DE10245501A1

DE10245501A1 - Schaftaufbau mit einer Oberfläche zur Ausbildung von Anschlüssen

Info

Publication number: DE10245501A1
Application number: DE10245501A
Authority: DE
Inventors: Christopher Alan Myers; Douglas James Bradley; Edward A Umin; Ronald Oral Holcomb; Steven Lum
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2003-06-26
Also published as: GB2380239B; GB0216023D0; US20030060295A1; US20040148776A1; US7143510B2; GB2380239A

Abstract

Die vorliegende Erfindung hat den Aufbau eines Verbundschaftes mit metallischen Enden sowie eine Herstellungsmethode für einen solchen Aufbau zum Gegenstand. Der Verbundschaft ist möglichst von verstärkenden Fasern umschlossen. Eine metallische innere Muffe wird in den Hohlraum eines Schaftendes geschoben. Eine metallische äußere Muffe wird über das Schaftende geschoben, in dem sich die innere Muffe befindet. Die äußere Muffe kann strukturelle Eigenheiten wie Erhebungen haben, die eine stabile Verbindung zwischen der Muffe und dem Verbundschaft gewährleisten. Die Muffen werden durch Druck gegen den Verbundschaft gezwängt, wodurch sie den Aufbau bilden. Beide Muffen bestehen aus Metall und bieten deshalb eine Oberfläche, auf der geschweißte Anschlüsse angebracht werden können. Eine bevorzugte Herstellungsmethode für diesen Aufbau sieht vor, die innere Muffe auszuweiten und die äußere Muffe zusammenzudrücken, wodurch beide Muffen gegen den Verbundschaft gepresst werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundschaftaufbau mit einer Oberfläche zum Ausformen von Anschlüssen und hat einen Aufbau zum Gegenstand, der aus einem Verbundschaft und metallischen Muffen besteht. Detaillierter ausgedrückt hat die vorliegende Erfindung einen Aufbau zum Gegenstand, der die mechanische Verbindung innerer und äußerer metallischer Muffen mit einem Verbundschaft vorsieht.
Schäfte aus Verbundwerkstoffen werden normalerweise in Röhrenform hergestellt und bestehen aus faserverstärktem Kunststoff. Die Fasern können aus einem beliebigen faserigen Material bestehen, eingeschlossen Glas und synthetisches Polymer. Die verstärkenden Fasern werden typischerweise so um den röhrenförmigen Verbundwerkstoff gewickelt, dass sie einander in verschiedenen Winkeln kreuzen.
Verbundschäfte werden in einer Vielzahl VUn Anwendungen, unter anderem als Antriebswelle für Fahrzeuge, eingesetzt. Die U. S.-Schrift Nr. 4,041,599 erläutert solch eine Anwendung und ist in vollem Umfang in die Erfindung u. Beschreibung eingegliedert.
Aufgrund ihrer Natur und Struktur als Verbund weisen Verbundschäfte einige Vorteile gegenüber metallischen Schäften auf. Verbundschäfte sind beispielsweise wesentlich leichter als metallische Schäfte, was ihren Transport und ihre Handhabung während der nachfolgenden Montage erleichtert. Außerdem verringert ihr niedriges Gewicht ihren Beitrag zum Gesamtgewicht des Produktes, in dem sie Anwendung finden. Ein solches Produkt könnte z. B. ein Kraftfahrzeug sein. Des weiteren sind Verbundschäfte korrosionsbeständiger und unanfälliger gegen andere Arten der Beschädigung als metallische Schäfte. Als letztes sei erwähnt, dass Verbundschäfte, vor allem aufgrund der Anordnung der Fasern auf der Achse, außerordentlich stabil sind und hohen Belastungen standhalten können.
Aufgrund der Verwendung von faserigem Material kann es sich als schwierig erweisen, einen Anschluss zwischen einem Verbundschaft und einem metallischen Bauteil wie einer Reifennabe herzustellen. Direkt bzw. kontaktgeschweißte Anschlüsse zwischen Verbundschaft und Metall liefern erfahrungsgemäß keine belastbaren und langlebigen Verbindungen auf einer beständigen und zuverlässigen Basis. Es sind viele Verfahren entwickelt worden, um diesen Nachteil zu umgehen. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von metallischen Muffen, auf deren Oberfläche geschweißte Anschlüsse hergestellt werden können. Weitergehend wurden viele Verfahren zur Sicherung dieser Muffen auf dem Verbundschaft untersucht. Die U. S. 4,256,951 beschreibt die integrierte Anordnung von metallischen Verbindungsmuffen im Verbundschaft. Ein anderes Verfahren zur Befestigung der Muffen an der Achse verwendet einen Klebstoff. Die U. S. 4,722,717 beispielsweise sieht eine Reihe von Rillen im metallischen Aufsatz und im Verbundschaft vor. Nachdem sie justiert wurden, bilden die Rillen Keilnuten, in die ein Klebstoff injiziert werden kann. Einmal polymerisiert, bildet der Klebstoff einen Verbund zwischen dem Aufsatz aus Metall und dem Verbundschaft. Als letzter Vorschlag seien die temperaturabhängigen Verfahren zur Befestigung einer metallischen Muffe auf einem Verbundschaft erwähnt.
Hierbei wird eine stark abgekühlte metallische Muffe in einen Verbundschaft eingeführt und nachfolgend erwärmt, so dass sich das Metall ausdehnt. Im ausgedehnten Zustand presst sich die Muffe gegen den Schaft.
