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2Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Formen zum Herstellen von
Verbundantriebswellen, und insbesondere eine Form zum Herstellen
von Verbundantriebswellen, die dazu konfiguriert ist, eine Verbundantriebswelle
herzustellen, deren Großteil, ausgenommen die gegenüberliegenden
Enden, die als Kraftübertragungsteile der Antriebswelle
dienen, eine Röhrenform mit einem kreisförmigen
Querschnitt aufweist, ähnlich dem einer allgemeinen Welle,
wobei die Form der beiden Enden derart verändert ist, dass
nach dem Formen ein einfaches Entfernen der Antriebswelle von der
Form möglich ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
eine Verbundantriebswelle, die unter Verwendung der Form hergestellt
ist, und die derart konfiguriert ist, dass die Antriebswelle beim
Anbringen eines Verbindungsstücks (Metallankers) an den
einzelnen Enden der Antriebswelle in einem einstückig verbundenen
Zustand, der durch die Verbindungsstücke erreicht wird,
drehen lässt.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Eine
Antriebswelle ist eine Einrichtung, die die Drehkraft eines Motors
oder eines Getriebes auf Triebachsen überträgt,
und die breiten Einsatz in Maschinen findet, darunter Verkehrsmitteln
wie Fahrzeugen, Schiffe und Flugzeuge.
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Eine übliche
Antriebswelle ist aus Metall hergestellt und wird typischerweise
gefertigt, indem ein Röhrenelement und ein Wellengelenkelement
der Welle separat voneinander gefertigt werden, zusammengesetzt werden
und zu einer einzigen Welle verschweißt werden. Im Stand
der Technik werden häufig Antriebswellen aus Stahl oder
Aluminium verwendet. Allerdings weist eine Antriebswelle aus Metall das
Problem auf, dass sie schwer ist und eine niedrige Resonanzfrequenz
in Querrichtung aufweist. Bei Metallantriebswellen von einer Länge
ab zwei Meter kann die Antriebswellenresonanz innerhalb eines Bereichs
der maximalen Drehzahl des Motors liegen, weshalb diese Antriebswellen
aufgrund ihrer geringen Resonanzfrequenz in Querrichtung zerbrechen. Daher
werden zwei Antriebswellen aus Metall, die jeweils eine geringere
Länge von etwa einem Meter aufweisen, separat gefertigt
und miteinander verbunden, um auf diese Weise eine einzelne zusammengesetzte
Antriebswelle zu bilden. Zum Verbinden der zwei kurzen Metallantriebswellen
muss jedoch ein Wellengelenk benutzt werden, was zu einem erhöhten
Gewicht und zu Geräuschen bei Betätigung der Antriebswelle
führt.
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Um
die Probleme üblicher Antriebswellen aus Metall zu lösen,
wurde eine Verbundantriebswelle aus faserverstärktem Verbundmaterial
vorgeschlagen und eingesetzt. Die faserverstärkte Verbundantriebswelle
weist gegenüber üblichen Metallantriebswellen
eine höhere spezifische Steifigkeit, eine höhere
spezifische Festigkeit, eine höhere Resonanzfrequenz und
eine höhere Schwingungsdämpfungsleistung auf,
weshalb auch faserverstärkte Verbundantriebswelle von zwei
Meter Länge oder mehr gefertigt und benutzt werden können.
Wird die Antriebswelle aus faserverstärktem Verbundmaterial
hergestellt, entfällt ferner die Notwendigkeit eines Wellengelenks,
weshalb die Antriebswelle leichter ist und weniger Geräusch
erzeugt. In modernen Ländern werden derartige faserverstärkte
Verbundantriebswellen daher bevorzugt in Spezialanwendungen wie
z. B. Rennwagen oder Flugzeugen verwendet.
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Eine
Verbundantriebswelle des Stands der Technik wird wie folgt hergestellt.
Zunächst wird ein faserverstärktes Verbundmaterial
auf die Umfangsfläche eines Dorns aufgebracht, der einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist und dessen Oberfläche
mit einem Ablösemittel überzogen wird, bevor eine
Kompressionsschicht aus einem Hochpolymer wie Polypropylen oder
Polyethylen darauf aufgewickelt wird. Anschließend wird
um den Dorn mit dem Verbundmaterial ein Vakuumbeutel aus einer Hochtemperaturnylonfolie
gelegt, woraufhin äußere Quellen eine hohe Temperatur
und einen hohen Druck an das Innere des Vakuumbeutels anlegen, wobei
das Innere des Vakuumbeutels mit Hilfe einer Vakuumpumpe im Vakuumzustand
gehalten wird, wodurch das Verbundmaterial gehärtet wird.
Nach vollständiger Aushärtung des Verbundmaterials
auf dem Dorn wird der Dorn aus dem gehärteten faserverstärkten
Verbundmaterial entfernt, womit die Verbundantriebswelle fertiggestellt
ist.
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Ein
weiteres übliches Verfahren zum Herstellen von Verbundantriebswellen
wurde in der
koreanischen Patentschrift
Nr. 241232 offenbart. Das Verfahren umfasst Folgendes:
Aufbringen eines faserverstärkten Verbundmaterials auf
die Umfangsfläche eines Dorns, der mit einem Ablösemittel überzogen wurde;
Einführen eines wärmeschrumpfbaren Tubus, der
aus einem wärmeschrumpfbaren Material hergestellt ist,
ausgewählt aus der Gruppe vernetztes Polyolefin, Polyethylen
und Polypropylen, in das auf die Oberfläche des Dorns aufgebrachte
faserverstärkte Verbundmaterial; Erwärmen des
wärmeschrumpfbaren Tubus in einem Ofen, wodurch das Kunstharz
in das faserverstärkte Verbundmaterial abgeben wird und
das faserverstärkte Verbundmaterial gehärtet wird;
und Entfernen des gehärteten faserverstärkten Verbundmaterials
vom Dorn, wodurch eine Verbundantriebswelle bereitgestellt wird.
