteil hoher Masse zu beseitigen, ist es auch bekannt die Antriebs­ welle aus Faserverbundwerkstoff herzustellen.

In einem Wickelverfahren wird ein mit Harz vorimprägnierter Endlosfaden bei­ spielsweise unter Changierung des Fadens zwischen 2 beabstandeten Entfer­ nungsmarken eines Wickeldorns aufgewickelt. Der aus der Textiltechnik stammende Begriff der "Changierung" betrifft das Führen eines aufzuwickeln­ den Fadens mittels Fadenführer in axialer Richtung entlang am Wickelkörper (Wickeldorn) zwischen den beiden beabstandeten Entfernungsmarken. Dabei werden mehrere Lagen Fäden gebildet. Nachfolgend werden die gewickelten Fadenlagen ausgehärtet. Harz und Härter bilden den sogenannten Ma­ trixwerkstoff.

Die Literatur
[2] Dr. O. Schwarz, Glasfaserverstärkte Kunststoffe Vogel-Verlag, Würzburg 1975, Seite 83-90,
beschreibt das Herstellen von rohrförmigen Bauteilen durch Wickeln von tech­ nischen Fasern wie Glasfasern und/oder Kohlefasern. Unter dem Begriff "Fa­ ser" wird eine endlose Faser, d. h. ein Faden verstanden. Technische Fasern sind jene Materialien, die nicht Naturfasern wie beispielsweise Wolle oder Baumwolle sind.

Es ist erkennbar, daß das erforderliche Wickelverfahren generell abhängig ist von der Geometrie des zu wickelnden, rohrförmigen Bauteils, dessen ge­ wünschten Konstruktionseigenschaften und den später zu erwartenden me­ chanischen Beanspruchungen.

Die Wahl der Verfahrensschritte beim Wickeln eines rohrförmigen Bauteils wird je nach Verwendungszweck des rohrförmigen Bauteils differieren.

Nach der o. g. Fachliteratur, [2] S. 89, steht das Wickeln von Einzelfäden (Fila­ ment winding) oder von Fasersträngen (Rovings) im Vordergrund. Mit dem Wickelverfahren gelingt es dem Rohr Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit zu verleihen.

Ein solches durch ein Wickelverfahren eines Einzelfadens oder eines Fa­ serstranges hergestellte Rohr erfüllt jedoch nicht die Anforderungen hinsichtlich einer schadentoleranten Antriebswelle.

Auch das Herstellen einzelner Gewebeschläuche, deren ineinander anordnen, das Imprägnieren mit Harz und Härter und das anschließende Aushärten sind zur Herstellung einer Antriebswelle bekannt. Als problematisch wird gesehen, daß eine vollständige Reproduzierbarkeit der Qualitätseigenschaften nicht ohne großen Aufwand zu gewährleisten ist. Das Einlegen der Gewebeschläuche bringt die Gefahr, daß die Faserorientierung unerwünscht veränderbar wird und nicht erkannt wird. Damit wird keine ausreichende schadentolerante Antriebs­ welle erzielt.

[3] DE 19 23 179 U betrifft eine rohrförmige Welle zur Übertragung von Antriebs­ kräften in einem Kraftfahrzeug. Die dortige Antriebswelle wird aus einem bie­ gesteifen Kunststoff hergestellt. Dabei sind als Fasern oder Bänder ausgebil­ dete Verstärkungsmittel spiralförmig in der Welle angeordnet.

Nach der [3] war es einem Fachmann zur Herstellung von Faserverbundwerk­ stoffen bekannt, dass die Verstärkungsmittel in einem Formwerkzeug mit dem flüssigen Kunststoff imprägniert werden. Mit einer Abkühlung härtete der Kunststoff (Epoxyd - oder Polyester-Harz) aus und die Verstärkungsmittel wa­ ren im Kunststoff eingebunden. Der Kunststoff diente als Träger für das Ver­ stärkungsmittel. Die [3] lehrt auch den Einsatz von Gewebe als Verstärkungs­ mittel in die rohrförmige Welle einzubringen. [3] verwendet keine Prepreg- Lagen, sondern gewebeartige Einlagerungen in der Rohrwandung ([3], S. 3, 22. bis 24. Z.). Die bekannte Lösung besitzt eine ungenügende Schadentoleranz­ festigkeit, die für den Hubschrauberbau nicht ausreichend ist.