Diese verschiedenen Verfahren zur Befestigung metallischer Muffen auf Verbundschäften haben trotz ihrer Funktionalität einige Nachteile. Die integrierte Anordnung von Muffen an einem Schaft zum Beispiel erfordert die Anbringung der Muffen während der Herstellung der Achse. Dieses Erfordernis kann den Herstellungsprozess und weitergehend andere Anwendungen des Verbundschaftes behindern. Der Gebrauch von Klebstoffen erfordert aufwendige Fertigungstechniken. Die temperaturabhängigen Verfahren schließlich machen eine genaue Kontrolle der Herstellungsbedingungen und der Randbedingungen des Fertigungsprozesses notwendig, außerdem treiben sie den Kosten- und Zeitaufwand der Herstellung in die Höhe.
Aufgrund der wesentlichen Vorteile von Verbundschäften steigt die Nachfrage nach diesen Schäften zur Zeit kontinuierlich; einer von verschiedenen Anwendungsbereichen ist die Verwendung der Schäfte als Antriebswellen von Kraftfahrzeugen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines Aufbaus mit dauerhafter Oberfläche, auf der geschweißte Anschlüsse angebracht werden können, ohne dass hierbei zusätzliche Nachteile, etwa lästige Komplikationen beim Fertigungsprozess, entstehen und ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Verbundschaftaufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet demnach einen Aufbau, der aus einem Verbundschaft und metallischen Muffen besteht, wobei letztere eine Oberfläche für die Ausbildung beispielsweise eines geschweißten Anschlusses zur Verfügung stellen. Der Aufbau der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen röhrenförmigen Schaft sowie innere und äußere Muffen aus Metall. Die inneren und äußeren metallischen Muffen liegen an der Innen- bzw. Außenseite des Verbundschaftes an.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Schaftaufbaus, im Sinne der vorliegenden Erfindung teilweise aufgeschnitten;
Fig. 3 stellt einen Querschnitt der Konstruktion längs der Achse 3-3 in Abb. 2 dar;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugten Ausführungsform der Schaftkonstruktion;
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der Schaftkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt eine unvollständige Ansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugten Ausführungsform der Schaftkonstruktion;
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Schaftkonstruktion längs der Achse 7-7 in Abb. 6;
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Schaftaufbaus.
Fig. 1 zeigt eine Antriebswelle für Kraftfahrzeuge in Verbundbauweise, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann.
Fig. 2 zeigt einen Aufbau 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau 10 umfasst eine innere Muffe 12, einen Verbundschaft 14 und eine äußere Muffe 16. Der Verbundschaft 14 ist vorzugsweise ein röhrenförmiges Stabelement, das einen inneren Hohlraum 18 und eine Öffnung 20 hat. Der Verbundschaft 14 hat eine Innenseite 22, durch die eine Grenze des inneren Hohlraumes 18 definiert wird, und außerdem eine Außenseite 24, die dem Hohlraum 18 gegenüberliegt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Antriebswelle für Kraftfahrzeuge 8 als Verbundschaft 14 verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung in jeder Anwendung genutzt werden, die die Ausbildung einer lastabtragenden metallischen Schnittstelle mit einem Verbundschaft erforderlich macht. Weitere Beispiele für geeignete Schäfte sind Spannstangen, Lenksäulen, und halbe Schäfte, wobei diese Aufzählung keine Eingrenzung der Anwendungen darstellt.
Der Verbundschaft 14 umfasst einen Endabschnitt 26 und einen Rumpfabschnitt 28. Zwischen dem Endabschnitt 26 und dem Rumpfabschnitt 28 kann der Verbundschaft 14 außerdem einen konischen Abschnitt 30 aufweisen. Der Verbundschaft 14 ist ein strukturierter, röhrenförmiger, in der technischen Anwendung gebräuchlicher Verbundschaft und besteht aus faserverstärktem Material 32. Das Material 32 bildet die Struktur des Verbundschaftes 14 und weist zumindest an seiner Außenseite eine Reihe von gewundenen Fasern oder Filamenten 34 auf. Vorzugsweise werden nacheinander mehrere Lagen von Faser-Filamenten 34 umeinander gewickelt, wobei die Faser-Filamente 34 jeder Schicht in einem anderen Winkel angeordnet sind als bei den Schichten zuvor. Diese Anordnung der Faser-Filamente 34 verleiht dem Verbundschaft 14 Stabilität.
