DE4107222A1

DE4107222A1 - Verbindung zwischen einer rohrfoermigen welle aus einem faserverbundwerkstoff und einem metallzapfen, sowie verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE4107222A1
Application number: DE4107222A
Authority: DE
Inventors: Miloslav Petrzelka; Werner Dipl Ing Hoffmann
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline SA
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1992-04-30
Anticipated expiration: 2011-03-08
Also published as: DE4107222C2

Description

Die Erfindung betrifft eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbund werkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem in das Wellenende eingeschobenen oder auf das Wellenende aufgesteckten Nabenzapfen zur Drehmomentüber tragung in Gelenkwellen und dergleichen und Verfahren zu deren Herstellung.

Es sind Preßverbindungen bekannt, bei denen sogenannte Composite-Wellen mit dem Stahlanschlußzapfen für ein Ge lenk verbunden werden. Derartige, beispielsweise aus der DE 37 25 959 A1 bekannte Verbindungen dienen der Übertra gung von Drehmomenten, beispielsweise in den Antriebs strängen von Kraftfahrzeugen. Die Höhe der dabei zu über tragenden Momente ist abhängig von der Radialvorspannung, mit der der Stahlzapfen bzw.- anschluß mit der aus Faser verbundwerkstoff bestehenden Welle verbunden ist. Mit höheren gewünschten Radialvorspannungen steigen auch die erforderlichen axialen Einpreßkräfte.

Bei einer Verwendung derartiger Wellenverbindungen für Seitenwellen werden Drehmomente übertragen werden müssen, die bis zu dreimal höher liegen als bei bekannten Kardan wellen. Bei den hierfür erforderlich hohen Einpreßkräften, die bei ca. 15 bis 20 Tonnen liegen können, würden die Composite-Wellen zerstört werden, nämlich durch interla minare Scherkräfte oder durch Beulen des Rohres beim Einpressen. Außerdem benötigen diese Wellenverbindungen eine hohe Fertigungspräzision des Innenquerschnitts der Welle sowie der einzupressenden Nabe, die mit einem ge zielten Übermaß eingepreßt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wellenverbindung zu schaffen, die hohe Übertragungskräfte ermöglicht und die mit einfachen Mitteln unter größtmöglicher Schonung der Welle hergestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe nach einer ersten Lösung da durch, daß der Nabenzapfen als innerhalb des Wellenendes - also in situ - plastisch aufgeweiteter Hohlzapfen unter radialer Vorspannung im elastisch aufgeweiteten Wellenende einsitzt.

Durch diese Maßnahmen wird eine Wellenverbindung ge schaffen, bei der das Anschlußelement ohne allzugroße Präzision hergestellt werden kann. Sein Außendurchmesser kann dabei zunächst kleiner als der Innendurchmesser der Welle sein, mit der der Nabenzapfen verbunden werden soll. Die beiden Teile sind aus unterschiedlichen Werkstoffen, bevorzugt das Anschlußelement aus Stahl und die Welle aus Faserverbundwerkstoff (FVW) und können leicht miteinander verbunden werden. Nach dem Einstecken in die Welle wird der Nabenzapfen beispielsweise durch einen Bund oder einen Anschlag positioniert und unter Überschreiten der Elasti zitätsgrenze hydraulisch oder mechanisch aufgeweitet. Die erfindungsgemäße Wellenverbindung kann höhere Übertra gungskräfte aufnehmen, als es bei einer durch axiales Einpressen erzeugten kraftschlüssigen Verbindung möglich wäre.

Das Anschlußelement kann einen mit dem Nabenzapfen verbun denen Voll- oder Hohlzapfen mit einer Keilverzahnung um fassen, auf den insbesondere ein Innenteil eines Kugel drehgelenks oder Tripodegelenks aufgeschoben werden kann. Es kann sich jedoch auch ein Gelenkaußenteil solcher Ku geldrehgelenke oder Tripodegelenke oder ein üblicher Flanschring an den Nabenzapfen anschließen. Bei den letzt genannten Ausgestaltungen ist es möglich, daß der Innen querschnitt des Nabenzapfens auch von außen frei zugäng lich ist.