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Alle
anhand der beschriebenen Verfahren des Stands der Technik hergestellten
Verbundantriebswellen weisen eine Röhrenform mit einem
konstanten Querschnitt vom einen bis zum anderen Ende auf. Es wurden
bereits die verschiedensten Verfahren zum Verbinden von Verbindungsstücken (Metallankern)
mit den gegenüberliegenden Enden üblicher Verbundantriebswellen
aktiv untersucht und entwickelt. Übliche Verfahren zum
Verbinden von Verbindungsstücken (Metallankern) mit den
gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle lassen
sich in Verfahren der mechanischen Befestigung und der Klebeverbindung
unterteilen.
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Zur
mechanischen Befestigung wird das Verbundmaterial durchbohrt, woraufhin
ein Verbindungsstück mit Hilfe von Stiften, Schrauben oder
Nieten mechanisch an der Bohrung eines jeweiligen Endes des Verbundmaterials
befestigt wird. Eine solche mechanische Befestigung weist jedoch
das Problem auf, dass der Bohrvorgang die Struktur des Verbundmaterials
der Antriebswelle beschädigen kann, da die Fasern des Verbundmaterials
bei der Durchbohrung zerstört werden. Da zudem das Verbundmaterial
ein anisotropes Material ist, kann es am mechanisch befestigten
Teil des Verbundmaterials einen höheren Spannungskonzentrationsfaktor
aufweisen, als dies bei einem isotropen Material der Fall wäre. Ein
weiteres Problem der mechanischen Befestigung liegt darin, dass
der Abschnitt des Verbundmaterials, an dem die Spannungskonzentration
vorliegt, leicht ermüdet, wenn er wiederholter Belastung
ausgesetzt wird, und dass aufgrund der Asymmetrie des mechanisch
befestigten Teils leicht Geräusche und Vibrationen im mechanisch
befestigten Teil entstehen.
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Im
Vergleich zur mechanischen Befestigung weist die Klebeverbindung
den Vorteil auf, dass sie eine Last über einen größeren
Bereich verteilen kann, und dass keine Bohrungen im Verbundmaterial vorgenommen
werden müssen, wodurch die Beschädigung der Fasern
des Verbundmaterials vermieden wird. So kann bei einer Klebverbindung
das angeklebte Teil effizient einer wiederholten Belastung standhalten
und ermüdet weniger schnell, und es entstehen zudem weniger
Geräusche und Vibrationen als bei der mechanischen Befestigung.
Bei der Klebeverbindung muss jedoch die Oberfläche des angeklebten
Produkts behandelt werden, und es bestehen Einschränkungen
in Bezug auf Temperatur, Feuchtigkeit usw. Auch unterliegt die Festigkeit
des angeklebten Teils starken Schwankungen, abhängig von
den Fertigkeiten des Personals, das den Klebeprozess durchführt.
Da Haftmittel, die für Klebeverbindungen benutzt werden,
einen hohen Sprödigkeitsindex aufweisen, ist es nahezu
unmöglich, Klebeverbindungen an eine Struktur anzupassen,
die wiederholten Belastungen ausgesetzt ist, oder die einer Belastung
oder einem Drehmoment unterliegt, die höher sind als die
Haftfestigkeit des Haftmittels, das für die Klebeverbindung
benutzt wird.
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Um
die Probleme üblicher Verfahren zum Verbinden der Verbindungsstücke
mit einer Verbundantriebswelle auszuräumen, wurden daher
verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Um die Verbindungsstücke
(Metallanker) mit den gegenüberliegenden Enden einer Verbundantriebswelle
zu verbinden, schlägt z. B. die
koreanische Patentschrift Nr. 432991 ein
Wärmeverbindungsverfahren vor, die ungeprüfte
koreanische Anmeldung Nr. 2004-0006568 schlägt ein
Wärmepressverbindungsverfahren vor, die
koreanische Patentschrift Nr. 515800 schlägt
ein mechanisches Pressverbindungsverfahren vor, und die
koreanische Patentschrift Nr. 526020 schlägt
ein Pressverbindungs- und Wärmeverbindungsverfahren unter Verwendung
eines Ringeinsatzes vor. Die oben erwähnten üblichen
Verfahren, die sich die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften
von zwei Materialien zu Nutze machen, weisen das Problem auf, dass
sie komplizierte Verfahrensweisen erfordern, wobei eine Erwärmung
und/oder Abkühlung ausgeführt werden muss, um
die beiden Materialien zu verbinden, und externe Kraft angewandt
werden muss, um die mechanische Verbindung der zwei Materialien
zu erreichen.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, dass die Probleme
der Verfahren des Stands der Technik aus der Tatsache herrühren,
dass die üblichen Verbundantriebswellen röhrenförmig sind
und vom einen bis zum anderen Ende einen konstanten Querschnitt
aufweisen. Um die Probleme des Stands der Technik zu überwinden,
hat der Erfinder die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung einer
Form getätigt, die dazu in der Lage ist eine Verbundantriebswelle
herzustellen, welche derart konfiguriert ist, dass ein Verbindungsstück
leicht mit den Enden der Welle verbunden werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Die
vorliegende Erfindung wurde daher im Hinblick auf die oben beschriebenen
Probleme des Stands der Technik getätigt, und es ist ihr
Ziel, eine Form zum Herstellen einer Verbundantriebswelle bereitzustellen,
die dazu konfiguriert ist, eine Verbundantriebswelle herzustellen,
deren Großteil, ausgenommen die gegenüberliegenden
Enden, die als Kraftübertragungsabschnitte der Antriebswelle
dienen, eine Röhrenform mit einem kreisförmigen
Querschnitt aufweist, ähnlich dem einer allgemeinen Welle,
und die nach dem Formen leicht von der Form entfernt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung soll außerdem eine Verbundantriebswelle
bereitstellen, die unter Verwendung der Form hergestellt ist, und
die derart konfiguriert ist, dass die Antriebswelle beim Anbringen
eines Verbindungsstücks (Metallankers) an den einzelnen
Enden der Antriebswelle in einem einstückig verbundenen
Zustand, der durch die Verbindungsstücke erreicht wird,
drehen lässt.
