DE202012006633U1 - Drive shaft made of a fiber composite material - Google Patents

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Abstract

Antriebswelle (1, 10, 20, 30) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Mittelteil (2) und zwei Endbereichen (3, 11, 26, 31), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Endbereich (3, 11, 26, 31) zur Aufnahme wenigstens eines Forminnenteils (4, 12, 21, 35) als Krafteinleitungselement ausgebildet ist und um wenigstens einen Endbereich (3, 11, 26, 31) herum ein Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) angeordnet ist, wobei zwischen einer Außenfläche wenigstens eines Endbereiches (3, 11, 26, 31) und einem Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) zumindest ein Druckaufnahmeelement (5, 14, 24, 33) angeordnet ist.Drive shaft (1, 10, 20, 30) made of a fiber composite material having a central part (2) and two end portions (3, 11, 26, 31), characterized in that at least one end portion (3, 11, 26, 31) for receiving at least one mold inner part (4, 12, 21, 35) is designed as a force introduction element and around at least one end region (3, 11, 26, 31) around a reinforcing element (6, 13, 25, 34) is arranged, wherein between an outer surface at least an end region (3, 11, 26, 31) and a reinforcing element (6, 13, 25, 34) at least one pressure-receiving element (5, 14, 24, 33) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Mittelteil und zwei Endbereichen.The invention relates to a drive shaft made of a fiber composite material having a central part and two end regions.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt für den Leichtbau von Fahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen Kunststoffmaterialien zu verwenden. Besonders bewährt haben sich faserverstärkte Kunststoffe, da diese eine hohe Festigkeit aufweisen. Neben der Karosserie werden auch Elemente der Antriebsmechanik aus Kunststoffen oder faserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Bei den Elementen der Antriebsmechanik geht eine Verringerung der Masse jedoch stets auch mit einer Verringerung des Kraftübertragungsvermögens nachteilig einher. Dies ist besonders relevant bei den Bereichen der Kraftein- und Kraftauskopplung zwischen den Elementen der Antriebsmechanik. Besonders hohe Drehmomente können mit Antriebswellen aus Stahl übertragen werden, deren hohe Masse jedoch nachteilig ist.It is known from the prior art for the lightweight construction of vehicles, ships and aircraft to use plastic materials. Fiber-reinforced plastics have proved to be particularly suitable since they have a high strength. In addition to the body, elements of the drive mechanism are made of plastics or fiber-reinforced plastics. In the elements of the drive mechanism, however, a reduction in the mass is always associated with a reduction in the power transmission disadvantageous. This is particularly relevant in the areas of force input and output between the elements of the drive mechanism. Particularly high torques can be transmitted with steel shafts whose high mass is disadvantageous.

Aus der DE 10 2007 051 517 A1 ist eine Hohlwelle aus Faserverbundwerkstoff bekannt. Die Hohlwelle besteht aus wenigstens zwei Faserschichten im Mantel, wobei die Faserorientierungen in den Schichten unterschiedlich sind. Ein Querschnittsprofil der Hohlwelle weist verrundete Kanten auf. Durch das Vermeiden von Kanten werden alle Spannungsspitzen vermieden oder wenigstens wesentlich reduziert. Der Aufbau und die Formgebung der Welle ermöglichen eine hohe Kraftübertragung.From the DE 10 2007 051 517 A1 is known a hollow shaft made of fiber composite material. The hollow shaft consists of at least two fiber layers in the jacket, wherein the fiber orientations in the layers are different. A cross-sectional profile of the hollow shaft has rounded edges. By avoiding edges, all voltage spikes are avoided or at least substantially reduced. The structure and the shape of the shaft allow a high power transmission.

Die DE 198 42 821 A1 offenbart eine Verbindung zwischen einem Kohlefaserrohr, insbesondere einer Welle aus Kohlefaser, und einem Anschlussstück, wobei die Verbindung geeignet ist, hohe Kräfte zu übertragen. Die Verbindung erfolgt zwischen einem Bauteil, wie zum Beispiel einer Welle, und einem Anschlussstück, wobei eine Mehrzahl der Faserschichten des Bauteils an dem Anschlussstück angreifen. Damit eine Mehrzahl der Faserschichten des Bauteils an dem Anschlussstück angreifen, kann eine Dicke des Bauteils in dem Überlappungsbereich von Bauteil und Anschlussstück im Längsschnitt keilförmig ausgebildet sein. Im Wesentlichen ist ein Abschnitt des Bauteils vorgesehen, der mehrere Faserschichten beziehungsweise deren Enden freilegt, sodass die von dem Anschlussstück übertragene Kraft von mehreren Faserschichten aufgenommen wird. In dem Fall, dass das Bauteil als ein Rohr mit rundem Querschnitt vorliegt, ist vorgesehen, dass in dem Rohr in dem Überlappungsbereich von Bauteil und Rohr ein innenliegender Stützring angeordnet sein kann.The DE 198 42 821 A1 discloses a connection between a carbon fiber tube, in particular a shaft of carbon fiber, and a fitting, wherein the connection is adapted to transmit high forces. The connection is between a component, such as a shaft, and a connector, wherein a plurality of the fiber layers of the component engage the connector. In order for a majority of the fiber layers of the component to act on the connecting piece, a thickness of the component in the overlapping region of the component and the connecting piece can be wedge-shaped in longitudinal section. In essence, a portion of the component is provided which exposes a plurality of fiber layers or their ends, so that the force transmitted by the connection piece is absorbed by a plurality of fiber layers. In the event that the component is present as a tube with a round cross-section, it is provided that in the tube in the overlapping region of the component and tube, an inner support ring may be arranged.