Um einen druckbeaufschlagbaren Innenraum im Nabenzapfen zu schaffen, ist es vorgesehen, daß ein geschlossener Raum auf der Außenseite über eine Bohrung zugänglich ist und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Deckel ver schlossen ist, wobei es vorteilhaft ist, daß der Deckel mit der Wandung des Nabenzapfens verschweißt ist.

Es ist aber auch möglich, daß der Innenquerschnitt des Nabenzapfens von außen und/oder innen unvermindert frei zugänglich ist und über eine Sonde mit einem Druck beauf schlagbar oder mittels eines Werkzeugs mechanisch aufweit bar ist.

Sollen besonders hohe Kräfte übertragen werden, so kann es vorteilhaft sein, daß die Welle im Bereich des Naben zapfens mit einer Radialwicklung versehen ist. Die Fasern des in dem Faserverbundwerkstoff eingelegten Laminats werden nur auf Zug beansprucht. Aus diesem Grunde kann durch eine zusätzliche Radialwicklungsschicht auch die höchste Zugspannung bei radialem Aufweiten erreicht wer den, die für eine hohe Drehmomentübertragung benötigt wird.

Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Welle im Bereich des Nabenzapfens mit einem radial außen aufgebrachten Stahlring versehen ist. Hierdurch kann insbesondere bei dünnwandigen Rohren die erforderliche elastische Vorspannung gegenüber dem plastisch aufgeweite tem Nabenzapfen erhöht werden. Der Stahlring kann vor dem Aufweiten des Nabenzapfens aufgepreßt oder aufgeschrumpft werden oder im wesentlichen reibungsfrei aufgeschoben werden. Um an der Drehmomentübertragung bei wesentlicher Vergrößerung der Reibungsoberfläche teilzunehmen, kann der Stahlring mit dem Nabenzapfen drehfest verbunden sein, insbesondere durch eine geschweißte Verbindung beider Teile am Rohrende.

Eine zweite erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein außenliegender Stahlring als auf dem Wellenende - also in situ - plastisch radial reduzierter Spannring unter radia ler Vorspannung auf dem elastisch eingespannten Wellenende aufsitzt. Das elastisch verformte Wellenende stützt sich dabei innen auf dem im wesentlichen unverformt bleibenden oder ebenfalls elastisch verformten Nabenzapfen ab. Die Einspannungsverhältnisse können dabei im wesentlichen die gleichen sein, wie bei der Ausführungsform mit zusätz lichem außenliegenden Stahlring bei der erstgenannten Lösung. Um nicht nur die Einspannung zu bewirken, sondern auch an der Drehmomentübertragung bei entsprechender Ver größerung der wirksamen Reibungsoberfläche gegenüber dem Wellenende teilzunehmen, kann auch der Stahlring gemäß dieser Lösung mit dem Anschlußelement drehfest verbunden sein, insbesondere durch formschlüssiges Aufpressen in eine Umfangsverzahnung oder Rändelung am Anschlußelement oder durch eine geschweißte Verbindung beider Teile am Rohrende.

Eine dritte erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Nabenzapfen als auf dem Wellenende - also in situ - plastisch radial reduzierter Spannring unter radialer Vorspannung auf dem elastisch eingespannten Wellenende aufsitzt. Diese Lösung entspricht weitgehend der zuvor genannten, wobei jedoch der Kraftfluß in erster Linie über den Nabenzapfen in das Anschlußelement verläuft, wie es beim Stahlring nur der Fall ist, wenn dieser mit dem An schlußelement drehfest verbunden ist. In Ergänzung zum außenliegenden Nabenzapfen kann zum Aufbau einer beider seitigen radialen Preßkraft ein Stützring eingeschoben werden, der vor oder nach dem Reduzieren des Nabenzapfens mit dem Anschlußelement verschweißt werden kann, insbeson dere von außen durch Durchschweißen mittels Lasertechnik durch das Anschlußelement.

Eine weitere Verbesserung der Drehmomentübertragung kann durch eine gezielte Oberflächengestaltung der Nabenzapfen außenseite und ggfs. der Stahlringinnenseite nach den ersten beiden Lösungen bzw. der Nabenzapfeninnenseite und gegebenenfalls der Stützringaußenseite nach der dritten Lösung erreicht werden, wobei eine strukturierte Ober fläche durch Rändeln, Sandstrahlen, Schruppen oder ähn liches hergestellt werden soll. Der Reibungskoeffizient gegenüber einer Faserverbundwerkstoffoberfläche wird hier durch erhöht.