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Technische Lösung
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In
einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Form zum Herstellen
einer Verbundantriebswelle bereit, welche über den Großteil
ihrer Längserstreckung eine kreisförmige Röhrenform ähnlich
einer allgemeinen Welle aufweist, mit Ausnahme von gegenüberliegenden
Enden, die als Kraftübertragungsabschnitte dienen, wobei
die Form Folgendes umfasst: ein mittleres Formmodul und ein Paar
seitliche Formmodule, wobei die seitlichen Formmodule durch Aufschieben
abnehmbar an gegenüberliegenden Seiten des mittleren Formmoduls angebracht
sind, wodurch die kreisförmige Röhrenform der
Form gebildet wird. Das mittlere Formmodul kann Folgendes umfassen:
ein Paar Flächenabschnitte, die eine zum größten
Teil runde Fläche aufweisen, ausgenommen an Teilen, die
ihrem ersten Ende entsprechen; und ein Paar Arretierabschnitte, die
derart konfiguriert sind, dass sich die seitlichen Formmodule von
den gegenüberliegenden Seiten des mittleren Formmoduls
abnehmen lassen, indem sie an den Arretierabschnitten entlang in
Längsrichtung von einem Ende des mittleren Formmoduls aus verschoben
werden. Die seitlichen Formmodule können jeweils Folgendes
umfassen: einen Flächenabschnitt, der eine zum größten
Teil runde Fläche aufweist, ausgenommen an einem Teil eines
zweiten Endes desselben, das dem ersten Ende des mittleren Formmoduls
gegenüberliegt; und einen Arretierabschnitt, der derart
konfiguriert ist, dass die Arretierabschnitte der seitlichen Formmodule
sich von den Arretierabschnitten des mittleren Formmoduls durch Verschieben
in Längsrichtung abnehmen lassen.
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Ferner
können die ersten Enden der Flächenabschnitte
des mittleren Formmoduls und die zweiten Enden der Flächenabschnitte
der seitlichen Formmodule jeweils Vertiefungen aufweisen, die die Kraftübertragungsabschnitte
der Verbundantriebswelle bilden, und die derart konfiguriert sind,
dass unabhängig davon, an welcher Position in Querrichtung die
Vertiefungen durchschnitten werden, die Länge der Flächenabschnitte
in Querrichtung konstant gehalten werden kann, und derart, dass
das mittlere Formmodul und die seitlichen Formmodule sich nach dem
Formen der Verbundantriebswelle von der Verbundantriebswelle entfernen
lassen.
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Ferner
sind die Vertiefungen jeweils symmetrisch zu der runden Fläche
eines zugehörigen Flächenabschnitts konfiguriert,
und können einen gerundeten Vertiefungsabschnitt umfassen,
der von einem Ende des Flächenabschnitts aus längs
verlaufend bis zu einer Position ausgebildet ist, die um eine vorbestimmte
Strecke vom Ende beabstandet ist, und einen geneigten Vertiefungsabschnitt,
der sich von dem gerundeten Vertiefungsabschnitt in Längsrichtung
bis zu der gerundeten Fläche des Flächenabschnitts
erstreckt, derart, dass der geneigte Vertiefungsabschnitt eine gerundete
Fläche bildet.
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Die
Arretierabschnitte des mittleren Formmoduls können jeweils
eine Flächenstruktur aufweisen, die derart konfiguriert
ist, dass der Arretierabschnitt eines zugehörigen seitlichen
Formmoduls in Schiebeeingriff mit dem Arretierabschnitt des mittleren
Formmoduls gelangen kann, und die eine obere Längsarretierungsnut
und eine untere Längsarretierungsnut umfasst; und der Arretierabschnitt
der beiden seitlichen Formmodule kann einen oberen Längsarretierungsvorsprung
und einen unteren Längsarretierungsvorsprung umfassen,
die jeweils in Eingriff mit der oberen Längsarretierungsnut
bzw. der unteren Längsarretierungsnut eines zugehörigen
Arretierabschnitts des mittleren Formmoduls gelangen können.