Die [4]: DE 38 22 417 C2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Welle zur Übertragung von Torsionskräften. Es liegt dort die Aufgabe zugrunde, eine Welle fertigungstechnisch einfach herzustellen. [4] lehrt, die Welle unter An­ wendung der Wickeltechnik aus Faserverbundwerkstoff herzustellen. [4], Fig. 3 zeigt eine Welle, die aus imprägnierten Fasermatten oder Prepregs hergestellt wird. Das Prepreg kann dabei spiralförmig aufgewickelt werden. Diese Lösung besitzt ebenfalls noch nicht ausreichende Schadentoleranzfestigkeit, wie sie im Hubschrauberbau erforderlich ist.

Der bekannte Stand der Technik hat auch den Nachteil, daß die Gefahr der Faltenbildung z. B. im Preßwerkzeug (z. B. Vakuumsack) besteht. Es ist dem Fachmann für Faserverbundwerkstoffe bekannt, daß die Gewebelagen im Preßwerkzeug einen Setzweg absolvieren, der eine Faltenbildung nicht aus­ schließt. Die Faltenbildung entspricht einer lokalen Abweichung von der idea­ len Faserorientierung im Gewebe. Das beeinflußt die Torsionssteifigkeit der Antriebswelle nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine aus Faserverbundwerkstoff gefertigte rohr­ förmige, torsions- und biegesteife Antriebswelle, die als unterkritisch arbeitende Welle einzusetzen ist, so zu verbessern, daß eine hohe Schadentoleranz be­ züglich Torsionsfestigkeit erzielt wird und dennoch das Herstellungsverfahren kostengünstig bleibt.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Die Antriebswelle besteht aus Faserverbundwerkstoff, der mindestens aus mehreren, z. B. spiralförmig aufgewickelten Bahnen aus Prepreg besteht. Pre­ preg ist eine mit Harz und Härter vorimprägnierte, noch nicht ausgehärtete Ge­ webebahn bzw. -lage. Das Prepreg hat eine definierte Faserorientierung.

Nach einer Ausgestaltung kann die Prepregbahn aus einer 0°/90°-Prepreglage bestehen. Es besteht aber auch die Alternative, daß die Prepregbahn aus ei­ ner +/-45°-Prepreglage oder einem Multiaxialgelege besteht.

Das Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle aus Faserverbundwerkstoff wird dadurch gelöst, daß vom Wickeldorn aufgewickelte Prepregbahnen bzw. -lagen durch nachfolgendes, spiralförmiges Aufwickeln eines vorgespannten Thermoplast-Gewebebandes entlüftet und gleichmäßig verdichtet werden und nach Abwickeln des Thermoplast-Gewebebandes können weitere Prepregbah­ nen aufgewickelt werden, die dann ebenso mittels aufzuwickelnden Ther­ moplast-Gewebeband entlüftet und gleichmäßig verdichtet werden. Auch die­ ses Thermoplast-Gewebeband wird wieder abgewickelt.

Die mehrfache Wiederholung dieses Verfahrensschrittes während der Herstel­ lung erbringt eine deutliche Steigerung der Schadentoleranzfestigkeit.

Vorteilhafterweise ist der Wickeldorn während des Wickelns mit einer Tempe­ ratur im Bereich von etwa 60° bis 70° gleichmäßig erwärmt. Damit wird er­ reicht, dass im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt bei der Behandlung des Prepreg mit dem Thermoplast-Gewebeband, der Prepreg in einem geschmeidi­ gen Zustand gehalten wird. Während des Entlüftens und Verdichtens der Pre­ preg-Lagen mittels dem Thermolplast-Gewebeband wird das Thermoplast- Gewebeband mit einer Vorspannung aufgewickelt. Die Vorspannung des Thermoplast-Gewebebandes ist empirisch zu ermitteln. Dabei führt die Vor­ spannung lediglich zu einer elastischen Formänderung des Thermoplast- Gewebebandes, so dass nach dem Abwickeln des Thermoplast-Gewebebandes eine Rückstellung (Rückstell-Effekt) in die ursprüngliche Form des Gewebe­ bandes möglich ist. Die Vorspannung ist so einzustellen, dass kein Walkeffekt in der Prepreg-Lage sichtbar wird, in dem durch das Thermoplast-Gewebeband Wellen von Prepreg vor sich hergeschoben werden.

Die Verweilzeit des aufgewickelten Thermoplast-Gewebebandes ist empirisch zu ermitteln. Bereits mit Erreichen einer vollständigen Bewicklung kann das Thermoplast-Gewebeband wieder abgewickelt werden.