Herstellungstechniken für Verbundschäfte sind in der technischen Anwendung bekannt und sollen an dieser Stelle nicht im Detail beschrieben werden. Gebräuchlicherweise werden harzbeschichtete Lagen von Filamenten sukzessive umeinander gewickelt. Ein Mantelrohr oder eine Spindel wird zur Unterstützung des entstehenden Schaftes verwendet. Die Faser-Filamente 34 können aus Bor, Glas, Kohle, Graphit, Kevlar, Spectra oder Spectran bestehen, jede beliebige natürliche oder synthetische Faser, auch eine Kombination aus verschiedenen, ist denkbar. Die Auswahl der Faser-Filamente 34 wird von den gewünschten Eigenschaften der Konstruktion abhängen, in welcher der Aufbau 10 letztendlich Anwendung findet, z. B. Stabilität und Gesamtgewicht des Schaftes. Für Anwendungen als Antriebswelle werden aufgrund ihres geringen Gewichtes und ihrer relativ hohen Stabilität Kohlefasern bevorzugt. Alternativ kann jede beliebige natürliche oder synthetische Faser, oder eine Kombination aus solchen, verwendet werden.
Der Verbundschaft 14 hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Alternativ kann der Querschnitt jedoch jede beliebige Form haben, die der speziellen Anwendung, in welcher die Konstruktion 10 verwendet wird, angemessen ist. Beispiele für alternative Querschnittsformen sind unter anderem Quadrat, Rechteck, Dreieck und Sechseck. Die einzige Einschränkung bei der Wahl des Querschnitts des Verbundschaftes 14 ist die, dass es möglich sein muss, sowohl die innere 12 als auch die äußere Muffe 16 gemäß der vorliegenden Erfindung am Verbundschaft 14 anzubringen.
Der Endabschnitt 26 des Verbundschaftes 14 umfasst die Innenseite 22 und die Außenseite 24, auf welchen der Aufbau 10 der vorliegenden Erfindung beruht. Der innere Hohlraum 18 und seine Öffnung 20 erlauben ein zwangfreies Einführen der inneren Muffe 12.
Im Grunde kann der Hohlraum 18 von beliebiger Größe sein. Vorzugsweise soll die Größe so gewählt werden, dass der Hohlraum 18 nach Aufnahme der inneren Muffe 12 nur ein minimales Lagerspiel derselben zulässt. Auf diesen Punkt wird an späterer Stelle genauer eingegangen werden.
Wie man der Abb. 2 deutlich entnehmen kann, ist es wünschenswert, dass der Verbundschaft 14 einen konischen Abschnitt 30 zwischen dem Endabschnitt 26 und dem Rumpfabschnitt 28 aufweist. Der konische Abschnitt 30 stellt eine strukturelle Eigenheit dar, welche die Positionierung der inneren Muffe 12 im Hohlraum 18 des Endabschnittes 26 unterstützt. Zum Beispiel kann der konische Abschnitt 30 eine Schrägfläche auf der Innenseite 22 des Verbundschaftes 14 definieren. Ein Ende der inneren Muffe 12 kann dann eine ergänzende Schrägfläche derart definieren, dass ein Anschlagpunkt beim Einführen der inneren Muffe 12 in den Hohlraum 18 erreicht wird. Der konische Abschnitt 30 definiert eine Schrägfläche auf der Innenseite 22 des Verbundschaftes 14. Ein Ende der inneren Muffe 12 ergänzt diese Schrägfläche derart, dass ein Anschlagpunkt beim Einführen der inneren Muffe 12 in den Hohlraum 18 erreicht wird. Alternativ kann der Schaft auch keinen konischen Abschnitt 30 aufweisen.
Die innere Muffe 12 ist vorzugsweise ein metallisches Bauteil, das in den inneren Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14 passt. Für die innere Muffe 12 kann jedes Metall verwendet werden, das eine schweißbare Oberfläche aufweist. Aufgrund seines geringen Gewichtes, seiner schnellen Verfügbarkeit, und seiner Eigenschaft, stabile Schweißanschlüsse zuzulassen, wird Aluminium bevorzugt. Alternativ können auch Stahl oder andere geeignete Metalle oder Legierungen für die innere Muffe verwendet werden.
Ähnlich dem Verbundschaft 14 ist die innere Muffe 12 vorzugsweise ein röhrenförmiges Bauteil, das innere 36 und äußere 38 Oberflächen aufweist und einen Hohlraum 40 definiert. Der Hohlraum 40 der inneren Muffe 12 kann grundsätzlich jede beliebige Größe und Form haben. Die Größe und die Form des durch die innere Muffe 12 definierten Hohlraumes 40 hängen von der Anwendung ab, in der die Konstruktion 10 Verwendung findet. Alternativ kann die innere Muffe 12 ein massives Bauteil sein, das keinen Hohlraum umgrenzt. In dieser Ausführungsform stellt die innere Muffe einen massiven Stecker dar, der in den Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14 passt. Diese Ausführungsform hat unter anderem den Vorteil, dass sie eine größere Oberfläche aufweist, auf der ein Schweißanschluss hergestellt werden kann. In weiteren alternativen Ausführungsformen kann die innere Muffe jede beliebige Form haben, die es erlaubt, die innere 12 und äußere 16 Muffe gemäß der vorliegenden Erfindung im bzw. um den Schaft herum anzubringen. Auf diesen Punkt wird an späterer Stelle genauer eingegangen werden.