Dabei können die Vertiefungen im mittleren Formmodul mit
einem Winkel von 90° in Bezug auf die Vertiefungen in den
seitlichen Formmodulen winkelversetzt sein.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswelle
bereit, die unter Verwendung der Form hergestellt wurde, und die über
den Großteil ihrer Längserstreckung eine kreisförmige
Röhrenform ähnlich der Form einer allgemeinen
Welle aufweist, mit Ausnahme von gegenüberliegenden Enden
derselben, die als Kraftübertragungsabschnitte dienen,
wobei die Kraftübertragungsabschnitte jeweils äußere
Vertiefungen und innere Vorsprünge aufweisen, die derart
konfiguriert sind, dass unabhängig davon, wo die Antriebswelle, die
die Vertiefungen und Vorsprünge aufweist, in Querrichtung
durchschnitten wird, ihre Dicke und Länge in Querrichtung
konstant gehalten werden kann, und derart, dass sich das mittlere
Formmodul und das seitliche Formmodul der Form nach dem Formen der
Verbundantriebswelle von der Verbundantriebswelle entfernen lassen.
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Die äußeren
Vertiefungen können jeweils symmetrisch zu der runden Fläche
der kreisförmigen, röhrenförmigen Antriebswelle
konfiguriert sein, und umfassen einen gerundeten Vertiefungsabschnitt, der
von einem Ende der Antriebswelle aus längs verlaufend bis
zu einer Position ausgebildet ist, die um eine vorbestimmte Strecke
vom Ende beabstandet ist, und einen geneigten Vertiefungsabschnitt,
der sich von dem gerundeten Vertiefungsabschnitt in Längsrichtung
bis zu der gerundeten Fläche der Antriebswelle erstreckt,
derart, dass der geneigte Vertiefungsabschnitt eine gerundete Fläche
bildet. Die äußeren Vertiefungen, die an einem
ersten Ende der kreisförmigen, röhrenförmigen
Antriebswelle ausgebildet sind, und die äußeren
Vertiefungen, die an einem zweiten Ende der kreisförmigen,
röh renförmigen Antriebswelle ausgebildet sind,
können dabei in einem Winkel von 90° zueinander
winkelversetzt sein.
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Bei
der vorliegenden Erfindung können die Arretierabschnitte
des mittleren Formmoduls und der seitlichen Formmodule derart konfiguriert
sein, dass die seitlichen Formmodule sich vom mittleren Formmodul
abnehmen lassen, indem die seitlichen Formmodule vom mittleren Formmodul
aus in Querrichtung nach außen gezogen werden; und an den
Enden der Form kann ein Verbindungselement vorgesehen sein, das
dazu dient, die seitlichen Formmodule und das mittlere Formmodul
zu einem einzigen Körper zusammenzufügen, indem
die seitlichen Formmodule am Ende der Form mit dem mittleren Formmodul
verbunden werden.
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Kurz
gefasst, stellt die vorliegende Erfindung eine Form zum Herstellen
einer Verbundantriebswelle bereit, deren Großteil, ausgenommen
gegenüberliegende Enden, die als Kraftübertragungsabschnitte dienen,
eine Röhrenform mit einem kreisförmigen Querschnitt
aufweist, ähnlich wie eine allgemeine Welle, wobei die
Form ihrer beiden Enden derart verändert ist, dass die
Antriebswelle nach dem Formen leicht aus der Form entnommen werden
kann. Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswelle
bereit, die unter Verwendung der Form hergestellt ist, und die derart
konfiguriert ist, dass die Antriebswelle beim Anbringen eines Verbindungsstücks
(Metallankers) an den einzelnen Enden der Antriebswelle in einem
einstückig verbundenen Zustand, der durch die Verbindungsstücke
erreicht wird, drehen lässt.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Wie
oben beschrieben, weist die Form gemäß der vorliegenden
Erfindung den Vorteil auf, dass sie eine Verbundantriebswelle herstellen
kann, deren Großteil, mit Ausnahme von gegenüberliegende
Enden, die als Kraftübertragungsabschnitte dienen, eine
Röhrenform mit einem kreisförmigen Querschnitt
aufweist, ähnlich wie eine allgemeine Welle, und dass sie
es zulässt, dass die Antriebswelle nach dem Formen leicht
von der Form entfernt werden kann.
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Ferner
wird die Verbundantriebswelle gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung der Form hergestellt, derart, dass die
Antriebswelle einen Aufbau aufweist, wobei die Antriebswelle beim
Anbringen der jeweiligen Verbindungsstücke (Metallanker)
an den gegenüberliegenden Enden der Antriebswelle in einem
einstückig verbundenen Zustand gedreht werden kann, der
durch die Verbindungsstücke erreicht wird, und auf diese
Weise auch ein hohes Drehmoment effizient übertragen kann.
Mit anderen Worten, die Verbundantriebswelle der vorliegenden Erfindung
kann, anders als bei einem üblichen Kraftübertragungsverfahren
wie der mechanischen Befestigung und der Klebeverbindung, die Kraft
direkt übertragen, weshalb die Verbundantriebswelle der vorliegenden
Erfindung auch ein hohes Drehmoment effizient übertragen
kann.
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Ferner
beseitigt die Verbundantriebswelle der vorliegenden Erfindung die
Notwendigkeit, an ihren Enden Bohrungen auszubilden, weshalb eine Spannungskonzentration
verhindert werden kann, die sonst an den Bohrungen auftreten würde.
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Ferner
verwendet die Verbundantriebswelle der vorliegenden Erfindung kein
Kraftübertragungsverfahren unter Benutzung eines Haftmittels,
weshalb die Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung entfällt,
und verwendet kein Haftmittel, weshalb sie nicht dem Einfluss veränderlicher
Klimabedingungen wie Temperatur oder Feuchtigkeit unterliegt.
