DE19842821C2

DE19842821C2 - Verbindung und Welle

Info

Publication number: DE19842821C2
Application number: DE19842821A
Authority: DE
Inventors: Paul Neese; Wolfgang Seifert; Juergen Maretzke; Guenter Seidler; Juergen Sellschopp; Heiner Von Nathusius; Gerald Langer
Original assignee: IFA MASCHB GmbH; Volkswagen AG
Current assignee: IFA MASCHB GmbH; Volkswagen AG
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: DE19842821A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Verbindung zwischen einem Faserschichten aufweisenden Bauteil, insbesondere einem Kohlefaserrohr, und einem Anschlußstück gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Technik werden in zunehmendem Maße die verschiedensten Teile aus Kunststoffen gefertigt. Zur Erhöhung der benötigten Festigkeiten werden Fasern eingebettet.

Aus der DE 31 39 247 A1 ist eine Fahrzeug-Antriebswelle bekannt, die zur Vermeidung von Kardangelenken geringfügige Fehlausrichtungen und Relativbewegungen zwischen den durch die Antriebswelle miteinander verbundenen Komponenten ausgleicht. Die Antriebswelle ist als eine mit Kohlenstoffasern verstärkte rohrförmige Antriebswelle ausgebildet, die eine Anzahl haftend miteinander verbundener Schichten aus Faserverstärkungsmaterial enthält. Dieses Faserverstärkungsmaterial ist eingebettet in eine Harzgrundmasse. Die Antriebswelle ist einerseits starr mit einer Kraftabgabewelle und anderseits, ebenfalls starr, mit einer Kraftaufnahmewelle verbunden. Als Verbindung zwischen den Wellen ist eine Kerbverzahnung oder ein Flansch vorgesehen.

Die DE 38 28 018 A1 zeigt außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einem als Innenhülse aus starrem Material, wie Metall, ausgebildeten Anschlußstück und einem Bauteil aus Faser-Kunststoff-Material. Als Bauteil ist ein Rohr vorgesehen. Die Innenhülse weist eine gerändelte Außenfläche auf. Der Innendurchmesser des Rohres soll relativ zu einem Spitzenmaß der Rändelung geringfügig kleiner ausgebildet sein. Zur Herstellung der Verbindung wird die Innenhülse in axialer Richtung in einen Aufnahmebereich des Rohres hineingepreßt. Aufgrund des Untermaßes erfolgt ein elastisches Aufweiten des Rohres. Im zusammengebauten Zustand weisen die Innenhülse und das Rohr einen Überlappungsbereich auf. Durch andauernd wirkende Kräfte, die durch die elastische Aufweitung in dem Überlappungsbereich bei dem Rohr bedingt sind, und insbesondere durch eine Art Mikroformschluß zwischen der gerändelten Außenfläche und den durch viskoelastische Verformung erzeugten Gegenzähnen in dem Rohr, soll eine sichere Drehmomentenübertragung erzielt werden.

Außerdem ist aus dem Fachartikel von R. Schütze, "Untersuchungen an Krafteinleitungselementen für dünnwandige, zug- und druckbeanspruchte Faserverbundstäbe mit kreisförmigen Querschnitten", VDI Forschungsberichte Nr. 180 (1989), Seiten 20, 21, 76, 78, 79 eine Verbindung von einem Bauteil und einem Anschlußstück bekannt, bei dem das Bauteil als CFK-Rohr ausgebildet ist und das mit diesem CFK-Rohr zu verbindende Anschlußstück ganz unterschiedlich ausgebildet sein kann. Hierzu weisen das Bauteil und das Anschlußstück jeweils einen Überlappungsbereich auf, der auch als Verbindungsbereich bezeichnenbar ist. So kann das Bauteil, nämlich das CFK-Rohr bzw. ein Boron-Epoxy-Rohr eine Mehrzahl von Faserschichten aufweisen bzw. weist eine Mehrzahl von Faserschichten auf, wobei das Ende des Bauteils angeschnitten ist bzw. eine Konizität aufweist, so daß nämlich die übereinander gelagerten Faserschichten angeschnittene bzw. freie Enden aufweisen, die an dem jeweiligen Anschlußstück angreifen können. Vorteilhafterweise weist das Bauteil hier eine entsprechende abgeschrägte Fläche auf, dem eine Fläche des Anschlußstückes als entsprechende Negativfläche zugeordnet ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die letztgenannte gattungsbildende Verbindung derart weiterzubilden, daß die übertragbaren Kräfte zwischen dem Bauteil und dem Anschlußstück erhöht werden. Weiterhin soll eine Welle mit derart verbesserten Eigenschaften vorgestellt werden.