Die DE 10 2007 018 082 A1 offenbart eine Transmissionswelle aus Faserverbundwerkstoffen. Die Transmissionswelle ist insbesondere zum Antrieb der Flügelklappen eines Flugzeugs vorgesehen. Die Transmissionswelle besteht aus einer oder mehreren Kohlefaserlagen und einer oder mehreren Glasfaserlagen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Aufbau der Transmissionswelle aus verschiedenen Faserlagen symmetrisch bezüglich der Art der Fasern ist, wobei die äußere und die innere Decklage aus Kohlenfaserlagen bestehen können. Der Schichtaufbau einer Transmissionswelle aus Kohlenfaserlagen und Glasfaserlagen ermöglicht die Anpassung der Transmissionswelle an verschiedene Kriterien, wie Drehsteifigkeit, Reißfestigkeit, Eigenfrequenz, Schlagbeständigkeit, Gewicht etc.. Zur Kraftein- und Kraftauskopplung sind Flansche vorgesehen, die mit ihrem zylindrischen Bereich in die Transmissionswelle geschoben werden, dort verklebt werden und anschließend vernietet werden.The DE 10 2007 018 082 A1 discloses a transmission shaft made of fiber composites. The transmission shaft is provided in particular for driving the wing flaps of an aircraft. The transmission shaft consists of one or more carbon fiber layers and one or more fiberglass layers, it being preferably provided that the structure of the transmission shaft of different fiber layers is symmetrical with respect to the type of fibers, wherein the outer and inner cover layers may consist of carbon fiber layers. The layer structure of a transmission shaft made of carbon fiber layers and glass fiber layers allows the adaptation of the transmission shaft to various criteria, such as torsional rigidity, tear strength, natural frequency, impact resistance, weight, etc. For force input and output coupling flanges are provided, which are pushed with their cylindrical portion in the transmission shaft, glued there and then riveted.

Aus der US 4,706,364 ist ein Verfahren zum Verbinden eines Elementes mit einem Rohr aus einem Verbundwerkstoff bekannt. Bei dem Element kann es sich um einen Flansch mit einem Ansatz und einer um den Ansatz herum angeordneten Scheibe mit einem zylindrischen Abschnitt, der sich senkrecht zu einer Grundfläche der Scheibe erstreckt, handeln. Über einen Endabschnitt des Rohres aus einem Verbundwerkstoff wird eine Hülse geschoben und dieser Endabschnitt wird zwischen dem Ansatz des Flansches und dem zylindrischen Abschnitt der Scheibe angeordnet. Die Hülse ist beidseitig mit einem aushärtbaren Harz oder einem Elastomer beschichtet, wobei nach Aushärtung des Harzes oder Elastomers eine feste Verbindung gegeben ist.From the US 4,706,364 For example, a method of bonding an element to a tube of composite material is known. The element may be a flange having a lug and a disc disposed about the lug, having a cylindrical portion extending perpendicular to a base of the disc. A sleeve is pushed over an end portion of the tube of a composite material and this end portion is disposed between the shoulder of the flange and the cylindrical portion of the disc. The sleeve is coated on both sides with a curable resin or an elastomer, wherein after curing of the resin or elastomer, a solid compound is given.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Wellen aus einem Faserverbundwerkstoff und den Verbindungen bzw. Verbindungselementen zwischen der Welle und Elementen einer Antriebsmechanik, besteht das Problem einer zu geringen möglichen Drehmomentübertragung aufgrund der Lasteinleitung in einen Faserverbundwerkstoff im Vergleich zu derjenigen in Stahl.In known from the prior art shafts made of a fiber composite material and the compounds or connecting elements between the shaft and elements of a drive mechanism, there is the problem of too low a possible torque transmission due to the load transfer into a fiber composite material compared to that in steel.

Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Antriebswelle anzugeben, die mit großer Krafteinleitung angetrieben werden kann und insbesondere eine Krafteinleitung von metallischen Elementen einer Antriebsmechanik oder eine Kraftausleitung auf metallische Elemente einer Antriebsmechanik ermöglicht.Against the background of this prior art, it is an object of the invention to provide a drive shaft which can be driven with a large force introduction and in particular allows a force introduction of metallic elements of a drive mechanism or a force discharge to metallic elements of a drive mechanism.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wenigstens ein Endbereich zur Aufnahme wenigstens eines Forminnenteils als Krafteinleitungselement ausgebildet ist und um wenigstens einen Endbereich herum ein Verstärkungselement angeordnet ist, wobei zwischen einer Außenfläche wenigstens eines Endbereiches und einem Verstärkungselement zumindest ein Druckaufnahmeelement angeordnet ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved in that at least one end region for receiving at least one inner mold part is designed as a force introduction element and at least one end around a reinforcing element is arranged, wherein arranged between an outer surface of at least one end portion and a reinforcing element at least one pressure receiving element is. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Antriebswelle aus einem Faserverbundwerkstoff weist einen Mittelteil und zwei Endbereiche auf. Die Endbereiche sind so ausgebildet, dass sie ein Forminnenteil als Krafteinleitungselement aufnehmen können. Das Forminnenteil kann in wenigstens einen Endbereich der Antriebswelle gepresst oder geklebt werden. Während ein Forminnenteil innerhalb der Wandung der Antriebswelle zumindest eines Endbereiches angeordnet ist, ist das Verstärkungselement um die Wandung zumindest eines Endbereiches herum angeordnet. Das Verstärkungselement verhindert vorteilhaft, dass bei größer Krafteinleitung in die Antriebswelle oder Kraftausleitung aus der Antriebswelle das Wandungsmaterial eines Endbereiches der Antriebswelle reißt oder übermäßig verformt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen einer Außenfläche wenigstens eines Endbereiches und einem Verstärkungselement wenigstens ein Druckaufnahmeelement angeordnet ist. Durch ein Druckaufnahmeelement können die beim Antrieb der Welle oder beim Antrieb durch die Welle auftretenden tangential gerichteten Kräfte aufgenommen werden, wodurch die lokale Belastung des Endbereiches der Antriebswelle deutlich reduziert wird. Durch die Anordnung von insbesondere mehreren Druckaufnahmeelementen zwischen einer Außenfläche wenigstens eines Endbereiches und einem Verstärkungselement können die lokalen Belastungen des Materials der Endbereiche der Antriebswelle über den gesamten Umfang der Endbereiche der Antriebswelle verteilt und erheblich reduziert werden.The drive shaft of a fiber composite material according to the invention has a central part and two end regions. The end portions are formed so that they can receive a mold inner part as a force introduction element. The mold inner part can be pressed or glued into at least one end region of the drive shaft. While a mold inner part is arranged within the wall of the drive shaft of at least one end region, the reinforcing element is arranged around the wall of at least one end region. The reinforcing element advantageously prevents the wall material of an end region of the drive shaft from being torn or excessively deformed when the force input into the drive shaft or force output from the drive shaft is greater. According to the invention, at least one pressure-receiving element is arranged between an outer surface of at least one end region and a reinforcing element. By a pressure receiving element occurring during the drive of the shaft or when driving through the shaft tangentially directed forces can be absorbed, whereby the local load on the end portion of the drive shaft is significantly reduced. By arranging in particular a plurality of pressure-receiving elements between an outer surface of at least one end region and a reinforcing element, the local stresses on the material of the end regions of the drive shaft can be distributed over the entire circumference of the end regions of the drive shaft and considerably reduced.