Die innere Muffe 12 hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Alternativ kann der Querschnitt jedoch jede beliebige Form haben, die der speziellen Anwendung, in welcher die Konstruktion 10 Verwendung findet, angemessen ist. Beispiele für alternative Querschnittsformen sind unter anderem Quadrat, Rechteck, Dreieck und Sechseck. Es ist wünschenswert, dass die Außenseite 38 der inneren Muffe 12 eine zur Innenseite 22 des Verbundschaftes 14 passende Oberfläche hat. Das schreibt jedoch nicht vor, dass der durch die innere Muffe definierte Hohlraum 40 eine ähnliche Form haben soll. Tatsächlich können die Außenseite 38 und der Hohlraum 40 der inneren Muffe zwei vollkommen unterschiedliche Formen haben. Zum Beispiel kann die Außenseite 38 einen kreisförmigen Querschnitt haben, passend zu dem röhrenförmigen Verbundschaft 14, während der Hohlraum 40 der inneren Muffe 12 einen quadratischen, rechteckigen, dreieckigen oder sechseckigen Querschnitt aufweist.
Die innere Muffe 12 kann so beschaffen sein, dass sie in ihrer Gesamtheit in den Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14 rutscht. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch weist die innere Muffe 12 drei getrennte Bereiche auf. Wie in Abb. 4 gezeigt, passt ein erster Bereich 42 gemäß der vorangegangenen Beschreibung der inneren Muffe 12 gleitend in den Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14. Ein konischer Bereich 44 definiert ein Winkel 46 in der inneren Muffe 12. Die Kante soll die innere Muffe 12möglichst nach außen hin führen, das heißt eine Ausweitung des zu Verbundschaft 14 gehörigen inneren Hohlraumes 18 sein. Generell jedoch kann jede beliebige Art von Knick, Biegung oder andersartige Unterbrechung der inneren Muffe 12 die Funktion der Kante 46 übernehmen. In Abb. 4 wird deutlich, dass die Kante 46 eine strukturelle Eigenheit der inneren Muffe 12 darstellt, die bei Kontakt mit der Öffnung 20 des Verbundschaftes 14 verhindert, dass die innere Muffe 12 weiter in den Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14 rutscht. Ein äußerer Bereich 48 der inneren Muffe 12 bildet in dieser Ausführungsform einen Flansch 50. Der Flansch bietet eine Oberfläche, auf der das Anbringen eines geschweißten oder andersartigen Anschlusses möglich ist. Wie in den Abb. 4 und 5 dargestellt, kann es sich hierbei beispielsweise um einen geschweißten Anschluss an einen Bereich der äußeren Muffe 16 oder an ein anderes Bauteil handeln. Der Flansch 50 kann außerdem Elemente aufweisen, die ein Ausrichten der inneren Muffe 12 gegenüber der äußeren Muffe 16 und/oder anderen Bauteilen möglich machen, zum Beispiel durchgestoßene Löcher, Gewinde- Löcher, Überhänge, Bügel, oder Haken. Wie in Abb. 4 dargestellt, ist die Kante 46 vorzugsweise so auszubilden, dass die Außenfläche des Flansches 50 ungefähr in Höhe der Mittelachse der Wandstärke des Verbundschaftes 14 liegt.
In einer alternative Ausführungsform, die in Abb. 5 zu sehen ist, verläuft die innere Muffe 12 geradlinig und weist keine Kante 46 auf. Diese Ausführungsform erleichtert die Herstellung des Aufbaus 10 der vorliegenden Erfindung.
Unabhängig von der Form der inneren Muffe 12 muss der äußere Durchmesser 52 der inneren Muffe 12 zumindest die Einführung des Anfangsbereiches 42 in den Hohlraum 18 des Verbundschaftes erlauben. Ein Zwischenraum 54 zwischen der Außenseite 38 der inneren Muffe 12 und dem Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14 soll möglichst so groß sein, dass die innere Muffe 12 in den Hohlraum 18 gleiten kann, gleichzeitig jedoch auch so klein, dass die Kraft, die während des Herstellungsprozesses des Aufbaus 10 benötigt wird, um die innere Muffe 12 gegen die Innenseite 22 des Verbundschaftes 14 zu pressen, minimal bleibt. Unter Berücksichtigung dieser Vorgaben ist der Zwischenraum 54 in einer Größenordnung von näherungsweise 0,1 bis 1,0 mm, idealerweise 0,4 mm, vorzusehen.
Ähnlich der inneren Muffe 12 soll die äußere Muffe 16 möglichst ein Bauteil aus Metall sein. Jedes beliebige Metall, das die Ausbildung von geschweißten Anschlüssen zulässt, kann als äußere Muffe 16 verwendet werden. Es sei wiederholt, dass sich aufgrund seines relativ geringen Gewichts und seiner Eigenschaft, stabile Schweißverbindungen zuzulassen, Aluminium für diesen Zweck anbietet. Alternativ können auch Stahl oder andere geeignete Metalle oder Legierungen verwendet werden.
Die äußere Muffe 16 soll möglichst ein röhrenförmiges Bauteil sein, das eine Innenseite 56 und eine Außenseite 58 hat und einen Hohlraum 60 umschließt. Die äußere Muffe 16 passt über den Endabschnitt 26 des Verbundschaftes 14. Demzufolge darf der Hohlraum 60 der äußeren Muffe 16 grundsätzlich jede beliebige Größe und Form haben, solange er in der Lage ist, den Endabschnitt 26 des Verbundschaftes 14 aufzunehmen. Die Größe und Form des Hohlraumes 60 der äußeren Muffe 16 werden deshalb von der Art der Ausbildung des Endstückes 26 des Verbundschaftes 14 abhängen.