Das Problem betreffend der Verbindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, dasjenige betreffend der Welle durch die Merkmale des Anspruches 6. Die Unteransprüche zeigen zweckmäßige Ausgestaltungen auf.

Demnach handelt es sich bei dem Erfindungsgegenstand um eine Verbindung zwischen einem eine Mehrzahl von Faserschichten aufweisendem Bauteil, insbesondere einem Kohlefaserrohr, und einem Anschlußstück, wobei das Bauteil und das Anschlußstück einen Überlappungsbereich aufweisen und das Bauteil und das Anschlußstück in dem Überlappungsbereich derart ausgebildet und angeordnet sind, daß eine Mehrzahl der Faserschichten des Bauteiles, nämlich angeschnittene bzw. freie Enden der Faserschichten an dem Anschlußstück angreifen, wobei das Bauteil als Rohr ausgebildet ist und im Überlappungsbereich eine Konizität aufweist und eine dem Bauteil zugewandte Fläche des Anschlußstückes in dem Überlappungsbereich als Negativform einer zugeordneten Fläche des Bauteiles ausgebildet ist. Diese Verbindung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß das Rohr hohl ausgebildet und ein innenliegender Stützring zugeordnet ist, daß der Außendurchmesser des Stützringes geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Rohres und der Stützring so im Überlappungsbereich angeordnet ist, daß der Angriff der angeschnittenen bzw. freien Enden der Faserschichten an dem Anschlußstück durch eine entsprechende Pressung realisiert ist.

In dem Überlappungsbereich zwischen dem Bauteil und dem Anschlußstück kann eine Zwischenschicht angeordnet sein. Der Zwischenschicht können verschiedene Funktionen zugeordnet sein. So kann die Zwischenschicht dazu dienen, Unebenheiten zwischen den Bauteilen auszugleichen. Aber auch eine relativ dick ausgebildete Zwischenschicht ist denkbar, die sich einerseits an die beispielsweise Konizität des Bauteiles anpaßt, anderseits an eine zylindrische Aufnahme des Anschlußstückes. Bei dieser Ausgestaltung ist die Herstellung des Anschlußstückes vereinfacht, da eine zylindrische Aufnahme im Bereich des Überlappungsbereiches ausreichend ist.

Es kann eine Verklebung zwischen dem Anschlußstück und dem Bauteil vorgesehen sein. Diese Verklebung bewirkt vorteilhafterweise einen zuverlässigen Angriff der zur Verfügung stehenden Faserschichten an dem Anschlußstück.

Das Anschlußstück kann starr ausgebildet sein, also beispielsweise aus Metall bestehen. Dies wird in den überwiegenden Fällen gegeben sein.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß das Anschlußstück aus einem Faser-Kunststoff- Material ausgebildet ist. In diesem Fall kann auch das Anschlußstück, wie das Bauteil, einen entsprechenden Anschnitt in dem Überlappungsbereich aufweisen. Damit ist dann eine hochfeste Verbindung hergestellt.

Die erfindungsgemäße Welle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Faserschichten aufweisenden Teilwelle und einem Anschlußstück kennzeichnet sich dadurch, daß die erfindungsgemäße Verbindung zwischen der Teilwelle und dem Anschlußstück vorgesehen ist. Die Welle besteht beispielsweise aus einem CFK-Rohr. Die Verbindung ist im wesentlichen gleich torsionsfest, wie das reine CFK-Rohr.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

In der Figur ist ein als Rohr 10 ausgebildetes Bauteil 12 dargestellt, welches über eine Verbindung 14 mit einem Anschlußstück 16 gekoppelt ist.

In einem Überlappungsbereich 18 umschließt das Anschlußstück 16 das Rohr 10; ein Innendurchmesser 20 des Anschlußstückes 16 entspricht also im wesentlichen einem Außendurchmesser 22 des Rohres 10.