In weiterer Ausgestaltung der Antriebswelle ist vorgesehen, dass die Querschnittsfläche wenigstens eines Endbereiches oder des Mitteilteils zumindest innerhalb eines Abschnitts des Endbereiches oder Mittelteils nach außen hin zu- oder abnimmt. Durch eine Aufweitung der Querschnittsfläche der Endbereiche kann eine großflächige Krafteinleitung erfolgen, wodurch lokale Materialbelastungen im Einkopplungsbereich zusätzlich reduziert werden. Das Forminnenteil, welches von wenigstens einem Endbereich der Antriebswelle aufgenommen wird, kann zur Aufnahme eines Gleichlaufgelenkes, insbesondere eines Podengelenkes, wie zum Beispiel ein Tripodengelenk, ausgebildet sein. Bei dieser Ausführung ist das Forminnenteil als Gehäuse eines Gleichlaufgelenkes ausgebildet, wodurch zusätzliche Bauteile eingespart werden können, was eine weitere Massenreduzierung zur Folge hat. Zur Krafteinleitung durch metallische Elemente einer Antriebsmechanik kann das Forminnenteil aus Stahl oder einer anderen metallischen Legierung bestehen.In a further embodiment of the drive shaft is provided that the cross-sectional area of at least one end portion or the Mitteilteils at least within a portion of the end portion or central portion to the outside or decreases. By widening the cross-sectional area of the end regions, a large-area introduction of force can take place, as a result of which local material loads in the coupling region are additionally reduced. The inner mold part, which is received by at least one end region of the drive shaft, can be designed to receive a constant velocity joint, in particular a Podengelenkes, such as a Tripodengelenk. In this embodiment, the inner mold part is designed as a housing of a constant velocity joint, whereby additional components can be saved, which has a further mass reduction result. For the introduction of force by metallic elements of a drive mechanism, the inner mold part of steel or other metallic alloy.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebswelle können zwischen der Außenfläche wenigstens eines Endbereiches und einem Verstärkungselement mehrere Druckaufnahmeelemente angeordnet sein, die jeweils um einen ganzen Teiler von 360 Grad, bevorzugt 120 Grad oder 60 Grad, zueinander versetzt angeordnet sind. So können zum Beispiel drei Druckaufnahmeelemente, die jeweils um 120 Grad zueinander versetzt angeordnet sind, oder 6 Druckaufnahmeelemente, die jeweils um 60 Grad zueinander versetzt angeordnet sind, zwischen der Außenfläche wenigstens eines Endbereiches und einem Verstärkungselement angeordnet sein. Die Querschnittsfläche eines Endbereiches hat in einer solchen Ausführungsform mit drei Druckaufnahmeelementen ungefähr die Form eines Hexagons, bei welchem die nicht gegenüberliegenden Kanten Einschnitte aufweisen, in welchen die Druckaufnahmeelemente angeordnet sind. Eine solche Geometrie und Anordnung von Druckaufnahmeelementen ermöglicht eine optimale Krafteinleitung auf die Antriebswelle durch ein Podengelenk, insbesondere Tripodengelenk. Die beim Antrieb der Antriebswelle tangential wirkenden Kräfte werden von den Druckaufnahmeelementen an den Wandungen der Einschnitte aufgenommen und auf das Verstärkungselement übertragen.In a particularly preferred embodiment of the drive shaft according to the invention may be arranged between the outer surface of at least one end portion and a reinforcing element a plurality of pressure receiving elements, each offset by an entire divider of 360 degrees, preferably 120 degrees or 60 degrees to each other. Thus, for example, three pressure-receiving elements, which are each arranged offset by 120 degrees to each other, or 6 pressure-receiving elements, each offset by 60 degrees to each other, between the outer surface of at least one end portion and a reinforcing member may be arranged. The cross-sectional area of an end region in such an embodiment with three pressure-receiving elements is approximately in the shape of a hexagon, in which the non-opposing edges have recesses in which the pressure-receiving elements are arranged. Such a geometry and arrangement of pressure-receiving elements allows an optimal introduction of force to the drive shaft through a Podengelenk, in particular Tripodengelenk. The tangential forces acting on the drive shaft drive forces are absorbed by the pressure receiving elements on the walls of the incisions and transmitted to the reinforcing element.