Die am Reibschluß beteiligten Oberflächen des Rohrkörpers am Wellenende sind vor dem Fügen jeweils zu überdrehen, um vom Herstellungsprozeß herrührende Unebenheiten in der Harzschicht zu beseitigen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein ver bessertes Verfahren zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung einer rohrförmigen Welle aus einem Faserver bundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem innenliegenden oder außenliegenden Nabenzapfen in Form eines Hohlzapfens, zu schaffen, das hohe Radial vorspannungen unter Meidung nachteiliger mechanischer oder thermischer Einflüsse auf die Welle ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Nabenzapfen vor dem Herstellen der Verbindung einen Außendurchmesser auf weist, der im Verhältnis zum Innendurchmesser der Welle so gewählt ist, daß der Nabenzapfen im wesentlichen reibungs frei in seine Sitzposition in der Welle eingebracht wird und daß die einsitzende Wandung des Nabenzapfens durch eine radial wirkende Kraft radial nach außen plastisch verformt wird, wobei die Außenoberfläche des Nabenzapfens mit der Innenoberfläche der Welle in kraftschlüssige Ver bindung gebracht wird.

Eine erste bevorzugte Form der Verfahrensdurchführung besteht darin, daß ein geschlossener Innenraum im Naben zapfen vollständig mit Druckmittel gefüllt und druckbeauf schlagt wird. Hierfür ist es vorteilhaft, eine koaxiale Zuführungsbohrung im Anschlußelement vorzusehen, die zur Außenseite frei zugänglich ist. Gegebenenfalls kann zu sätzlich eine Entlüftungsbohrung zum schnelleren Füllen und Entleeren des genannten Innenraums vorgesehen werden.

Nach einer zweiten Durchführungsart des Verfahrens kann bei freier Zugänglichkeit des Nabenzapfens zumindest aus dem Rohrinneren heraus - wobei nur eine einzelne derartige Verbindung an einem Rohr herstellt werden kann - oder je nach Bauform des Anschlußelementes auch von den äußeren Enden her - wobei dann zwei Elemente dieser Art an einem Rohr verwendet werden können - eine Druckmittelsonde ein geschoben werden und der Nabenzapfen in einem zwischen Dichtungen liegenden Ringraum mit Druckmittel beaufschlagt werden.

Nach einer dritten Durchführungsart kann anstelle einer zuvor genannten Druckmittelsonde auch ein mechanisches Aufweitwerkzeug eingeführt werden, das als einfacher Dorn ausgebildet sein kann oder Spreizbacken oder umfangsver teilt angeordnete Aufweitrollen umfassen kann, die jeweils gegenüber dem unverformten Rohrinneren ein Übermaß haben und durch den Zapfen hindurchgezogen werden.

Eine andere Lösung für das zuletzt genannte Verfahren besteht darin, daß der Nabenzapfen vor dem Herstellen der Verbindung einen Außendurchmesser aufweist, der ein im wesentlichen reibungsfreies Einschieben in das Rohrende ermöglicht, daß ein äußerer Stahlring vor dem Herstellen der Verbindung einen Innendurchmesser aufweist, der ein im wesentlichen reibungsfreies Aufschieben auf das Rohrende ermöglicht, daß Nabenzapfen, Rohrende und Stahlring inein andergesteckt werden und der Stahlring radial plastisch reduziert wird, wobei die Innenoberfläche des Stahlringes und die Außenoberfläche des Nabenzapfens in kraftschlüssi ge Verbindung mit dem elastisch reduzierten Wellenende kommen. Der Nabenzapfen wird hierbei nur im elastischen Bereich radial beaufschlagt.