In dem Überlappungsbereich 18 weist das Rohr 10 eine Konizität 24 auf, die an einer Fläche 26 des Rohres 10 angeordnet ist. Die Fläche 26 ist einer Fläche 28 des Anschlußstückes 16 zugewandt.

Die Konizität 24 des Rohres 10 ist derart ausgebildet, daß sich das Rohr 10 in dem Überlappungsbereich 18 in Richtung des Anschlußstückes 16 verjüngt. Die Fläche 28 des Anschlußstückes 16 ist der Fläche 26 des Rohres 10 derart angepaßt, daß die Flächen 26, 28 im wesentlichen plan aufeinander zu liegen kommen, sich der Innendurchmesser 20 des Anschlußstückes 16 also in Richtung des Rohres 10 erweitert.

Innerhalb des Rohres 10 und im Bereich des Überlappungsbereiches 18 ist ein Stützring 30 angeordnet, dessen Außendurchmesser geringfügig größer als ein Innendurchmesser des Rohres 10 gewählt ist.

Aufgrund der Konizität 24 sind mehrere hier nicht dargestellte Faserschichten des Rohres 10 angeschnitten bzw. liegen deren Enden frei. Diese Faserschichten greifen an dem Anschlußstück 16 an und können somit Drehmomente übertragen. Der Angriff kann durch eine Pressung, beispielsweise unterstützt durch den Stützring 30, erfolgen, aber auch durch eine Klebung verstärkt sein.

Ein zu übertragenes Drehmoment greift somit nicht lediglich an einer einzelnen, sondern an einer Mehrzahl von Faserschichten an. Dadurch wird erreicht, daß die Verbindung im wesentlichen gleich torsionsfest wie das reine Rohr 10 ist.

Der Anwendungsbereich solcher Rohre ist erhöht und damit die Möglichkeit einer gewichtsoptimierten Bauweise gegeben. Auch liegt eine höhere Biegeeigenfrequenz vor.

Bezugszeichenliste

10

Rohr

12

Bauteil

14

Verbindung

16

Anschlußstück

18

Überlappungsbereich

20

Innendurchmesser

22

Außendurchmesser

24

Konizität

26

Fläche

28

Fläche

30

Stützring

Claims

1. Verbindung zwischen einem eine Mehrzahl von Faserschichten aufweisendem Bauteil (12), insbesondere einem Kohlefaserrohr, und einem Anschlußstück (16), wobei das Bauteil (12) und das Anschlußstück (16) einen Überlappungsbereich (18) aufweisen und das Bauteil (12) und das Anschlußstück (16) in dem Überlappungsbereich (18) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß eine Mehrzahl der Faserschichten des Bauteiles (12), nämlich angeschnittene bzw. freie Enden der Faserschichten an dem Anschlußstück (16) angreifen, wobei das Bauteil (12) als Rohr (10) ausgebildet ist und im Überlappungsbereich (18) eine Konizität (24) aufweist und eine dem Bauteil (12) zugewandte Fläche (28) des Anschlußstückes (16) in dem Überlappungsbereich (18) als Negativform einer zugeordneten Fläche (26) des Bauteiles (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) hohl ausgebildet ist und daß dem Rohr (10) ein innenliegender Stützring (30) zugeordnet ist, daß der Außendurchmesser des Stützringes (30) geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Rohres (10) und der Stützring (30) so im Überlappungsbereich (18) angeordnet ist, daß der Angriff der angeschnittenen bzw. freien Enden der Faserschichten an dem Anschlußstück (16) durch eine entsprechende Pressung realisiert ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überlappungsbereich (18) zwischen dem Bauteil (12) und dem Anschlußstück (16) eine Zwischenschicht angeordnet ist.

3. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verklebung zwischen dem Anschlußstück (16) und dem Bauteil (12) vorgesehen ist.

4. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (16) starr ausgebildet ist.

5. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (16) aus einem Faser-Kunststoff-Material ausgebildet ist.

6. Welle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Faserschichten aufweisenden Teilwelle und einem Anschlußstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (14) zwischen der Teilwelle und dem Anschlußstück (16) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.