Das Verstärkungselement kann aus allen geeigneten reißfesten Materialien bestehen, beispielsweise aus Stahl, einem Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff. Das Verstärkungselement kann um einen Endbereich herum gepresst oder geklebt sein. Die Pressung hat den Vorteil, dass das Verstärkungselement aufgrund eines Reibschlusses ohne die Verwendung eines Klebstoffes befestigt ist. Die Druckaufnahmeelemente bestehen aus einem elastischen und steifen Material, wobei es sich insbesondere um einen Kunststoff handeln kann. Bei Druckaufnahmeelementen, die aus Kunststoff bestehen, kommt es vorteilhafterweise zu keiner Kerbwirkung auf die Antriebswelle.The reinforcing element can be made of any suitable tear-resistant materials, for example made of steel, a plastic or a fiber composite material. The reinforcing element may be pressed or glued around an end region. The pressing has the advantage that the reinforcing element is attached due to a frictional engagement without the use of an adhesive. The pressure-receiving elements are made of an elastic and rigid material, which may be in particular a plastic. In pressure receiving elements, which are made of plastic, advantageously there is no notch effect on the drive shaft.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebswelle bestehen die Druckaufnahmeelemente aus Polyamid.In a particularly preferred embodiment of the drive shaft according to the invention, the pressure receiving elements made of polyamide.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebswelle einen Anteil an Fasern mit einer +45-Grad-Orientierung und/oder einer –45-Grad-Orientierung von wenigstens 5% auf. Eine so aufgebaute Antriebswelle kann im Flechtverfahren oder im Wickelverfahren in großen Stückzahlen hergestellt werden.In a further preferred embodiment, the drive shaft has a proportion of fibers with a + 45 degree orientation and / or a -45 degree orientation of at least 5%. A drive shaft constructed in this way can be produced in large numbers in the braiding process or in the winding process.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebswelle können Bereiche des wenigstens einen Forminnenteils die Rollenlaufflächen für die Rollen eines Podengelenkes, insbesondere eines Tripodengelenkes, bilden. In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass mehrere Forminnenteile innerhalb wenigstens eines Endbereiches angeordnet sind, wobei sich die Forminnenteile nicht über den Achsenbereich der Rollen erstrecken, wodurch Masse eingespart werden kann. Beim Zusammenbau einer Antriebswelle, deren wenigstens einer Endbereich mehrere Forminnenteile aufnimmt, kann eine Klebelehre verwendet werden, um so einen einfachen Zusammenbau zu ermöglichen.In a particularly preferred embodiment of the drive shaft according to the invention, regions of the at least one inner mold part can form the roller rolling surfaces for the rollers of a Podengelenkes, in particular a Tripodengelenkes. In a further embodiment it can be provided that a plurality of internal mold parts within at least one Endbereiches are arranged, wherein the mold inner parts do not extend beyond the axis region of the rollers, whereby mass can be saved. When assembling a drive shaft whose at least one end portion accommodates a plurality of internal mold parts, an adhesive jig can be used so as to allow easy assembly.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Forminnenteil als ein Kranz mit radialen Erstreckungen und Lagerungsflächen ausgebildet. Die Lagerungsflächen können zwischen zwei Druckaufnahmeelementen, die mit der Außenfläche des Forminnenteils und einem Verstärkungselement in Formschluss stehen, angeordnet sein, wobei Druckaufnahmeelemente zwischen den radialen Erstreckungen angeordnet sein können. An den Lagerungsflächen können Kugeln eines Kugellagers angeordnet sein, sodass eine Krafteinleitung von den Kugeln auf das Forminnenteil erfolgt.In a further embodiment, the inner mold part is formed as a ring with radial extensions and bearing surfaces. The bearing surfaces may be arranged between two pressure-receiving elements, which are in positive engagement with the outer surface of the inner mold part and a reinforcing element, wherein pressure-receiving elements may be arranged between the radial extensions. On the bearing surfaces balls of a ball bearing can be arranged so that a force is applied from the balls to the inner mold part.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebswelle weist wenigstens ein Endbereich der Antriebswelle im Querschnitt ein sternförmiges Profil mit radialen Erstreckungen auf, wobei Druckaufnahmeelemente zwischen radialen Erstreckungen des sternförmigen Profils angeordnet sein können. Die Druckaufnahmeelemente stehen in Formschluss mit einem Verstärkungselement und der Antriebswelle. Wenigstens ein Endbereich der Antriebswelle nimmt ein Forminnenteil auf, das im Querschnitt ebenfalls ein sternförmiges Profil aufweist, wobei die radialen Erstreckungen des sternförmigen Profils des Forminnenteils in den radialen Erstreckungen des sternförmigen Profils wenigstens eines Endbereiches der Antriebswelle zu liegen kommen. Zumindest ein Forminnenteil kann sich in Erstreckungsrichtung der Antriebswelle nach außen erstrecken und an seinem der Antriebswelle abgewandten Ende als Befestigungsfläche oder Flansch ausgebildet sein, an der Elemente einer Antriebsmechanik befestigt werden können.In a further embodiment of the drive shaft according to the invention, at least one end portion of the drive shaft in cross-section on a star-shaped profile with radial extensions, wherein pressure receiving elements between radial extensions of the star-shaped profile can be arranged. The pressure receiving elements are in positive engagement with a reinforcing element and the drive shaft. At least one end region of the drive shaft receives an inner mold part, which likewise has a star-shaped profile in cross-section, the radial extensions of the star-shaped profile of the inner mold part coming to rest in the radial extensions of the star-shaped profile of at least one end region of the drive shaft. At least one inner mold part may extend outwards in the extension direction of the drive shaft and be formed at its end facing away from the drive shaft as a mounting surface or flange, can be attached to the elements of a drive mechanism.

Die erfindungsgemäße Antriebswelle kann vermöge ihrer kleinen Masse und ihrer großen Drehmomentübertragungsfähigkeit bei zahlreichen Anwendungen, wie zum Beispiel bei Antriebswellen für Sportwagen, Flugzeuge, Helikopter und hochbelastete Maschinen, eingesetzt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Antriebswelle einfach und kostengünstig hergestellt werden.The drive shaft of the present invention, because of its small mass and large torque transmitting capability, can be used in a variety of applications, such as drive shafts for sports cars, airplanes, helicopters, and heavy duty machines. Furthermore, the drive shaft according to the invention can be produced easily and inexpensively.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand der Figuren nochmals erläutert.The invention will be explained again below with reference to FIGS.

Es zeigtIt shows

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle, 1 a first embodiment of a drive shaft according to the invention,

2 einen Querschnitt eines Endbereiches der Antriebswelle aus 1, 2 a cross section of an end portion of the drive shaft 1 .

3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle, 3 a second embodiment of a drive shaft according to the invention,

4 einen Querschnitt eines Endbereiches der Antriebswelle aus 3, 4 a cross section of an end portion of the drive shaft 3 .

5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle, 5 a third embodiment of a drive shaft according to the invention,

6 einen Querschnitt eines Endbereiches der Antriebswelle aus 5, 6 a cross section of an end portion of the drive shaft 5 .