Mit dem unter Vorspannung aufgewickelten Thermoplast-Gewebeband gelingt es, überschüssiges Harz auszupressen und den Überschuss an Harz abzusau­ gen, wobei das verbleibende Harz und das Gewebe weiter verdichtet werden. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Verfahrensschritt eine deutliche Stei­ gerung der Schadentoleranzfestigkeit erzeugt. In diesem Sinne werden sehr engmaschige Prepreg-Lagen verwendet, die eine sehr hohe Knotenhäufung pro Flächeneinheit im Gewebe zeigen. Als Knoten werden dabei im übertrage­ nen Sinne die Auflagepunkte zwischen den gewebten Fäden bezeichnet.

Das Verfahren kann weiterhin dadurch ausgestaltet werden, daß das Prepreg isotrop und vorkompaktiert ist. Im weiteren wird vorgeschlagen, beim Aufrollen einer weiteren Bahn vom Prepreg deren Anfang am Umfang um 180° gegen­ über dem Ende der vorhergehenden Bahn vom Prepreg zu versetzen. Damit werden Stoßkanten und ungleiche Massenverteilungen entlang des Umfangs vermieden.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer rohrförmigen, torsions- und bie­ gesteifen und zugleich schadentoleranten Antriebswelle. Es gelingt somit eine biegesteife Antriebswelle zu erzeugen, die auch bei Stoßschäden eine ausrei­ chend hohe Festigkeit bezüglich der Torsionsfestigkeit ergibt.

Es wurde gefunden, daß durch die Knotenstruktur des Gewebelaminats die Schadentoleranz weiterhin positiv beeinflußt werden kann. Das Herstellungs­ verfahren ist ein Aufwickelverfahren. Es gewährleistet eine gute Rundlaufei­ genschaft der Welle und es wird ein relativ hoher Massendurchsatz erzielt. Zum Aufwickeln ist bereits eine einfache Drehbank mit Wickeldorn geeignet. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erfordert also geringere Investi­ tionen.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels deutlich gemacht. Das Beispiel kommt aus dem Bereich der Luftfahrzeuge. Dementsprechend versteht sich das Beispiel als nicht auf den Bereich der Luftfahrzeuge einge­ schränkt.

Beispielsweise bei den Drehflüglern, insbesondere den Hubschraubern, liefert mindestens eine Antriebsturbine das Drehmoment auf ein Hauptgetriebe und von dort liefert eine Antriebswelle, die Hauptrotorwelle, das Drehmoment zum Rotor und andererseits eine zweite Antriebswelle, die Heckrotorwelle, das Drehmoment zum Heckrotor. Insbesondere die Heckrotorwelle ist auf Grund von dynamischen Bewegungen des Heckauslegers während des Fluges zahl­ reichen mechanischen Beanspruchungen insbesondere Biegebeanspruchun­ gen ausgesetzt. Die Heckrotorwelle ist eine rohrförmige, steife Torsionswelle, die auch Biegungen aufnehmen muß. Sie ist beispielsweise bei einzelnen Hubschraubertypen frei auf dem Heckausleger angeordnet, d. h. sie ist nicht gekapselt. Die Heckrotorwelle arbeitet als unterkritische Welle. Die Heckro­ torwelle wird aus mehreren Wellenabschnitten gefertigt, die über Flansche mit­ einander verbunden sind.

Der mit der Heckrotorwelle verbundene Heckrotor dient zum Ausgleich des Hauptrotordrehmoments und zum Steuern um die Hochachse des Rotors. Für Hauptrotorwelle und Heckrotorwelle existieren hohe physikalische Qualitätsan­ forderungen. Insbesondere die Heckrotorwelle muß bei Stoßschäden noch eine ausreichende Restfestigkeit bezüglich der Torsion besitzen, also eine ho­ he Schadentoleranz haben.

Nach der Erfindung wird auf einem rotierenden Wickeldorn ein Prepreg bzw. ein isotropes Gewebelaminat aufgerollt. Dieses Prepreg ist eine Gewebeflä­ che, die als Bahn aufwickelbar ist. Verwendung findet die bekannte 0°/90° Prepreglage und/oder die +/- 45°- Prepreglage. Eine solche Prepreglage wird allerdings vor dem Aufwickeln vorkompaktiert (komprimiert) unter Vakuum. Dadurch wird die Prepreglage in ihrem quasi-isotropen Zustand verbessert. Es erfolgt dadurch ein Entlüften und ein erstes Absaugen der Matrix. Es wird da­ mit die Lunkerbildung und das Faltenrisiko verringert. Weiterhin reduziert sich der Setzweg der Prepreglage und es kommt zu einer Stabilisierung der Fasero­ rientierung. Eine so vorbereitete Prepreglage wird auf dem vorgewärmten Wic­ keldorn aufgewickelt. Die Breite der Prepreglage kann der Länge des Wickel­ dorns entsprechen, jedoch kann die Breite der Prepreglage auch kleiner als die Länge des Wickeldorns sein. In letzterem Fall sollte die aufzuwickelnde Pre­ preglage in axialer Richtung entlang des Wickeldorns geführt werden. Nach einigen wenigen Umwicklungen wird das Ende der Prepreglage über dem An­ fang der Prepreglage abgelegt.