Die äußere Muffe 16 soll möglichst einen kreisförmigen Querschnitt haben. Alternativ kann der Querschnitt der äußeren Muffe 16 jedoch jede beliebige Form haben, die der speziellen Anwendung, in welcher die Konstruktion 10 Verwendung findet, angemessen ist. Beispiele für alternative Querschnittsformen der äußeren Muffe 16 sind Quadrat, Rechteck, Dreieck und Sechseck. Es ist wünschenswert, dass der Hohlraum 60 der äußeren Muffe 16 eine zur Außenseite 24 des Verbundschaftes 14 passende Form hat. Das heißt nicht, dass die Außenseite 58 der äußeren Muffe 16 eine ähnliche Form haben muss. Die Außenseite 58 und der Hohlraum 60 können zwei vollkommen unterschiedliche Formen haben. Zum Beispiel kann der Hohlraum 60 einen kreisförmigen Querschnitt haben, passend zu dem röhrenförmigen Verbundschaft 14, während die Außenseite 58 einen quadratischen, rechteckigen, dreieckigen oder sechseckigen Querschnitt aufweist.
Die äußere Muffe 16 kann so beschaffen sein, dass sie in ihrer Gesamtheit über die Außenseite 24 des Endabschnittes 26 des Verbundschaftes 14 rutscht. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch weist die äußere Muffe 16 drei getrennte Bereiche auf. Diese Ausführungsform ist in Abb. 4 dargestellt. Ein erster Bereich 62 passt gemäß der vorangegangenen Beschreibung der äußeren Muffe 16 gleitend über die Außenseite 24 des Endabschnittes 26 von Verbundschaft 14. Ein konischer Bereich 64 definiert eine Kante 66 in der äußeren Muffe 16. Die Kante 66 soll die äußere Muffe 16 möglichst in Richtung des Hohlraumes 18 des Schaftes führen. Generell jedoch kann jede beliebige Art von Knick, Biegung oder andersartiger Unterbrechung der äußeren Muffe 16 die Funktion der Kante 66 übernehmen. Es ist ersichtlich, dass die Kante 66 eine strukturelle Eigenheit der äußeren Muffe 16 darstellt, die bei Kontakt mit der Öffnung 20 des Verbundschaftes 14 eine weitere Bewegung der äußeren Muffe entlang des Schaftes verhindert.
Ein äußerer Bereich 68 der äußeren Muffe 16 bildet in dieser Ausführungsform einen Flansch 70. Der Flansch 70 bietet eine Oberfläche, auf der das Anbringen eines geschweißten oder andersartigen Anschlusses möglich ist. Wie in den Abb. 2 und 5 dargestellt, kann der Flansch 70 einen geschweißten Anschluss an den Flansch 50 der inneren Muffe 12 oder an ein anderes Bauteil möglich machen. Der Flansch 70 kann außerdem Elemente beherbergen, die ein Ausrichten der äußeren Muffe 16 gegenüber der inneren Muffe 12 und/oder anderen Bauteilen möglich machen, zum Beispiel durchgestoßene Löcher, Gewindelöcher, Überhänge, Bügel, oder Haken. Wie in Abb. 4 dargestellt, ist die Kante 66 der äußeren Muffe 16 vorzugsweise so vorzunehmen, dass die äußere Muffe ein gespiegeltes Abbild der inneren Muffe 12 darstellt. Diese Anordnung sieht vor, dass sich die Oberseite des zur inneren Muffe 12 gehörigen Flansches 50 und die Unterseite des zur äußeren Muffe 16 gehörigen Flansches 70 ungefähr in Höhe der Mittelachse der Wandstärke von Verbundschaft 14 berühren. In einer alternativen Ausführungsform, die in Abb. 5 gezeigt ist, ist die Kante 66 dergestalt ausgebildet, dass sich die beiden Flansche 50 und 70 ungefähr auf Höhe der Innenseite 22 des Verbundschaftes 14 berühren. In dieser Ausführungsform hat die innere Muffe 12 eine durchgehende Oberfläche, das heißt es existiert hier keine Kante 46. Selbstverständlich kann eine beliebige Kombination der Kanten 46 und 66 so vorgenommen werden, dass sich die Flansche 50 und 70 auf jeder gewünschten Höhe relativ zum Verbundschaft 14 treffen.
Unabhängig von der Form der äußeren Muffe 16 muss der innere Durchmesser 72 der äußeren Muffe 16 zumindest das Aufstecken des Anfangsbereiches 62 über den Endabschnitt 26 des Verbundschaftes 14 erlauben. Der Zwischenraum 74 zwischen Innenseite 56 der äußeren Muffe 16 und dem Verbundschaft 14 soll groß genug sein, dass die äußere Muffe 16 über den Endabschnitt 26 des Verbundschaftes 14 gleiten kann, gleichzeitig jedoch auch so klein, dass die Kraft, die während des Herstellungsprozesses des Aufbaus 10 benötigt wird, um die äußere Muffe 16 gegen die Außenseite 24 des Verbundschaftes 14 zu pressen, minimal bleibt. Unter Berücksichtigung dieser Vorgaben ist der Zwischenraum 74 in einer Größenordnung von näherungsweise 0,1 bis 1,0 mm, idealerweise 0,4 mm, vorzusehen.
Die beiden Flansche 50 und 70 sollten möglichst miteinander verbunden werden, sodass sie die Kante 76 bilden. Es sollte möglichst eine Schweißverbindung zum Einsatz kommen, um die Flansche 50 und 70 zu verbinden. Alternativ kann jede beliebige Methode zur Verbindung oder Sicherung gewählt werden, zum Beispiel Nieten, gebohrte Verbindungen mit Schrauben, und Klebstoffe.