7 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle und 7 a fourth embodiment of a drive shaft according to the invention and

8 einen Querschnitt eines Endbereiches der Antriebswelle aus 7. 8th a cross section of an end portion of the drive shaft 7 ,

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle 1 mit einem Mittelteil 2 und zwei Endbereichen 3. Um die Endbereiche 3 herum sind zwei Verstärkungselemente 6 angeordnet und zwischen einem Endbereich 3 der Antriebswelle 1 und einem Verstärkungselement 6 sind drei Druckaufnahmeelemente 5 formschlüssig angeordnet. Wenigstens ein Endbereich 3 der Antriebswelle 1 dieser Ausführungsform nimmt ein Forminnenteil 4 auf, welches seinerseits zur Aufnahme eines Tripodengelenkes 7 ausgebildet ist. Die bei Krafteinleitung wirkenden tangentialen Kräfte werden von den Rolllaufflächen 8 des Tripodengelenkes 7 auf das Forminnenteil 4 übertragen. Das Forminnenteil 4 steht in Formschluss mit wenigstens einem Abschnitt wenigstens eines Endbereiches 3 und überträgt die eingeleitete Kraft vollflächig auf den Endbereich 3 der Antriebswelle 1. Die Wandung des Endbereiches 3 der Antriebswelle 1 wird von den Druckaufnahmeelementen 5 und einem Verstärkungselement 6 gestützt, wobei die Druckaufnahmeelemente 5 das Entstehen von lokalen Spannungsspitzen vermeiden. 1 shows a first embodiment of a drive shaft according to the invention 1 with a middle part 2 and two end areas 3 , Around the end areas 3 around are two reinforcing elements 6 arranged and between an end area 3 the drive shaft 1 and a reinforcing element 6 are three pressure-receiving elements 5 arranged in a form-fitting manner. At least one end area 3 the drive shaft 1 This embodiment takes a shape inner part 4 in turn, which in turn for receiving a Tripodengelenkes 7 is trained. The tangential forces acting upon introduction of force are from the rolling surfaces 8th of the tripod joint 7 on the mold interior part 4 transfer. The shape inside part 4 is in positive connection with at least a portion of at least one end portion 3 and transmits the initiated force over its entire area to the end area 3 the drive shaft 1 , The wall of the end area 3 the drive shaft 1 is from the pressure-receiving elements 5 and a reinforcing element 6 supported, wherein the pressure-receiving elements 5 Avoid the generation of local voltage peaks.

In dem in 2 gezeigten Querschnitt eines Endbereiches 3 der Antriebswelle 1 aus 1 sind die Antriebswelle 1, das Verstärkungselement 6, die Druckaufnahmeelemente 5, das Forminnenteil 4, das Tripodengelenk 7 und die Rolllaufflächen 8 des Tripodengelenkes 7 gezeigt.In the in 2 shown cross section of an end region 3 the drive shaft 1 out 1 are the drive shaft 1 , the reinforcing element 6 , the pressure-receiving elements 5 , the shape inside part 4 , the tripod joint 7 and the rolling surfaces 8th of the tripod joint 7 shown.

In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle 10 gezeigt. Wie in 1 ist wenigstens ein Endbereich 11 der Antriebswelle 10 dazu ausgebildet, ein Tripodengelenk 7 aufzunehmen. In dem wenigstens einen Endbereich 11 sind drei Forminnenteile 12 angeordnet auf denen die Rolllaufflächen 8 der Rollen des Tripodengelenks 7 zu liegen kommen. Bei dieser Ausführungsform ist die Masse des Forminnenteils 12 gegenüber dem Forminnenteil 4 der Ausführungsform aus 1 reduziert.In 3 is a second embodiment of a drive shaft according to the invention 10 shown. As in 1 is at least one end area 11 the drive shaft 10 designed to be a tripod joint 7 take. In the at least one end region 11 are three internal mold parts 12 arranged on which the rolling surfaces 8th the roles of the Tripodengelenks 7 to come to rest. In this embodiment, the mass of the inner mold part 12 opposite the shape inner part 4 of the embodiment 1 reduced.

In dem in 4 gezeigten Querschnitts eines Endbereiches 11 der Antriebswelle 10 aus 3 sind die Antriebswelle 10, das Verstärkungselement 13, die Druckaufnahmeelemente 14, die drei Forminnenteile 12, das Tripodengelenk 7 und die Rolllaufflächen 8 des Tripodengelenkes 7 gezeigt.In the in 4 shown cross section of an end region 11 the drive shaft 10 out 3 are the drive shaft 10 , the reinforcing element 13 , the pressure-receiving elements 14 , the three mold parts 12 , the tripod joint 7 and the rolling surfaces 8th of the tripod joint 7 shown.