Die aufgewickelten Prepregbahnen ergeben, wie ein Querschnitt zeigen würde, sogenannte Lagen von Prepreg. Mehrere Prepreglagen bilden ein Gelege. Mit dem Aufwickeln der Prepregbahnen wird die Faserorientierung des Gewe­ bes konsequent eingehalten.

In einem weiteren Schritt werden beispielsweise nach etwa 2 bis 4 Prepregele­ gen (entspricht etwa 4 bis 8 Prepreglagen) diese mit einem definiert vorge­ spannten Thermoplast-Gewebeband bewickelt. In Abhängigkeit verschiedener Einflüsse wie z. B. Rollendurchmesser, Temperatur u. a. kann die Vorspannung des Thermoplast-Gewebandes bei etwa 50 N bis 100 N liegen. Das ist empi­ risch zu ermitteln.

Ein Walkeffekt im Prepreg ist zu vermeiden. Dieses Thermoplast-Gewebeband nutzt den Rückstell-Effekt von Thermoplasten bei elastischer Verformung aus. Dadurch erfolgt ein erneutes Vorkompaktieren der Prepreglage. Die Pre­ preglagen werden dabei entlüftet und es erfolgt eine nochmalige Matrixabsau­ gung und Verdichtung.

Ziel dieses Verfahrensschrittes ist eine weitere Reduzierung des Setzweges, eine weitere Verringerung des Faltenrisikos und der Lunkerbildung. Ebenfalls wird die Faserorientierung in der Prepreglage nochmals stabilisiert.

Das Thermoplast-Gewebeband wird unmittelbar nach der vollständigen Be­ wicklung oder nach einer kurzen Verweilzeit (einige Minuten) wieder entfernt durch Abwickeln.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird nun eine andere Prepregbahn aufge­ wickelt. Das Aufwickeln bzw. Einrollen erfolgt so, daß der Anfang dieser Pre­ preglage um 180° versetzt ist zum Ende der vorhergehenden Prepreglage. Beim Aufwickeln der Prepreglage wird deren Anfang nach jeder vollen Umdre­ hung eine neue Lage bilden. Die Anzahl der aufzutragenden Lagen ist abhän­ gig von der gewünschten Dimensionierung der späteren Antriebswelle.

Es folgt ein erneuter Schritt des Entlüftens und des gleichmäßigen Verdichtens durch ein vorgespanntes Thermoplast-Gewebeband.

Eine der beiden bisher eingerollten Prepreglagen kann beispielsweise eine 0°/90°-Prepreglage sein, die entscheidend ist zur Erzielung einer ausreichen­ den Biegesteifigkeit. Die andere Prepreglage kann eine +/-45°-Prepreglage sein, die die erforderliche Torsionssteifigkeit der späteren Welle erzeugt.

Zur weiteren Erhöhung der Biegesteifigkeit kann in einem weiteren Verfahrens­ schritt der belegte Dorn mit einer Kohlefaser-Uni-Prepreglage aufgewickelt werden. Darauf sollte anschließend eine Glasfaser-Gewebe-Prepreglage auf­ gewickelt werden. Damit wird ein Schutz der Kohlefaser-Uni-Prepreglage er­ reicht. Außerdem wird die Schadenserkennung verbessert. Das Aufwickeln eines Abreissgewebes (Hilfsstoff) dient dem weiteren Entlüften, dem weiteren Absaugen der Matrix und dem Verdichten.

