DE3616791C2 - Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bevorzugt ist dabei an die Herstellung einer Antriebs- oder Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug gedacht.
Bei bekannten Verfahren dieser Art erfolgt die Herstellung der Hohlwelle durch Wickeln von Fasermaterial auf einem Dorn oder Kern mit einem Faserorientierungs­ winkel, der sich aus Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen ergibt. Dabei läßt sich aber ein über die gesamte Länge der Hohlwelle günstiger Faserwinkel nur dann erzielen, wenn der Durchmesser der Hohlwelle konstant ist. Besitzt die Hohlwelle demgegenüber Bereiche sehr unterschiedlicher Durchmesser, beispielsweise an ihren Enden zur Aufnahme von Zapfen eines Gelenks Bereiche mit Durchmessern, die erheblich größer als der Durchmesser des mittleren Bereichs der Hohlwelle sind, so ergeben die bekannten Wickelverfahren im Bereich der großen Durchmesser relativ kleine Wickelwinkel. Da aber in diesen Endbereichen die Krafteinleitung beispiels­ weise über Gelenkzapfen erfolgt und hierzu ein Winkel um 45° optimal ist, während günstige Winkel für den zwischen den Endbereichen liegenden Rohrbereich kleineren Durchmessers zwischen 20 und 40° liegen, ist es mit den bekannten Wickelverfahren nicht möglich, die Faserorientierung in der Hohlwelle zu optimieren.
Aus der DE-27 47 910-A ist ein Verfahren zur Herstellung von Kardanwellen aus faserver­ stärktem Kunststoff bekannt, bei dem ein diagonal gewebter Schlauch in gestauchtem Zu­ stand über einen Kern gezogen wird. Hierbei wird über dem gestreckten Bereich des Kerns ein Winkel der Gewebefäden von etwa 45° erreicht, wobei sich auf eventuell vorhandenen Endbereichen mit größerem Durchmesser entsprechend größere Faserwinkel einstellen. Entsprechende faserverstärkte kunstharzummantelte Formkerne sind auch aus der CH-PS 478 650 und der GB-PS 1,021,111 bekannt, in denen langgestreckte Formkerne mit einem diagonal gewebten Geflecht derart überzogen werden, daß die Gewebsfäden zueinander wie oben einen verhältnismäßig großen Winkel einschließen. Bei der letztgenannten Schrift wird hierzu der Diagonalgewebeschlauch vor dem Aufziehen stark gestaucht auf einen Auf­ ziehkern geschoben. Mit den bekannten Verfahren lassen sich verhältnismäßig feste Wellen herstellen, da die einzelnen Gewebefasern des Schlauches etwa in Richtung der auftretenden Torsionsspannungen liegen. Bei der Herstellung von Hohlwellen aus faserverstärktem Kunststoff mit Bereichen unterschiedlicher Durchmesser, die auch nach den bekannten Verfahren hergestellt werden können, hat sich jedoch gezeigt, daß mit den bekannten Verfahren nicht mehr die gewünschten hohen Torsionsfestigkeiten erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle, d. h. unter Wahrung der Vorteile (geringes Gewicht, Schalliso­ lierung), aus faserverstärktem Kunststoff zu schaffen, das trotz seiner Einfachheit einen im Hinblick auf Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften günstigen Verlauf des Winkels zwischen den Fasern einerseits und Parallelen zur Achse der Hohlwelle andererseits zu erzielen gestattet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruchs 1 oder 3, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
In Abweichung von dem Wickelverfahren beinhaltenden Stand der Technik verwendet das erfindungsgemäße Verfahren gleichsam als Vormaterial also einen geflochtenen Faserschlauch, der die Eigenschaft hat, beim Recken relativ kleine, dagegen beim Stauchen (infolge Durchmesservergrößerung) relativ große Orientierungswinkel der definierten Art zu besitzen.
Damit muß die günstige Faserausrichtung aber nicht durch Nachteile, wie eine Beschränkung auf bestimmte Wandstärken der Hohlwelle, erkauft werden. Vielmehr ist es auch möglich, mehrere geflochtene Faserschläuche oder mehrere Lagen ein und desselben Faserschlauchs durch Umkippen desselben im Bereich der Enden der Hohlwelle übereinander vorzusehen und gemeinsam auszuhärten. Auch hinsichtlich des Zeitpunkts der Tränkung des Faserschlauchs mit härtbarem Kunststoff besteht weitgehende Freiheit; so kann der Faserschlauch vor oder nach seinem Aufziehen auf den Kern getränkt werden.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des in der Figur teilweise im Längsschnitt dargestellten Verfahrenserzeugnisses, nämlich einer endseitig als Bestandteil von Gelenken ausgebildeten Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs, erläu­ tert.