5 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebswelle 20, wobei das Forminnenteil 21 als ein Kranz ausgebildet ist und radiale Erstreckungen 22 und Lagerungsflächen 23 aufweist. Zwischen den radialen Erstreckungen 22 sind Druckaufnahmeelemente 24 angeordnet, die in Formschluss mit der Antriebswelle 20 und einem Verstärkungselement 25 stehen. In den Lagerungsflächen 23 können Kugeln eines Kugellagers gelagert sein, sodass eine Krafteinleitung über die Kugeln des Kugellagers erfolgt. 5 shows a third embodiment of a drive shaft according to the invention 20 , wherein the inner mold part 21 is formed as a wreath and radial extensions 22 and storage areas 23 having. Between the radial extensions 22 are pressure-receiving elements 24 arranged in positive engagement with the drive shaft 20 and a reinforcing element 25 stand. In the storage areas 23 balls of a ball bearing can be stored, so that a force is applied via the balls of the ball bearing.

In dem in 6 gezeigten Querschnitt eines Endbereiches 26 der Antriebswelle 20 aus 5 sind ein Verstärkungselement 25, Druckaufnahmeelemente 24, die Antriebswelle 20 und ein sternförmig ausgebildetes Forminnenteil 21 mit radialen Erstreckungen 22 und Lagerungsflächen 23 gezeigt.In the in 6 shown cross section of an end region 26 the drive shaft 20 out 5 are a reinforcing element 25 , Pressure absorption elements 24 , the drive shaft 20 and a star-shaped inner mold part 21 with radial extensions 22 and storage areas 23 shown.

In 7 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebswelle 30 gezeigt, wobei wenigstens ein Endbereich 31 ein sternförmiges Profil mit radialen Erstreckungen 32 aufweist. Zwischen den radialen Erstreckungen 32 sind Druckaufnahmeelemente 33 angeordnet, die in Formschluss mit der Antriebswelle 30 und einem Verstärkungselement 34 stehen. Die Krafteinleitung erfolgt über ein ebenfalls sternförmig ausgebildetes Forminnenteil 35, wobei die radialen Erstreckungen 32 des Sternprofils des Forminnenteils 35 in den radialen Erstreckungen 32 des Sternprofils des Endbereiches 31 der Antriebswelle 32 zu liegen kommen. Das Forminnenteil 35 kann, sich in Achsrichtung erstreckend, als Flansch ausgebildet sein, an welchem Elemente einer Antriebsmechanik befestigt werden können.In 7 is a fourth embodiment of the drive shaft according to the invention 30 shown, wherein at least one end portion 31 a star-shaped profile with radial extensions 32 having. Between the radial extensions 32 are pressure-receiving elements 33 arranged in positive engagement with the drive shaft 30 and a reinforcing element 34 stand. The force is introduced via a likewise star-shaped inner mold part 35 , wherein the radial extensions 32 of the star profile of the inside of the mold 35 in the radial extensions 32 of the star profile of the end area 31 the drive shaft 32 to come to rest. The shape inside part 35 may, in the axial direction extending, be formed as a flange to which elements of a drive mechanism can be attached.

In dem in 8 gezeigten Querschnitt eines Endbereiches 31 der Antriebswelle 30 aus 7 sind ein Verstärkungselement 34, Druckaufnahmeelemente 33, die Antriebswelle 30 und ein Forminnenteil 35 mit einem sternförmig ausgebildeten Profil, welches radiale Erstreckungen 32 aufweist, gezeigt.In the in 8th shown cross section of an end region 31 the drive shaft 30 out 7 are a reinforcing element 34 , Pressure absorption elements 33 , the drive shaft 30 and an inside mold part 35 with a star-shaped profile, which radial extensions 32 has shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Antriebswelledrive shaft
22
Mittelteilmidsection
33
Endbereichend
44
ForminnenteilForm inner part
55
DruckaufnahmeelementPressure receiving member
66
Verstärkungselementreinforcing element
77
TripodengelenkTJ
88th
RolllaufflächeRoll tread
1010
Antriebswelledrive shaft
1111
Endbereichend
1212
ForminnenteilForm inner part
1313
Verstärkungselementreinforcing element
1414
DruckaufnahmeelementPressure receiving member
2020
Antriebswelledrive shaft
2121
ForminnenteilForm inner part
2222
radiale Erstreckungradial extent
2323
Lagerungsflächestorage area
2424
DruckaufnahmeelementPressure receiving member
2525
Verstärkungselementreinforcing element
2626
Endbereichend
3030
Antriebswelledrive shaft
3131
Endbereichend
3232
radiale Erstreckungradial extent
3333
DruckaufnahmeelementPressure receiving member
3434
Verstärkungselementreinforcing element
3535
ForminnenteilForm inner part

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007051517 A1 [0003] DE 102007051517 A1 [0003]
  • DE 19842821 A1 [0004] DE 19842821 A1 [0004]
  • DE 102007018082 A1 [0005] DE 102007018082 A1 [0005]
  • US 4706364 [0006] US 4706364 [0006]

Claims (14)