Eine dritte Lösung für die Herstellung besteht darin, daß der Nabenzapfen vor dem Herstellen der Verbindung einen Innendurchmesser aufweist, der ein im wesentlichen rei bungsfreies Aufschieben auf das Wellenende ermöglicht, daß Nabenzapfen, Wellenende und gegebenenfalls ein innenlie gender Stützring ineinandergesteckt werden und der Nabenzapfen radial plastisch gestaucht wird, wobei die Innenoberfläche des Nabenzapfens und gegebenenfalls die Außenoberfläche des Stützringes in kraftschlüssige Verbin dung mit dem elastisch reduzierten Wellenende kommen. Hierbei wird das Wellenende ebenfalls frei von Scherkräf ten in der Oberfläche, die zu einer Schädigung führen könnten, in den Nabenzapfen eingeschoben. Beim plastischen Reduzieren des Nabenzapfens wird das Wellenende und gege benenfalls der eingesteckte Stützring, der zuvor ebenfalls im wesentlichen reibungsfrei eingesteckt worden ist, im elastischen Bereich radial verformt.

Allen Verfahrenslösungen gemeinsam ist die Tatsache, daß am Rohrende, insbesondere an den Rohroberflächen, beim Ineinanderstecken keine Schäden entstehen und daß gleich wohl eine feste radiale Verspannung zwischen Nabenzapfen und Wellenende bzw. ggfs. auch zum außenliegenden Stahl ring oder zum innenliegenden Stützring sichergestellt ist.

Anders als beim Fügen durch thermisches Schrumpfen wird das Faserverbundrohr von nachteiligen Temperatureinflüssen freigehalten. Die im wesentlichen reibschlüssigen Verbin dungen haben die vorteilhafte Wirkung, bei Überlast zer störungsfrei durchzurutschen und anschließend mit nur geringfügig reduziertem Höchstdrehmoment weiter betriebs fähig zu sein. Somit können die Verbindungen gleichzeitig als Überlastkupplung dienen und auf ein gefordertes Höchstdrehmoment konstruktiv eingestellt werden.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen schema tisch in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Wellenverbindung mit innenliegendem Wellenzapfen in einer ersten Ausführung beim hy draulischen Aufweiten des Wellenzapfens;

Fig. 2 zeigt eine Wellenverbindung mit innenliegendem Wellenzapfen in einer zweiten Ausführung beim mechanischen Aufweiten des Wellenzapfens;

Fig. 3 zeigt eine Wellenverbindung in einer ersten Aus führung mit außenliegendem Stahlring beim mecha nischen Aufweiten des Wellenzapfens;

Fig. 4 zeigt eine Wellenverbindung in einer zweiten Aus führung mit außenliegendem Stahlring beim mecha nischen Aufweiten des Wellenzapfens;

Fig. 5 zeigt eine Wellenverbindung nach einer ersten Ausführung mit außenliegendem Stahlring beim ra dialen Reduzieren desselben;

Fig. 6 zeigt eine Wellenverbindung nach einer zweiten Ausführung mit außenliegendem Stahlring beim ra dialen Reduzieren desselben;

Fig. 7 zeigt eine Wellenverbindung nach einer ersten Ausführung mit einem außenliegenden Nabenzapfen beim radialen Reduzieren desselben;

Fig. 8 zeigt eine Wellenverbindung nach einer zweiten Ausführung mit außenliegendem Nabenzapfen beim radialen Reduzieren desselben.

Nach der in der Fig. 1 dargestellten Wellenverbindung soll eine Welle 11, beispielsweise eine Welle aus Faser verbundwerkstoff, mit einem stählernen Anschlußelement 10 verbunden werden. Das Anschlußelement 10 umfaßt einen in die Welle 11 eingeschobenen hohlen Nabenzapfen 12 und einen außenliegenden mit einer Keilverzahnung 18 ver sehenen Steckzapfen 17. Der Nabenzapfen 12 ist mit einem geschlossenen Raum 13 versehen, wobei dieser Raum 13 ein seitig durch einen angeschweißten Deckel 14 gebildet wird.

Dem Deckel 14 gegenüberliegend ist in dem Steckzapfen 17 eine zentrisch axial verlaufende Bohrung 16 vorgesehen. Durch die Bohrung 16 kann der geschlossene Raum 13 mit einem durch den Pfeil symbolisierten Druckmittel befüllt und beaufschlagt wird. Als Druckmedium ist dabei bei spielsweise ein Hydrauliköl oder Wasser vorgesehen.