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Außerdem
kann die Verbundantriebswelle der vorliegenden Erfindung nahezu
permanent benutzt werden, bis der Wellenkörper selbst bricht,
da es nicht zu Brüchen an einer Bohrung oder einer Klebefläche
kommt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Form zum Herstellen
von Verbundantriebswellen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau eines
mittleren Formmoduls darstellt, das die Form aus 1 bildet,
betrachtet vom Endabschnitt A;
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3 ist
eine Seitenansicht, die den Aufbau des mittleren Formmoduls darstellt,
das die Form aus 1 bildet, betrachtet vom Endabschnitt
B;
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4 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die
die Struktur eines Paars seitlicher Formmodule darstellt, die die
Form aus 1 bilden, betrachtet vom Endabschnitt
B;
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5 ist
eine Seitenansicht, die die Struktur der seitlichen Formmodule darstellt,
die die Form aus 1 bilden, betrachtet vom Endabschnitt
A;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht einer Verbundantriebswelle, die unter
Verwendung der Form der vorliegenden Erfindung aus 1 hergestellt
wurde;
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7 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die
ein Ende der Welle gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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Beste Art der Ausführung der
Erfindung
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Im
Folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen einer Form
zum Herstellen von Verbundantriebswellen sowie einer Verbundantriebswelle, die
unter Verwendung der Form gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde, detailliert beschrieben werden.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Form zum Herstellen
von Verbundantriebswellen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine
vergrößerte Ansicht, die den Aufbau eines mittleren
Formmoduls darstellt, das die Form aus 1 bildet,
betrachtet vom Endabschnitt A. 3 ist eine
Seitenansicht, die den Aufbau des mittleren Formmoduls darstellt,
das die Form aus 1 bildet, betrachtet vom Endabschnitt
B. 4 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht, die die Struktur eines Paars seitlicher Formmodule darstellt,
die die Form aus 1 bilden, betrachtet vom Endabschnitt
B. 5 ist eine Seitenansicht, die die Struktur der
seitlichen Formmodule darstellt, die die Form aus 1 bilden,
betrachtet vom Endabschnitt A. 6 ist eine
perspektivische Ansicht einer Verbundantriebswelle, die unter Verwendung
der Form der vorliegenden Erfindung aus 1 hergestellt
wurde. 7 ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht, die ein Ende der Welle gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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Wie
in 1 bis 5 gezeigt, weist die Form 100 zum
Herstellen von Verbundantriebswellen gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Größe
auf, die dem Durchmesser und der Länge einer gewünschten
Verbundantriebswelle 200 entspricht, die in 6 gezeigt
ist. Die Form 100 umfasst ein mittleres Formmodul 110 und
zwei seitliche Formmodule 120, die durch Aufschieben abnehmbar an
den gegenüberliegenden Enden des mittleren Formmoduls 110 angebracht
sind. Die Form 100 ist derart konfiguriert, dass sie größtenteils
eine kreisförmige Röhrenform aufweist, mit Ausnahme
der gegenüberliegenden Enden.
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Das
mittlere Formmodul 110 umfasst zwei Flächenabschnitte 111 (im
Folgenden auf Grundlage der Figuren als „oberer und unterer
Flächenabschnitt” bezeichnet) und zwei Arretierabschnitte 115 (im
Folgenden auf Grundlage der Figuren als „oberer und unterer
Arretierabschnitt” bezeichnet). Der Großteil des
oberen und des unteren Flächenabschnitts 111 weist
eine gerundete Fläche auf, mit Ausnahme eines Teils an
jeweils einem Ende derselben. Außerdem weisen der obere
und untere Flächenabschnitt 111 jeweils Vertiefungen 112 auf,
die beim Formen einen ersten Kraftübertragungsabschnitt 210 an
einem ersten Ende der Antriebswelle 200 ausbilden. Dabei ist
die Vertiefung 112 derart konfiguriert, dass, wenn das
mittlere Formmodul 110 mit den Vertiefungen 112 an
einer beliebigen Stelle in Querrichtung durchschnitten wird, die
Länge in Querrichtung (die Umfangslänge) der Flächenabschnitte 111 des
mittleren Formmoduls 110 konstant bleibt, und derart, dass das
mittlere Formmodul 110 sich leicht von der Verbundantriebswelle 200 entfernen
lässt, wenn die Antriebswelle 200 vollständig
geformt ist. Wenn die Vertiefung 112 derart konfiguriert
ist, dass die Länge des oberen und unteren Flächenabschnitts 111 in
Querrichtung an jeder Stelle konstant ist, wie oben beschrieben,
lässt sich das Verbundmaterial derart um die Form wickeln,
dass Wicklungen des Verbundmaterials dieselbe Länge aufweisen,
unabhängig von der Position der Form 100, wodurch
verhindert wird, dass sich beim Aufschichten des Verbundmaterials auf
der Form 100 an den Enden der Form 100 Rillen bilden,
wenn eine Verbundantriebswelle hergestellt wird. Es ist daher leicht,
die Verbundantriebswelle 200 unter Verwendung der Form 100 herzustellen. Ferner
sind die jeweiligen Vertiefungen 112, die am oberen und
unteren Flächenabschnitt 111 ausgebildet sind,
vorzugsweise mit einem Winkel von 180° zueinander winkelversetzt.