Antriebswelle (1, 10, 20, 30) aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Mittelteil (2) und zwei Endbereichen (3, 11, 26, 31), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Endbereich (3, 11, 26, 31) zur Aufnahme wenigstens eines Forminnenteils (4, 12, 21, 35) als Krafteinleitungselement ausgebildet ist und um wenigstens einen Endbereich (3, 11, 26, 31) herum ein Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) angeordnet ist, wobei zwischen einer Außenfläche wenigstens eines Endbereiches (3, 11, 26, 31) und einem Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) zumindest ein Druckaufnahmeelement (5, 14, 24, 33) angeordnet ist.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) of a fiber composite material with a central part ( 2 ) and two end regions ( 3 . 11 . 26 . 31 ), characterized in that at least one end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) for receiving at least one inner mold part ( 4 . 12 . 21 . 35 ) is designed as a force introduction element and around at least one end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) around a reinforcing element ( 6 . 13 . 25 . 34 ), wherein between an outer surface of at least one end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) and a reinforcing element ( 6 . 13 . 25 . 34 ) at least one pressure receiving element ( 5 . 14 . 24 . 33 ) is arranged. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittfläche wenigstens eines Endbereiches (3, 11, 26, 31) oder des Mittelteils (2) zumindest innerhalb eines Abschnitts des Endbereiches (3, 11, 26, 31) oder Mittelteils (2) nach außen hin zu- oder abnimmt.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of at least one end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) or the middle part ( 2 ) at least within a portion of the end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) or middle part ( 2 ) increases or decreases to the outside. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Forminnenteil (4, 12, 21, 35) zur Aufnahme eines Gleichlaufgelenkes, insbesondere eines Tripodengelenkes (7), ausgebildet ist.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the inner mold part ( 4 . 12 . 21 . 35 ) for receiving a constant velocity joint, in particular a Tripodengelenkes ( 7 ), is trained. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Forminnenteil (4, 12, 21, 35) aus Stahl oder einer anderen metallischen Legierung besteht.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the inner mold part ( 4 . 12 . 21 . 35 ) consists of steel or another metallic alloy. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenfläche wenigstens eines Endbereiches (3, 11, 26, 31) und einem Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) mehrere Druckaufnahmeelemente (5, 14, 24, 33) angeordnet sind, die jeweils um einen ganzen Teiler von 360 Grad, bevorzugt 120 Grad oder 60 Grad, zueinander versetzt angeordnet sind.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the outer surface of at least one end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) and a reinforcing element ( 6 . 13 . 25 . 34 ) a plurality of pressure receiving elements ( 5 . 14 . 24 . 33 ), which are each arranged offset by an entire divider of 360 degrees, preferably 120 degrees or 60 degrees, to each other. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche des wenigstens einen Forminnenteils Rolllaufflächen für die Rollen eines Podengelenkes, insbesondere Tripodengelenkes, bilden.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that areas of the at least one inner mold part roller rolling surfaces for the roles of a Podengelenkes, in particular Tripodengelenkes form. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Forminnenteil Lagerungsflächen für die Kugeln eines Kugellagers aufweist.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one mold inner part has bearing surfaces for the balls of a ball bearing. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsflächen zwischen zwei Druckaufnahmeelementen angeordnet sind.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bearing surfaces are arranged between two pressure-receiving elements. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Endbereich im Querschnitt ein sternförmiges Profil aufweist und Druckaufnahmeelemente zwischen den radialen Erstreckungen des sternförmigen Profils angeordnet sind.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one end region in cross section has a star-shaped profile and pressure-receiving elements are arranged between the radial extensions of the star-shaped profile. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Forminnenteil in Erstreckungsrichtung der Antriebswelle nach außen erstreckt und an seinem der Antriebswelle abgewandten Ende als Befestigungsfläche oder Flansch ausgebildet ist.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that extending at least one inner mold part in the extension direction of the drive shaft to the outside and is formed at its end facing away from the drive shaft as a mounting surface or flange. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) aus Stahl, Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff besteht.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the reinforcing element ( 6 . 13 . 25 . 34 ) consists of steel, plastic or a fiber composite material. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (6, 13, 25, 34) um wenigstens einen Endbereich (3, 11, 26, 31) gepresst oder geklebt ist.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the reinforcing element ( 6 . 13 . 25 . 34 ) around at least one end region ( 3 . 11 . 26 . 31 ) is pressed or glued. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckaufnahmeelement (5, 14, 24, 33) aus Kunststoff, insbesondere Polyamid, besteht.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the at least one pressure-receiving element ( 5 . 14 . 24 . 33 ) made of plastic, in particular polyamide. Antriebswelle (1, 10, 20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1, 10, 20, 30) einen Anteil an Fasern mit einer +45 Grad Orientierung und/oder einer –45 Grad Orientierung von wenigsten 5% aufweist.Drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the drive shaft ( 1 . 10 . 20 . 30 ) has a proportion of fibers with a +45 degree orientation and / or a -45 degree orientation of at least 5%.
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