Zur Herstellung der Verbindung ist es vorgesehen, daß der Außendurchmesser des Nabenzapfens 12 zunächst nicht größer ist, als der Innendurchmesser der Welle 11, so daß die Teile axial kraftfrei ineinandergesteckt werden können. Durch Ausüben des hydraulischen Druckes wird die Wandung 15 des Nabenzapfens 12 plastisch aufgeweitet, wobei der Außendurchmesser über den ursprünglichen Innendurchmesser der Welle hinaus vergrößert bleibt. Die Außenoberfläche 21 der Wandung 15 des Nabenzapfens 12 wird dadurch kraft schlüssig mit der Innenoberfläche 19 des Rohres 11 verbun den. Der Nabenzapfen 12 bedarf dadurch keiner kosteninten siven Präzisionsbearbeitung und kann mit relativ groben Toleranzen vorgefertigt sein.

Zur Erhöhung der erzielbaren elastischen Vorspannung ist die Welle 11 im Bereich des Nabenzapfens 12 mit einer verdickt dargestellten Radialwicklung 22 versehen.

Nach dem Aufweiten der Wandung 15 wird der Druck zurückge nommen und das eingefüllte Druckmedium aus dem ge schlossenen Raum 13 abgelassen werden. Durch die so durch plastische Verformung erzielte Aufweitung des Nabenzapfens 12 wird eine feste zerstörungsfreie Verbindung zwischen der Welle 11 und dem eingeschobenen Zapfen 12 geschaffen.

Nach der in der Fig. 2 dargestellten Wellenverbindung soll eine Welle 111, insbesondere wieder eine Welle aus Faserverbundwerkstoff mit einem stählernen Anschlußelement 110 verbunden werden. Das Anschlußelement 110 umfaßt einen in die Welle 111 eingeschobenen hohlen Nabenzapfen 112 und einen außenliegenden mit einem Bund 118 versehenen An schlußzapfen 117. Der Nabenzapfen 112 ist dazu mit einem erweiterten offenen Ende 113 versehen.

Dem offenen Ende 113 gegenüberliegend ist in dem Steck zapfen 117 eine erweiterte axial verlaufende Bohrung 116 vorgesehen. Durch die Bohrung 116 kann in den Nabenzapfen 112 ein durch einen Pfeil in seiner Bewegung gekennzeich neter Aufweitdorn 114 eingeschoben werden.

Zur Herstellung der Verbindung ist auch hier vorgesehen, daß der Außendurchmesser des Nabenzapfens 112 zunächst nicht größer ist, als der Innendurchmesser der Welle 111, so daß die Teile axialkraftfrei ineinandergesteckt werden können. Durch Ausüben einer Axialkraft auf einen einge steckten Aufweitdorn 114 wird dieser eingeführt und die Wandung 115 des Nabenzapfens 112 plastisch aufgeweitet, wobei der Außendurchmesser über den ursprünglichen Innen durchmesser der Welle hinaus vergrößert bleibt. Die Außen oberfläche 121 der Wandung 115 des Nabenzapfens 112 wird dadurch in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbei spiel kraftschlüssig mit der Innenoberfläche 119 des Roh res 111 verbunden. Beim Einschieben des Aufweitdorns 114 stützt sich der Nabenzapfen 112 axial mit dem Bund 118 am Ende der Welle 111 ab. Die innere Rohroberfläche 119 kann mit relativ groben Toleranzen vorgefertigt sein. Zur Er höhung der erzielbaren elastischen Vorspannung ist die Welle 111 im Bereich des Nabenzapfens 112 mit einer ver dickt dargestellten Radialwicklung 122 versehen.