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Wie
beispielsweise im Detail in 2 gezeigt,
weisen die Vertiefungen 112 jeweils einen gerundeten Vertiefungsabschnitt 112a und
einen geneigten Vertiefungsabschnitt 112b auf. Der gerundete
Vertiefungsabschnitt 112a ist in Längsrichtung
verlaufend von einem Ende der Form bis zu einer Position ausgebildet,
die um eine bestimmte Strecke von dem Ende beabstandet ist, und
ist symmetrisch zu der runden Fläche des oberen und unteren
Flächenabschnitts 111 konfiguriert. Der geneigte
Vertiefungsabschnitt 112b erstreckt sich in Längsrichtung
vom gerundeten Vertiefungsabschnitt 112a bis zu der gerundeten
Fläche des unteren und des oberen Flächenabschnitts 111 nach
innen, derart, dass eine gerundete Fläche gebildet wird.
Indem die Vertiefung in der oben beschriebenen Weise konfiguriert
ist, lässt sich die Länge des oberen und des unteren
Flächenabschnitts 111 in Querrichtung konstant
halten, auch wenn die Vertiefung 112 an einer beliebigen
Stelle durchschnitten wird. Wird die Vertiefung 112 dagegen
in Längsrichtung durchschnitten, kann zwischen den abgetrennten
Teilen der Vertiefung 112 eine geringfügige Längendifferenz
in Längsrichtung des oberen und des unteren Flächenabschnitts 111 vorliegen.
Wird allerdings beim Aufschichten des Verbundmaterials auf die Form 100 die
Flexibilität des Verbundmaterials ausgenutzt, wirkt sich
die geringfügige Längsdifferenz in Längsrichtung
des oberen und des unteren Flächenabschnitts 111 kaum
auf die Herstellung der Verbundantriebswelle 200 aus. Selbst wenn
aufgrund der geringfügigen Längendifferenz in Längsrichtung
eine Rille an einem Ende der Verbundwelle zurückbleibt,
kann die Antriebswelle effektiv benutzt werden, ohne dass eine Nachbearbeitung
oder ein anschließendes Beschneiden zum Entfernen des gerillten
Endes von der Antriebswelle erforderlich ist.
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Solange
also in der Ausführungsform die Vertiefung 112 derart
konfiguriert ist, dass die Länge des oberen und des unteren
Flächenabschnitts 111 in Querrichtung konstant
gehalten werden kann, wenn die Vertiefung an einer beliebigen Stelle
in Querrichtung durchschnitten wird, und derart, dass sich das mittlere
Formmodul 110 nach dem vollständigen Formen der
Antriebswelle 200 leicht von der Verbundantriebswelle 200 entfernen
lässt, kann die Form der Vertiefung zu unterschiedlichen
Formen abgeändert werden, beispielsweise zu einer Trapezform.
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Der
linke und der rechte Arretierabschnitt 115 des mittleren
Formmoduls 110 sind derart konfiguriert, dass die zwei
seitlichen Formmodule 120 durch Aufschieben abnehmbar an
den gegenüberliegenden Seitenflächen des mittleren
Formmoduls 110 angebracht werden können. Mit anderen
Worten, der linke und der rechte Arretierabschnitt 115 des
mittleren Formmoduls 110 weisen eine bestimmte Flächenstruktur
auf, die eine obere Längsarretierungsnut 116 und
eine untere Längsarretierungsnut umfasst, die dazu dienen,
mit der Arretierfläche eines zugehörigen seitlichen
Formmoduls 120 in Eingriff zu gelangen. Wenn die zwei seitlichen
Formmodule 120 am linken und rechten Arretierabschnitt 115 des
mittleren Formmoduls 110 angebracht werden sollen, können
die seitlichen Formmodule 120 in Eingriff mit dem linken
und dem rechten Arretierabschnitt 115 gelangen, indem die
seitlichen Formmodule 120 in Längsrichtung von
einem ersten zu einem zweiten Ende des mittleren Formmoduls 110 geschoben
werden, derart, dass zum Abnehmen der seitlichen Formmodule 120 vom
linken und rechten Arretierabschnitt 115 die seitlichen
Formmodule 120 in Längsrichtung bewegt werden
müssen, bis sie vollständig von dem linken und
rechten Arretierabschnitt 115 entfernt worden sind.
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Solange
also der linke und der rechte Arretierabschnitt 115 derart
konfiguriert sind, dass sich die seitlichen Formmodule 120 durch
Aufschieben der seitlichen Formmodule in Längsrichtung
von einem ersten zu einem zweiten Ende des mittleren Formmoduls 110 abnehmbar
am mittleren Formmodul 110 anbringen lassen, können
die Arretierungsnuten am linken und rechten Arretierabschnitt 115 anstelle
der oberen und unteren Arretierungsnut 116 und 117 auch
als ein anderer Typ Arretierungsnut ausgebildet sein, beispielsweise
als eine trapezförmige Arretierungsnut, ohne dass die Funktionalität
der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt wird.
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In
der Ausführungsform sind die zwei seitlichen Formmodule 120 derart
konfiguriert, dass sie durch Aufschiebeeingriff abnehmbar am linken
bzw. rechten Arretierabschnitt 115 des mittleren Formmoduls 110 angebracht
sind. Mit anderen Worten, die beiden seitlichen Formmodule 120 umfassen
jeweils einen Flächenabschnitt 121 und einen Arretierabschnitt 125.