Die Hohlwelle 1 besitzt den mittleren Bereich 2 relativ kleinen Durchmessers und die beiden Endbereiche 3 und 4 demgegenüber relativ großen Durchmessers; die End­ bereiche dienen als Bestandteile von Gelenken, deren Zapfen in Ausnehmungen 5 und 6 der Hohlwelle 1 hineinragen. Als Material für die Hohlwelle 1 ist z. B. glas- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff eingesetzt, und zwar in Form eines geflochtenen Schlauchs, wie er an sich handelsüblich ist. Dieser Schlauch ist über einen in der Figur nicht dargestellten, die Innenform der Hohlwelle 1 besitzenden Kern gezogen worden, wodurch sich automatisch im mittleren Bereich 2 der Hohlwelle 1 eine Faserorientierung ergeben hat, die durch einen Winkel α1 von etwa 20 bis 25° zwi­ schen den Fasern und Parallelen zur Hohlwellenachse 7 charakterisiert ist. In den einen erheblich größeren Durchmesser besitzenden Endbereichen 3 und 4 der Hohl­ welle dagegen hat sich ein entsprechender Winkel α2 von etwa 45° ergeben, wie er für die Krafteinleitung mittels der in die Ausnehmungen 5 und 6 hinragenden Ge­ lenkbolzen optimal ist. Diese unterschiedliche Faserorientierung erfordert keine zusätzlichen Maßnahmen zu ihrer Erzeugung, sondern ergibt sich selbsttätig, wenn der geflochtene Faserschlauch über die einzelnen Durchmesserbereiche gezogen wird.
Die Ausnehmungen 5 und 6 können in einfacher Weise ohne mechanische Nachbear­ beitung über quer zur Achse 7 vorschiebbare Dorne im Kern erzeugt werden.
Nach dem Aufziehen und Tränken des geflochtenen Faserschlauchs wird dieser auf dem Kern ausgehärtet; danach wird der Kern, der zu diesem Zweck aus zwei im mittleren Wellenbereich 2 aneinanderstoßenden Teilkernen zusammengesetzt sein kann, herausgezogen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff mit Bereichen unterschiedlicher Durchmesser unter Verwendung eines Kerns, wobei auf den Kern zumindest ein geflochtener Faserschlauch auf­ gezogen, vor oder nach dem Aufziehen mit härtbarem Kunststoff getränkt und im aufgezogenen Zustand gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserschlauch mit solchem Ausgangs-Flechtwinkel gewählt wird, daß die Fasern mit Parallelen zur Achse (7) der Hohlwelle (1) in Bereichen kleinsten Durchmessers (2) derselben Winkel (α1) zwischen 20 und 40° einschließen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faser­ schlauch mit solchem Ausgangs-Flechtwinkel gewählt wird, daß die Fasern mit Parallelen zur Achse (7) der Hohlwelle (1) in Bereichen größten Durchmessers (3, 4) derselben Winkel (α2) von etwa 45° einschließen.
3. Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff mit Bereichen unterschiedlicher Durchmesser unter Verwendung eines Kerns, wobei auf den Kern zumindest ein geflochtener Faserschlauch auf­ gezogen, vor oder nach dem Aufziehen mit härtbarem Kunststoff getränkt und im aufgezogenen Zustand gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faser­ schlauch mit solchem Ausgangs-Flechtwinkel gewählt wird, daß die Fasern mit Parallelen zur Achse (7) der Hohlwelle (1) in Bereichen größten Durchmessers (3, 4) derselben Winkel (α2) von etwa 45° einschließen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserschlauch mit solchem Ausgangs-Flechtwinkel gewählt wird, daß die Fasern mit Parallelen zur Achse (7) der Hohlwelle (1) in Bereichen kleinsten Durchmessers (2) derselben Winkel (α1) zwischen 20 und 40° einschließen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserschlauch mehrlagig in unterschiedlichen Richtungen aufgezogen wird.
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