Wie in den Abb. 4 und 5 dargestellt, sollte nach dem Anbringen der inneren Muffe 12 und der äußeren Muffe 16 im bzw. um den Schaft herum jeweils eine Seite der Muffen 12 und 16 mit einer Seite des Verbundschaftes 14 Kontakt haben. Jeder Kontaktbereich zwischen den Muffen 12 bzw. 16 und dem Verbundschaft 14 sollte dabei im Schnitt möglichst eine kontinuierliche Verbindungslinie darstellen. Das bedeutet, dass der flächige Kontakt zwischen den Muffen 12 bzw. 16 und dem Verbundschaft 14 im gesamten Überschneidungsbereich erwünscht ist. Alternativ kann der Kontakt auch eine unterbrochene Struktur haben. Es ist außerdem wünschenswert, dass die Außenseite 38 der inneren Muffe 12 mit der Innenseite 22 des Verbundschaftes 14 einen flächendeckenden Kontakt hat. Selbiges gilt für den Kontakt zwischen der Außenseite 24 des Verbundschaftes 14 und der Innenseite 56 der äußeren Muffe 16.
Die Abb. 5 und 6 zeigen eine alternative Ausführungsform des Aufbaus 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind an der äußeren Muffe 16 halbkreisförmige Erhebungen 78 vorhanden. Diese Erhebungen 78 dienen der Bildung eines Mechanismus, der im Aufbau 10 die äußere Muffe 16 am Verbundschaft 14 befestigt. Die Befestigung wird durch komplementäre gewellte Strukturen im Kontaktbereich zwischen der äußeren Muffe 16 und dem Verbundschaft 14 erreicht. Die gewellte Struktur auf der Innenseite 56 der äußeren Muffe 16 wird durch die Erhebungen 78 gebildet. Die Ausbildung der gewellten Struktur auf dem Verbundschaft 14 soll entsprechend den Erhebungen 78 während des Fertigungsprozesses des Aufbaus 10 erfolgen. Hierauf wird an späterer Stelle noch ausführlicher eingegangen werden. Alternativ kann der Schaft auch Vertiefungen enthalten, die in Form und Zuschnitt komplementär zu den Erhebungen 78 sind, und dadurch eine Wellenstruktur bilden. Die Erhebungen 78 sollten möglichst integraler Bestandteil der Innenseite der äußeren Muffe 16 sein und von dieser gebildet werden. Alternativ können die Erhebungen 78 auch gesondert angebrachte Bauteile, vorzugsweise aus Metall, sein. Generell sind die Erhebungen 78 kleine, vorstehende Buckel, die eine leichte Krümmung aufweisen. Vorzugsweise haben die Erhebungen 78 einen kreisförmigen Zuschnitt und sind auf der gesamten Innenseite 56 der äußeren Muffe 16 in regelmäßigen Abständen angeordnet. Besonders wünschenswert ist die Anordnung der Erhebungen 78 in gleichweiten Abständen. Alternativ können die Erhebungen 78 eine längliche oder eine beliebige andersgeartete Form haben, solange der hervorstehende Charakter der Erhebungen 78 im Vergleich zur restlichen Oberfläche, die keine Erhebungen 78 aufweist, erhalten bleibt. Des weiteren können die Erhebungen 78 nach einem beliebigen Muster angeordnet werden, Anordnung nach dem Zufallsprinzip und alleinige bzw. verstärkte Anordnung an Orten mit höherer Belastung eingeschlossen. Letztlich hängen Größe, Form, Position und Ausrichtung der Erhebungen 78 von der jeweiligen Beanspruchung ab, welcher der Aufbau 10 ausgesetzt wird. Die Außenseite 58 der inneren Muffe 12 kann ebenfalls Erhebungen 78 in der Form haben, wie sie im Vorangegangenen für die äußere Muffe 16 beschrieben wurden.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Herstellungsmethode für den Aufbau 10 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Aufbau 10 der vorliegenden Erfindung kann aus seinen Komponenten mit Hilfe eines Kalibrierwerkzeuges hergestellt werden, das die innere Muffe 12 weiten und die äußere Muffe 16 zusammendrücken kann. In einem ersten Schritt 80 der bevorzugten Herstellungsmethode für den Aufbau 10 werden geeignete Komponenten ausgewählt. In diesem Auswahlschritt werden der Verbundschaft 14 sowie die innere Muffe 12 und die äußere Muffe 16 gemäß den Anforderungen, welche die Verwendung der vorliegenden Erfindung an sie stellt, ausgewählt. So wird ein Verbundschaft 14 ausgewählt, welcher auf die Funktion, die er im Einsatz des Aufbaus 10 übernimmt, zugeschnitten ist. Das Material der inneren Muffe 12 sowie der äußeren Muffe 16 wird in Hinblick auf die letztendliche Verwendung des Aufbaus 10 gewählt. Ein weiteres Kriterium für die Auswahl der Muffen 12 und 16 ist außerdem ihre Größe, welche eine gemäß dem Aufbau 10 der vorliegenden Erfindung ausgeführte Verbindung der Muffen mit dem Verbundschaft 14 erlauben muss. Der äußere Durchmesser 52 der inneren Muffe 12 muss so gewählt sein, dass die innere Muffe 12 gleitend in den inneren Hohlraum 18 des Endabschnitts 26 des Verbundschaftes 14 passt. Gleichzeitig muss der äußere Durchmesser 52 der inneren Muffe 12 groß genug sein, die innere Muffe 12 eng an der Innenseite 22 des Endabschnitts 26 anliegen zu lassen. Analog muss der innere Durchmesser 72 der äußeren Muffe 16 so bemessen sein, dass die äußere Muffe 16 über den Endabschnitt 26 gleiten kann. Gleichzeitig muss der äußere Durchmesser 72 so klein sein, dass die äußere Muffe 16 eng anliegend an der Außenseite des Verbundschaftes 14 angebracht werden kann.