Der Großteil des Flächenabschnitts 121 der
beiden seitlichen Formmodule 120 weist eine runde Fläche
auf, mit Ausnahme eines Teils eines Endes derselben. Ferner weist
der Flächenabschnitt 121 der beiden seitlichen
Formmodule 120 an seinem Ende jeweils eine Vertiefung 122 auf,
die beim Formen den zweiten Kraftübertragungsabschnitt
der Verbundantriebswelle 200 ausbildet. Die Vertiefung 122,
die in den zwei seitlichen Formmodulen 120 ausgebildet
ist, ist derart konfiguriert, dass ihre Form derjenigen der Vertiefung 112 entspricht,
die im mittleren Formmodul 110 ausgebildet ist, und erfüllt
auf diese Weise die gleiche Funktion wie die Vertiefung 112.
In einer Längsrichtung sind die Vertiefungen 122 der
zwei seitlichen Formmodule 120 jeweils an einer Position
gegenüber den Vertiefungen 112 des mittleren Formmoduls 110 angeordnet.
Dabei sind die Vertiefungen 122 vorzugsweise mit einem
Winkel von 90° zu den Vertiefungen 112 des mittleren
Formmoduls 110 versetzt. Wenn die Vertiefungen 112 und 122 des
mittleren Formmoduls 110 und der seitlichen Formmodule 120 in
einem Winkel von 90° zueinander winkelversetzt sind, wie
oben beschrieben, können der erste und der zweite Kraftübertragungsabschnitt 210 und 220 hergestellten
Verbundantriebswelle 200 eine gleichförmige Kraftübertragungsfunktion
ausüben. Wenn die Verbundantriebswelle 200 vollständig
geformt wurde, können das mittlere Formmodul 110 und
die seitlichen Formmodule 120 zudem leicht von der hergestellten
Verbundantriebswelle 200 entfernt werden, indem die Formmodule 110 und 120 in
eine Richtung entgegen ihren jeweiligen Vertiefungen 112 und 122 bewegt
werden.
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Die
Arretierabschnitte 125 der zwei seitlichen Formmodule 120 sind
derart konfiguriert, dass sie durch Aufschiebeeingriff abnehmbar
am linken bzw. rechten Arretierabschnitt 115 des mittleren Formmoduls 110 angebracht
sind. Im Detail weist der jeweilige Arretierabschnitt 125 der
beiden seitlichen Formmodule 120 eine bestimmte Flächenstruktur auf,
die durch Aufschieben in Eingriff mit einer zugehörigen
Struktur am linken bzw. rechten Arretierabschnitt 115 des
mittleren Formmoduls 110 gelangen kann. Um diese Struktur
zu erzielen, umfasst der Arretierabschnitt 125 der beiden
seitlichen Formmodule 120 einen oberen Längsarretierungsvorsprung 126 und
einen unteren Längsarretierungsvorsprung 127, die
in Eingriff mit der oberen Längsarretierungsnut 116 bzw.
der unteren Längsarretierungsnut 117 eines zugehörigen
Arretierabschnitts 115 des mittleren Formmoduls 110 gelangen
können. Wenn die zwei seitlichen Formmodule 120 am
mittleren Formmodul 110 angebracht werden sollen, können
die seitlichen Formmodule 120 in Eingriff mit mittleren
Formmodul 110 gelangen, indem die seitlichen Formmodule 120 in
Längsrichtung von einem ersten zu einem zweiten Ende des
mittleren Formmoduls 110 geschoben werden, derart, dass
zum Abnehmen der seitlichen Formmodule 120 vom mittleren
Formmodul 110 die seitlichen Formmodule 120 in
Längsrichtung bewegt werden müssen, bis sie vollständig
von dem mittleren Formmodul 110 entfernt worden sind.
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Solange
also die Arretierabschnitte 125 der seitlichen Formmodule 120 derart
konfiguriert sind, dass die seitlichen Formmodule 120 abnehmbar
am mittleren Formmodul 110 angebracht werden können,
indem die seitlichen Formmodule 120 in Längsrichtung
von einem ersten zu einem zweiten Ende des mittleren Formmoduls 110 geschoben
werden, kann die Struktur der Arretierabschnitte 125 in
unterschiedliche Typen abgeändert werden.
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In
der Ausführungsform ist die Form 100 derart konfiguriert,
dass, wenn die seitlichen Formmodule 120 vom mittleren
Formmodul abgenommen werden sollen, die seitlichen Formmodule 120 in
Längsrichtung bewegt werden müssen, bis sie vollständig vom
mittleren Formmodul 110 entfernt worden sind. Mit anderen
Worten, die Form 100 der Ausführungsform ist mit
der oberen und der unteren Längsarretierungsnut 116 und 117 und
dem oberen und dem unteren Längsarretierungsvorsprung 126 und 127 konfiguriert,
die in Eingriff mit der oberen und der unteren Längsarretierungsnut 116 und 117 gelangen
können. Der Aufbau der Form gemäß der
vorliegenden Erfindung kann jedoch derart abgeändert werden,
dass die seitlichen Formmodule 120 sich vom mittleren Formmodul 110 entfernen
lassen, indem die seitlichen Formmodule 120 in Querrichtung
vom mittleren Formmodul 110 nach außen gezogen
werden, anstatt die seitlichen Formmodule 120 in Längsrichtung von
einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des mittleren Formmoduls 110 zu
schieben. Im Detail beschrieben, kann die Form der vorliegenden
Erfindung derart konfiguriert sein, dass die Arretierabschnitte 115 des
mittleren Formmoduls 110 und die Arretierabschnitte 125 der
seitlichen Formmodule 120 durch eine Schiebebewegung miteinander
in Eingriff gebracht werden können, und sich die seitlichen
Formmodule 120 vom mittleren Formmodul 110 entfernen lassen,
indem die seitlichen Formmodule 120 vom mittleren Formmodul 110 in Querrichtung
nach außen gezogen werden, wobei in der Form ein Verbindungselement
vorgesehen ist, um die zwei seitlichen Formmodule 120 und
das mittlere Formmodul 110 zu einem einzigen Körper
zusammenzufügen, indem die seitlichen Formmodule 120 an
den beiden Enden der Form mit dem mittleren Formmodul 110 verbunden
werden. Soll eine Verbundantriebswelle nach dem vollständigen
Ausformen der Antriebswelle mittels der Form von der beschriebenen
Form entfernt werden, werden zunächst die Verbindungselemente, die
an den gegenüberliegenden Enden der Form vorgesehen sind,
von der Form gelöst, woraufhin die seitlichen Formmodule 120 und
das mittlere Formmodul 110 von der Antriebswelle entfernt
werden, indem die Formmodule 110 und 120 in Längsrichtung verschoben
werden.