Der Wickeldorn wird mit den so aufgewickelten Prepregs in einen Druckmantel aus Silikon eingeführt, wobei dieser Druckmantel den Wickeldorn radial um­ schließt. Mit Hilfe dieses Druckmantels aus Silikon wird eine gleichmäßige Druckverteilung entlang des komplett belegten Wickeldorns erzielt. Dadurch kann Einfluß genommen werden auf die Erzielung einer gleichmäßigen Wand­ stärke der Antriebswelle, so daß eine hohe Laminatqualität und weniger Un­ wuchten entstehen. Der komplett belegte Wickeldorn mit Druckmantel aus Silikon wird in eine Vakuumhülle eingeführt und durch Evakuieren der Luft aus der Vakuumhülle legt sich die elastische Vakuumhülle (Entlüftungsgestricke) formschlüßig am Druckmantel an. Damit wird ein gleichmäßiger Druck gegen­ über dem Druckmantel aufgebaut, der diesen Druck an den komplett belegten Wickeldorn weitergibt. Es kommt zu einem weiteren Entlüften der Prepregla­ gen. Auf die Anwendung eines Druckmantels kann gegebenenfalls verzichtet werden.

Der sich in einer Vakuumhülle befindende, komplett belegte Wickeldorn, wird zum Aushärten der Prepreglagen in einen Härteofen gegeben. Unter Einhal­ tung einer erforderlichen Temperatur werden die Prepreglagen nach einer Ver­ weildauer im Ofen und dem Einsetzen des Abkühlungsprozesses ausgehärtet. Während des Aufenthalts des Wickeldorns in der Vakuumhülle und im Här­ teofen wird der Preßdruck auf die Prepreglagen sowohl gleichmäßig von außen durch den Druckmantel als auch gleichmäßig von Innen durch den wärmeex­ pandierenden Wickeldorn erhöht.

Der komplett belegte Wickeldorn wird aus dem Härteofen entnommen, abge­ kühlt und aus Vakuumhülle und Druckmantel entfernt. Anschließend wird das gehärtete Rohr vom Wickeldorn abgenommen. Dann wird das Abreissgewebe entfernt und das Rohr auf die gewünschte Länge geschnitten. Die Parameter Länge, Krümmung, Wandstärke und Masse werden vermessen. Sind die ge­ wünschten Parameter erreicht, wird die aus Kohlefaserverbundwerkstoff gefer­ tigte Antriebswelle zur weiteren Montage verwendet.

Mit der so erzeugten Antriebswelle auf Grundlage eines Faserverbundwerk­ stoffes ist eine schadentolerante Antriebswelle vorhanden. Es ist somit eine biegesteife Welle erzeugbar, die auch bei Stoßschäden eine ausreichende Restfestigkeit bezüglich der Torsionsfestigkeit ergibt.

Das Aufwickeln eines isotropen, vorkompaktierten Prepreglage ergibt im Ge­ gensatz zur Wickeltechnik von Fäden eine feinere Knotenstruktur, die eine Verbesserung der Schadenstoleranz d. h. ein verbessertes Aufprall (Impact)- Verhalten ermöglicht. Das engmaschige Gewebe des Prepreg gewährleistet einen relativ hohen Faseranteil und eine hohe Knotenhäufung. Der spiralweise Lagenaufbau bei der hergestellten Antriebswelle verbessert zusätzlich das Im­ pact-Verhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, torsions- und biegesteifen An­ triebswelle, bestehend aus einem Faserverbundwerkstoff, der mindestens aus mehreren, aufgewickelten Bahnen von Prepreg besteht, wobei die Prepreg- Bahnen auf einem abziehbaren Wickeldorn aufgewickelt werden und die auf Lagen von Prepreg-Bahnen aufgewickelte rohrförmige Antriebswelle erhitzt und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vom Wickeldorn auf­ gewickelte Prepreg-Bahnen durch nachfolgendes spiralförmiges Aufwickeln eines vorgespannten Thermoplast-Gewebebandes entlüftet und gleichmäßig verdichtet werden und nach Abwickeln des Thermoplast-Gewebebandes wei­ tere Prepreg-Bahnen aufgewickelt werden, die dann ebenso entlüftet und gleichmäßig verdichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg- Bahn isotrop und vorkompaktiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg- Bahn einer Faserorientierung von ± 45° hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg- Bahn eine Faserorientierung von 0°/90° haben.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufwickeln einer weiteren Bahn von Prepreg deren Anfang am Umfang um 180° gegen­ über dem Ende der vorhergehenden Bahn von Prepreg versetzt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ther­ moplast-Gewebeband mit einer Vorspannung aufgewickelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickeldorn während des Aufwickelns gleichmäßig erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Wickeldorns auf eine Temperatur von etwa 60°C bis 70°C erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Pre­ preg-Lagen als äußere Hülle der Antriebswelle mindestens eine Kohlefaser- Uni-Prepreg-Lage und nachfolgend eine Glasfaser-Gewebe-Prepreg-Lage und abschließend ein Abreissgewebe angeordnet sind.