In Fig. 3 ist ein Anschlußelement 210 gezeigt, das mit einer Welle 211 verbunden wird. Das Anschlußelement umfaßt einen Nabenzapfen 212 der rohrseitig ein offenes konisch auslaufendes Ende 213 hat. Auf der äußeren Gegenseite sind ein Bund 218 und ein hohler Anschlußzapfen 217 sichtbar. Auf das Wellenende 211 ist außen ein Stahlring 222 aufge schoben, der bis an den Bundbereich 218 reicht. Das An schlußelement 110 hat bis zum Bundbereich 218 eine ver größerte Innenbohrung 216. Ein Aufweitedorn 214 mit Kugel kopf ist gegenüber dieser Bohrung 216 kleiner, weist je doch Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser der unverform ten Wandung 215 des Nabenzapfens 212 auf. Ein Durchschie ben in Pfeilrichtung und ggfs. ein Zurückziehen führt zu einer plastischen Verformung der Wandung 215, so daß ein reibschlüssiger Sitz zwischen der Innenoberfläche 219 des Wellenendes 211 und der Außenoberfläche 221 des Naben zapfens 212 hergestellt wird. Das im elastischen Bereich radial verformte Rohrende 211 stützt sich dabei mit seiner Außenoberfläche 223 an der Innenoberfläche 224 des Stahl ringes 222 ab.

In Fig. 4 ist ein Anschlußelement 310 und ein Wellenende 311 gezeigt, deren Verbindung im wesentlichen die gleichen Einzelheiten wie in Fig. 3 aufweist, die hier jeweils mit um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen sind. Abweichend ist ein Stahlring 322 bis in den Bereich des Zapfens 318 über das Rohrende hinaus verlängert und mittels Schweißung 325 mit diesem verbunden, so daß er an einer Drehmoment übertragung aufgrund der reibschlüssigen Verbindung zwischen der Außenoberfläche 323 des Wellenendes und der Innenoberfläche 324 des Stahlringes teilnimmt.

In Fig. 5 ist die Herstellung einer Wellenverbindung zwischen einer Welle 411 und einem Anschlußelement 410 gezeigt. Dieses umfaßt einen in die Welle 411 eingescho benen hohlen Nabenzapfen 412 und einen außenliegenden mit einer Keilverzahnung 420 versehenen Steckzapfen 417. Im Zapfen ist eine Bohrung 416 vorgesehen. Bei einer Ausge staltung des Wellenzapfens 412 gemäß der Darstellung in Fig. 1 könnte diese der Zuführung eines hydraulischen Druckmittels dienen. Im vorliegenden Fall wird jedoch davon ausgegangen, daß die Welle 411 auf den Nabenzapfen 412 aufgeschoben und ein Stahlring 422 auf das Wellenende aufgeschoben wird und anschließend, wie durch die Pfeile angedeutet, der Stahlring 422 radial plastisch verformt wird, so daß es zu einem Reibschluß zwischen der Innen oberfläche 423 des Stahlringes 422 und der Außenoberfläche 424 des Wellenendes sowie zu einem Reibschluß zwischen der Innenoberfläche 419 des Rohrendes und der Außenoberfläche 421 des Nabenzapfens 412 kommt. Hierbei können vor oder nach dem Verformen Stahlring 422 und Anschlußelement 410 im Bereich eines Absatzes 418 mittels einer Schweißung 425 verbunden werden.

In Fig. 6 ist eine Welle 511 mit einem Amschlußelement 510 gezeigt, deren Einzelheiten im wesentlichen denen in Fig. 5 entsprechen und mit jeweils um 100 erhöhten Be zugsziffern versehen sind. Abweichend von der dort gezeig ten Schweißverbindung zwischen Stahlring und Anschlußele ment ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Anschluß element 510 mit einer Umfangsverzahnung oder Rändelung 526 versehen, in die der überstehende Teil des Stahlringes 522 beim radialen Reduzieren formschlüssig eingepreßt wird. Jegliche Form der Verzahnung oder Rändelung ist hierbei geeignet und führt zu dem gewünschten Kraftfluß auch über die Stahlhülse in das Anschlußelement.

In Fig. 7 ist die Herstellung einer Wellenverbindung zwischen einer Welle 611 und einem Anschlußelement 610 gezeigt, wobei letzteres einen auf die Welle 611 aufge schobenen hohlen Nabenzapfen 612 und einen anschließenden, mit einer Keilverzahnung 620 versehenen Steckzapfen 617 umfaßt. Im Zapfen ist eine Bohrung 616 vorgesehen. Wie durch die Pfeile angedeutet, wird nach dem Aufschieben des Nabenzapfens 612 auf das Wellenende 611 dieser radial plastisch verformt, so daß es zu einem Reibschluß zwischen der Innenoberfläche 623 des Nabenzapfens 612 und der Außenoberfläche 624 des Wellenendes kommt.