Wenn dies erwünscht ist, können die innere Muffe 12 und die äußere Muffe 16 vor dem Anbringen an den Schaft aneinander gesichert werden 82, zum Beispiel durch eine Schweißnaht an der Berührungsfläche der Flansche 50 und 70. Auch andere Befestigungsarten zwischen den Flanschen 50 und 70 sind möglich. Alternativ kann diese Befestigung zu jedem anderen Zeitpunkt des Herstellungsprozesses erfolgen oder ganz weggelassen werden.
In einem nächsten Schritt 84 werden die innere Muffe 12 und die äußere Muffe 16 an den gewünschten Stellen des Endabschnitts 26 ausgerichtet. Hierfür muss zum einen zumindest der Anfangsbereich 42 der inneren Muffe 12 in den Hohlraum 18 des Verbundschaftes 14 geschoben werden, zum anderen muss zumindest der Anfangsbereich 62 der äußeren Muffe 16 über den Endabschnitt 26 des Verbundschaftes 14 gesteckt werden. Sollten die Kanten 46 und 66, oder eine von beiden, vorhanden sein, kann eine exakte Ausrichtung der Muffe(n) 12 und/oder 16 dadurch erreicht werden, dass die Muffe(n) soweit auf den Verbundschaft 14 geschoben wird/werden, bis die Kante(n) 46 und/oder 66 die Öffnung 20 berühren. Wenn der Verbundschaft 14 einen konischen Abschnitt 30 aufweist, kann eine exakte Ausrichtung der inneren Muffe 12 dadurch erreicht werden, dass die innere Muffe 12 soweit in den Verbundschaft 14 geschoben wird, bis sie den konischen Abschnitt 30 des Verbundschaftes 14 berührt.
Sobald die innere Muffe 12 und die äußere Muffe 16 in der gewünschten Einbaulage sind, wird ein Kalibrierwerkzeug von geeigneter Größe am Aufbau 10 angelegt 84. Wenn das Kalibrierwerkzeug nur eine Kalibrierung in einem Arbeitsschritt durchführen kann, sollte möglichst die innere Muffe 12 geweitet werden, bevor die äußere Muffe zusammengepresst wird. Diese Abfolge ist in den Schritten 88 und 90 der Abb. 8 dargestellt. Alternativ kann jedoch auch nach einer andere Reihenfolge vorgegangen werden. Wenn das Werkzeug in der Lage ist, gleichzeitig die innere Muffe 12 zu weiten und die äußere Muffe 16 zusammenzudrücken, werden die entsprechenden Abschnitte des Werkzeugs in der inneren Muffe 12 und um die äußere Muffe 16 herum angesetzt. Das Werkzeug ist so in der Lage, gleichzeitig die innere Muffe 12 zusammenzudrücken und die äußere Muffe 16 zusammenzupressen. Dadurch wird der erforderliche Anpressdruck, sowohl zwischen der Außenseite 56 der inneren Muffe 12 und der Innenseite 22 des Verbundschaftes 14, als auch zwischen der Innenseite 38 der äußeren Muffe 16 und der Außenseite 24 des Verbundschaftes 14, hergestellt. Bei diesem Arbeitsschritt sollte möglichst ein hydraulisches Kalibrierwerkzeug von geeigneter Größe zum Einsatz kommen. Auch ist es wünschenswert, dass das Kalibrierwerkzeug dazu in der Lage ist, gleichzeitig die innere Muffe 12 zu weiten und die äußere Muffe 16 zusammenzupressen. Eine Rohrkalibriermaschine wie die I/O 3000 der Firma Eagle Eaton Leonard, die dazu in der Lage ist, innere wie äußere Durchmesser zu verändern, bietet sich für diesen Arbeitsschritt an.
Sobald das Kalibrierwerkzeug ausgerichtet wurde, wird es in Betrieb gesetzt, um die innere Muffe 12 zu weiten 86 und die äußere Muffe 16 zusammenzudrücken 88. Das Ausweiten und die Komprimierung sollten möglichst gleichzeitig stattimden 92. Deshalb weitet das Kalibrierwerkzeug in der bevorzugten Vorgehensweise die innere Muffe 12, bis der Kontakt zum Verbundschaft 14 hergestellt ist, während sie gleichzeitig die äußere Muffe 16 gegen den Verbundschaft 14 drückt. Durch diesen Vorgang wird die entsprechende Muffe an den Verbundschaft 14 gezwängt, wobei der Aufbau 10 der vorliegenden Erfindung entsteht. Alternativ können die Weitung und die Komprimierung unabhängig voneinander und in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Wenn Erhebungen 78 an einer der Muffen 12 oder 16 vorhanden sind, sollten Ausweitung und Komprimierung fortgesetzt werden, bis eine gewellte Struktur an der Berührstelle der jeweiligen Muffe 12 bzw. 16 und dem Verbundschaft 14 entsteht. Hierdurch wird eine mechanische Sicherung der Muffe 12 bzw. 16 an den Verbundschaft 14 erreicht.
Zuletzt wird der fertige Aufbau 10 vom Kalibrierwerkzeug genommen 94. Der bevorzugte Herstellungsprozess für den Aufbau 10 ist nunmehr durchlaufen.
In der vorangegangenen Beschreibung wurde lediglich die zur Zeit bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt. Dennoch ist ersichtlich, dass für einen Fachmann diverse Konstruktions- und Herstellungsvarianten für einen Verbundschaft mit metallischen Endstücken, wie er Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, nahe liegen können. Die Beschreibung soll keine Einschränkung darstellen, sondern umfasst alle gleichwirkenden Ausführungsformen.