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Wie
in 6 und 7 gezeigt, wird die Verbundantriebswelle 200 gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung
eines faserverstärkten Verbundmaterials hergestellt, derart,
dass ihr Großteil, mit Ausnahme der gegenüberliegenden
Enden, eine Röhrenform mit einem kreisförmigen
Querschnitt aufweist, ähnlich wie eine allgemeine Welle.
Mit anderen Worten, die Verbundantriebswelle 200 ist derart
konfiguriert, dass ihre gegenüberliegenden Enden den ersten
und den zweiten Kraftübertragungsabschnitt 210 und 220 aufweisen,
die den Vertiefungen 112 und 122 im mittleren Formmodul 110 bzw.
den seitlichen Formmodulen 120 entsprechen. Der erste und
der zweite Kraftübertragungsabschnitt 210 und 220 weisen
jeweils eine Form auf, die derjenigen der Vertiefungen 112 und 122 der
Formmodule 110 und 120 entspricht, und weisen
jeweils äußere Vertiefungen und innere Vorsprünge
auf, die dazu konfiguriert sind, die Dicke der Antriebswelle über
ihre gesamte Länge hinweg konstant zu halten. Die einzelnen äußeren
Vertiefungen der Verbundantriebswelle können dabei jeweils
symmetrisch zu der runden Fläche der kreisförmigen, röhrenförmigen
Antriebswelle konfiguriert sein, und umfassen einen gerundeten Vertiefungsabschnitt, der
von einem Ende der Antriebswelle aus längs verlaufend bis
zu einer Position ausgebildet ist, die um eine vorbestimmte Strecke
vom Ende beabstandet ist, und einen geneigten Vertiefungsabschnitt,
der sich von dem gerundeten Vertiefungsabschnitt in Längsrichtung
bis zu der gerundeten Fläche der Antriebswelle erstreckt,
derart, dass eine gerundete Fläche gebildet wird. Ferner
sind die Außenvertiefungen, die an einem ersten Ende der
Antriebswelle mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet
sind, und die Außenvertiefungen, die an einem zweiten Ende
der Antriebswelle mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet
sind, in einem Winkel von 90° zueinander winkelversetzt.
Dabei kann ein Kohlefaserband in mehreren Lagen in Umfangsrichtung
um den ersten und zweiten Kraftübertragungsabschnitt 210 und 220 gewickelt
werden, um die Enden der Verbundantriebswelle zu verstärken.
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Obwohl
die Ausführungsformen einer Form zum Herstellen einer Verbundantriebswelle
und einer Verbundantriebswelle, die unter Verwendung der Form hergestellt
wurde, unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren zur Veranschaulichung
offenbart wurden, dienen diese Ausführungsformen nicht zur
Eingrenzung der vorliegenden Erfindung.
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Fachleute
werden verstehen, dass verschiedene Ersetzungen, Modifikationen
und Veränderungen möglich sind, ohne vom Umfang
und Geist der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen
offenbart sind. Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswelle
bereit, die aus einem Verbundmaterial hergestellt ist und zum Übertragen
der Drehkraft eines Motors oder eines Getriebes an Triebach sen benutzt
wird, wodurch die Verbundantriebswellen in verschiedenen Maschinen
einsetzbar sind, z. B. in Fahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Form
zum Herstellen einer Verbundantriebswelle, deren Großteil,
mit Ausnahme von gegenüberliegenden Enden, die als Kraftübertragungsabschnitte
dienen, eine Röhrenform mit einem kreisförmigen Querschnitt
aufweist, ähnlich wie eine allgemeine Welle, wobei die
Form ihrer beiden Enden derart verändert ist, dass die
Antriebswelle nach dem Formen leicht von der Form entfernt werden
kann. Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Verbundantriebswelle
bereit, die unter Verwendung der Form hergestellt ist, und die derart
konfiguriert ist, dass die Antriebswelle beim Anbringen eines Verbindungsstücks
(Metallankers) an den einzelnen Enden der Antriebswelle in einem
einstückig verbundenen Zustand, der durch die Verbindungsstücke
erreicht wird, drehen lässt. Die Verbundantriebswelle der
vorliegenden Erfindung kann somit Kraft unmittelbar übertragen,
ohne dass ein mechanisches Befestigungsverfahren oder ein Klebehaftverfahren
verwendet wird, und kann daher auch hohe Drehmomente effizient übertragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 241232 [0006]
- - KR 432991 [0010]
- - KR 2004-0006568 [0010]
- - KR 515800 [0010]
- - KR 526020 [0010]