In Fig. 8 sind im wesentlichen die gleichen Einzelheiten wie in Fig. 7 erkennbar, wobei die sich entsprechenden Einzelheiten mit um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Innerhalb des Wellenendes 711 ist ein Stützring 727 eingesteckt, der bei einem radialen plastischen Verformen des außenliegenden Nabenzapfens die radiale Reduzierung des Wellenendes 711 behindert und somit zu einer größeren radialen Vorspannung zwischen Nabenzapfen 712 und Wellen ende 711 führt. Der Stützring 727 kann auch axial weiter in das Anschlußelement 710 eingeschoben sein, als hier dargestellt, so daß bei einer radialen Durchschweißung durch das Anschlußelement eine zusätzliche Verbindung zur Drehmomentübertragung auch zwischen Stützring und An schlußelement erzeugt werden kann.

Einzelheiten in den Figuren, die nicht im einzelnen ange sprochen sind, entsprechen denen aus anderen Figuren mit den gleichen beiden Endziffern.

Bezugszeichenliste

10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710 Anschlußelement
11, 111, 211, 311, 411, 511, 611, 711 Welle
12, 112, 212, 312, 412, 512, 612, 712 Nebenzapfen
13 geschlossener Raum
113, 213, 313, 413, 513, 613, 713 offenes Ende
14 Deckel
114, 214, 314 Aufweitedorn
15, 115, 215, 315, 415, 515, 615, 715 Wandung
16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716 Bohrung
17, 117, 217, 317, 417, 517, 617, 717 Steckzapfen
18 Keilverzahnung
118, 218, 318, 418, 518, 618, 718 Bund
19, 119, 219, 319, 419, 519, 619, 719 Innenoberfläche
420, 520, 620, 720 Keilverzahnung
21, 121, 221, 321, 421, 521, 621, 721 Außenoberfläche
22, 122 Radialwicklung
222, 322, 422, 522 Stahlring
223, 323, 423, 523, 623, 723 Außenoberfläche
224, 324, 424, 524, 624, 724 Innenoberfläche
325, 425 Schweißung
525 Rändelung
727 Stützring

Claims

1. Kraftschlüssige Verbindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem im Wellenende liegenden Nabenzapfen zur Drehmomentübertragung in Gelenkwellen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenzapfen (12, 112, 212, 312) als innerhalb des Wellenendes plastisch aufgeweiteter Hohlzapfen unter radialer Vorspannung im elastisch aufgeweiteten Wellenende (11, 111, 211, 311) einsitzt.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenzapfen (12) einen geschlossenen Raum (13) bildet, der über eine Bohrung (16) mit Druck beauf schlagbar ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenzapfen (112, 212, 312) einen wellenseitig oder vom Anschlußelement (110, 210, 310) aus frei zugänglichen Innenquerschnitt (116, 216, 316) hat.

4. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (13) an dem im Welleninneren liegenden Ende mit einem eingesetzten Deckel (14) verschlossen ist.

5. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) mit der Wandung (15) des Naben zapfens verschweißt ist.

6. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (13) über eine koaxiale Bohrung (16) im Anschlußelement mit Druck beaufschlag bar ist.

7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (11, 111) im Bereich des Nabenzapfens (12, 112) mit einer Radialwicklung (22, 122) versehen ist.

8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle im Bereich des Nabenzapfens (212, 312) mit einem außen aufgebrachten Stahlring (222, 322) umgeben ist.

9. Kraftschlüssige Verbindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem im Wellenende liegenden Nabenzapfen zur Drehmomentübertragung in Gelenkwellen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß ein außenliegender Stahlring (422, 522) als auf dem Wellenende plastisch radial reduzierter Spannring unter radialer Vorspannung auf dem elastisch einge spannten Wellenende (411, 511) aufsitzt.

10. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (522) über das Wellenende hinaus reicht und durch formschlüssige Verbindungsmittel (526) unmittelbar mit dem Nabenzapfen (512) drehfest verbunden ist.

11. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlring (322, 422) über das Wellenende hin ausreicht und an seinem Ende mit dem Nabenzapfen (312, 412) stoffschlüssig verbunden, insbesondere ver schweißt ist.

12. Kraftschlüssige Verbindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem auf das Wellen ende aufgeschobenen Nabenzapfen zur Drehmomentübertra gung in Gelenkwellen oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenzapfen (612, 712) als auf dem Wellenende plastisch radial reduzierter Spannring unter radialer Vorspannung auf dem elastisch eingespannten Wellenende (611, 711) aufsitzt.

13. Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Welle (711) im Bereich des Nabenzapfens (712) ein innen eingeschobener Stützring (727) einliegt.

14. Verfahren zum Herstellen einer kraftschlüssigen Ver bindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem im Wellenende liegenden Nabenzapfen in Form eines Hohlzapfens, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenzapfen vor dem Herstellen der Verbindung einen Außendurchmesser aufweist, der ein im wesent lichen reibungsfreies Einschieben in das Wellenende ermöglicht, daß der Nabenzapfen in seine Sitzposition in der Welle eingebracht wird und die einsitzende Wandung des Nabenzapfens durch eine radial wirkende Kraft radial nach außen plastisch verformt wird, wobei die Außenoberfläche des Nabenzapfens mit der Innen oberfläche der bleibend elastisch aufgeweiteten Welle in kraftschlüssige Verbindung gebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 zur Herstellung einer Ver bindung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial wirkende Kraft durch Aufbringen eines hydraulischen Innendrucks erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung einer Ver bindung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte geschlossene Raum mit Druckmedium gefüllt und mit Druck beaufschlagt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13 zur Herstellung einer Ver bindung gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksonde in den Nabenzapfen eingeführt und ein zwischen zwei Dichtelementen liegender Ringraum im Innenquerschnitt mit Druckmedium gefüllt und mit Druck beaufschlagt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12 zur Herstellung einer Ver bindung gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial wirkende Kraft mittels eines Werkzeugs mechanisch erzeugt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug mit Spreizbacken verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug mit Spreizrollen durchgezogen wird.

21. Verfahren zum Herstellen einer kraftschlüssigen Ver bindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem im Wellenende liegenden Nabenzapfen in Form eines Hohlzapfens, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenzapfen vor dem Herstellen der Verbindung einen Außendurchmesser aufweist, der ein im wesent lichen reibungsfreies Einschieben in das Wellenende ermöglicht, daß ein äußerer Stahlring vor dem Her stellen der Verbindung einen Innendurchmesser auf weist, der ein im wesentlichen reibungsfreies Auf schieben auf das Wellenende ermöglicht, daß Naben zapfen, Wellenende und Stahlring ineinandergesteckt werden und der Stahlring radial plastisch gestaucht wird, wobei die Innenoberfläche des Stahlringes und die Außenoberfläche des Nabenzapfens in kraftschlüssi ge Verbindung mit dem elastisch reduzierten Wellenende kommen.

22. Verfahren nach Anspruch 19 zur Herstellung einer Ver bindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlring und Anschlußelement miteinander - insbe sondere durch das radiale Verformen - in drehfeste Verbindung gebracht werden.

23. Verfahren zum Herstellen einer kraftschlüssigen Ver bindung zwischen einer rohrförmigen Welle aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW) und einem metallischen Anschlußelement mit einem auf das Wellenende aufge schobenen Nabenzapfen in Form eines Hohlzapfens, dadurch gekennzeichnet,
daß der Nabenzapfen vor dem Herstellen der Verbindung einen Innendurchmesser aufweist, der ein im wesent lichen reibungsfreies Aufschieben auf das Wellenende ermöglicht,
daß Nabenzapfen, Wellenende und gegebenenfalls ein Stützring ineinandergesteckt werden und der Naben zapfen radial plastisch gestaucht wird, wobei die Innenoberfläche des Nabenzapfens und gegebenenfalls die Außenoberfläche des Stützringes in kraftschlüssige Verbindung mit dem elastisch reduzierten Wellenende kommen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußelement und Stützring miteinander ver schweißt werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zum radialen Reduzieren ein Ziehwerkzeug oder Gesenk verwendet wird.