Claims

1. Verbundschaftaufbau (10) mit einer Oberfläche zum Ausformen von Anschlüssen, mit

a) einem Verbundschaft (14), der einen Endabschnitt (26) und einen Rumpfabschnitt (28) aufweist, wobei der der Endabschnitt (26) eine Innenseite (22) und eine Außenseite (24), eine Öffnung (20) und einem Hohlraum (18) aufweist;

b) einer metallischen inneren Muffe (12) mit einer Außenseite (38) und in den Hohlraum (18) des Endabschnittes (26) Verbundschaftes (14) einschiebbar ist, wobei die Außenseite (38) an der Innenseite (22) des Endabschnittes (26) des Verbundschaftes (14) anliegt;

c) einer metallischen äußeren Muffe (16), die eine Innenseite (56) aufweist und über den Endabschnitt (26) des Verbundschaftes (14) aufschiebbar ist, wobei die Innenseite (56) an der Außenseite (24) des Endabschnittes (26) des Verbundschaftes (14) anliegt.

2. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundschaft (14) einen konischen Abschnitt (30) zwischen dem Endabschnitt (26) und dem Rumpfabschnitt (28) aufweist, wobei sich die innere Muffe (12) mindestens von dem konischen Abschnitt (30) bis zur der Öffnung (20) erstreckt.

3. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundschaft (14) Fasern (34) enthält, die aus einem der Materialien Bor, Glas, Graphit, Kevlar, Spectra, oder Spectran bestehen.

4. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (38) der inneren Muffe (12) einen durchgängigen Kontakt mit der Innenseite (22) des Endabschnittes (26) des Verbundschaftes (14) aufweist.

5. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (22) der äußeren Muffe (16) durchgängigen Kontakt mit der Außenseite (24) des Endabschnittes (26) des Verbundschaftes (14) aufweist.

6. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (56) der äußeren Muffe (16) mindestens eine vorstehende Erhebung (78) aufweist und dadurch eine wellenförmige Struktur auf der Innenseite (56) bildet.

7. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (26) des Verbundschaftes (14) komplementär zu der wellenförmigen Struktur auf der Innenseite (56) der äußeren Muffe (16) gewellt ist.

8. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (78) einen kreisförmigen Vorsprung bildet.

9. Verbundschaftaufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Muffe (12) einen ersten Flansch (50) und die äußere Muffe einen zweiten Flansch (70) aufweist.