DE4111286A1 - Verfahren zum herstellen einer wellenanordnung, insbesondere einer kardanwellenanordnung, aus einem rohr aus faser-kunststoff-material und einem aus starrem material bestehenden anschlusselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE-PS 30 07 896 in der Weise bekannt, daß die Mitnehmer als Schneid­ zähne ausgebildet werden und beim Ineinanderpressen von Rohr und Außenhülse durch Einschneiden in das Material des Rohres gleichsam formschlüssige Gegenprofile erzeugen, wodurch eine in Umfangsrichtung feste Verbindung zwischen Rohr und Außenhülse erzeugt wird. Zur Unterstützung dieser Wirkung der Schneidzähne der Außenhülse ist auf der der Außenhülse abgekehrten Wand, also der Innenwand, des Rohres aus Faser-Kunststoff-Material ein Stütz­ ring vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs hinsichtlich der Anwendung bei einem topfähnlichen Anschlußelement herstellungsmäßig zu optimieren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich­ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Dadurch, daß bei der Erfindung das topfähnliche Anschlußelement nicht einstückig, sondern aus zwei Einzelteilen, die nachträglich zusammengesetzt werden, gefertigt wird, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, durch ein einfaches Herstellungsverfahren die nach innen weisenden Mitnehmer an der - einen Bestandteil des Anschluß­ elements darstellenden - Außenhülse zu fertigen. Dies kann in einfacher und kostengünstiger Weise durch spanende Bearbeitung, z. B. Räumen, oder umformende Bearbeitung erfolgen. Für die Außen­ hülse selbst kann z. B. ein blankgezogenes Metallrohr (Halbzeug) verwendet werden, von dem die Außenhülsen in gewünschter Länge abgelängt und anschließend mit den Mitnehmern versehen werden. Grundsätzlich ist aber auch das Einbringen der im wesentlichen längs oder axial verlaufenden Mitnehmer in das Halbzeug oder sogar während der Halbzeugherstellung möglich. Verständlicherweise muß das Material der Außenhülse, in aller Regel Metall, trotz der erforderlichen hohen Festigkeit unempfindlich gegen (durch die Mitnehmer gebildete) Kerben sein, da im montierten Zustand der Wellenanordnung, d. h. im Betrieb derselben, in der Außenhülse große Spannungen in Umfangsrichtung vorhanden sind.

Diese vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens werden praktisch durch keinen zusätzlichen Aufwand für die Her­ stellung der festen Verbindung zwischen den beiden Bestandteilen des Anschlußelements (Außenhülse, Fitting) erkauft, da erfindungs­ gemäß die also auch zur Festlegung des Rohres an dem Anschlußelement dienenden Mitnehmer der Außenhülse zur Festlegung des Fittings an dieser herangezogen werden. Infolge zylindrischer Gestaltung der Innenfläche der Außenhülse ist es möglich, diese in einfacher Weise mit sich über ihre gesamte Länge erstreckenden Mitnehmern zu versehen, die zwei Längenbereiche zur Festlegung einerseits des Rohres aus Faser-Kunststoff-Material und andererseits des Fittings definieren.

Aus folgendem Grunde wird man jedoch die drei beschriebenen Teile hinsichtlich ihrer Durchmesser bzw. der Auslegung der Mitnehmer so dimensionieren, daß die Mitnehmer in ihrem Eingriffsbereich an dem Rohr dieses lediglich elastisch deformieren, nicht aber gleichsam durch spanende Verformung Vertiefungen eingraben: Wie bereits erwähnt, unterliegen Wellenanordnungen der beschriebenen Art bei Verwendung als Antriebs- oder Kardanwellenanordnung in Kraftfahrzeugen im Betrieb relativ hohen Drehmomenten. Daher ist die bei dem eingangs zitierten Stand der Technik verwendete Herstellungsmethode für die formschlüssige Verbindung zwischen Rohr und Außenhülse, nämlich durch spanabhebende Schneidvorgänge mittels an der Außenhülse vorgesehener innerer Schneidzähne, für die Betriebseigenschaften derartiger Wellenanordnungen äußer­ ordentlich nachteilig. Durch die spanende Verformung wird die Festigkeit der Rohre im Verbindungsbereich erheblich gemindert; dies gilt insbesondere dann, wenn durch den beschriebenen Schneid­ vorgang Fasern des Rohres beschädigt oder gar durchtrennt werden.

Aus diesem Grunde ist das im Anspruch 2 beschriebene Verfahren besonders zweckmäßig, da bei diesem unter Vermeidung einer spanenden Verformung des Rohres das Ineinanderpressen von Rohr und Außenhülse nur unter viskoelastischer radialer Verformung des Rohres, ggf. auch unter Ausnutzung einer elastischen oder plastischen Verformung der Außenhülse, stets in radialen Richtungen, erfolgt. Zur Unter­ stützung dieser Maßnahme kann es gemäß Anspruch 5 zweckmäßig sein, zusammenwirkende Flächen der drei genannten Bestandteile der Wellenanordnung vor dem Ineinanderpressen mit einem Kleber zu versehen, der während des Preßvorgangs als Gleitmittel dient, dagegen nach Beendigung des Preßvorgangs und Erstarren eine zusätz­ liche Sicherung der jeweiligen Verbindung bewirkt.

Was demgegenüber die Festlegung des Fittings in der Außenhülse anbelangt, so kann man diesen entweder gemäß Anspruch 4 auf seiner Umfangsfläche mit weiteren Mitnehmern in solcher Anordnung versehen, daß diese im zusammengebauten Zustand der Wellenanordnung mit den Mitnehmern der Außenhülse zusammenwirken, oder aber man trifft die Dimensionierung so, daß die an der Außenhülse vorgesehenen, nach innen weisenden Mitnehmer gleichsam als Schneidwerkzeuge sich beim Zusammenpressen in das Material des Fittings eingraben. Hier braucht man also in aller Regel nicht darauf zu achten, daß lediglich eine elastische Verformung beim Ineinanderfügen der beiden genannten Teile erfolgt.

Die zuvor erläuterten Grundsätze für eine vorteilhafte Auslegung der Verbindung zwischen Außenhülse und Rohr, nämlich unter Vermei­ dung einer spanenden Verformung des Rohres, haben besondere Be­ deutung dann, wenn das Rohr gemäß Anspruch 9 im Eingriffsbereich der Mitnehmer mit überwiegend in Umfangsrichtung verlaufender Faserorientierung hergestellt wird, da bei einer derartigen Faser­ orientierung eine spanende Verformung des Rohres durch die Mitnehmer der Außenhülse leicht zu einer Beschädigung oder gar einem Durch­ trennen der Fasern des Rohrmaterials führen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren im Längsschnitt bzw. in einer Stirnansicht einen Endbereich einer erfindungsgemäß hergestellten Kardanwellenanordnung wiedergeben.

Die hier interessierenden Hauptbestandteile der Kardanwellen­ anordnung sind das aus einem Faser-Kunststoff-Material durch Wickelvorgänge hergestellte Rohr 1 und das Anschlußelement 2, das aus der Außenhülse 3 und dem Fitting 4 zusammengesetzt ist. Das Anschlußelement besteht aus relativ hartem Material, in der Regel Metall. Das Rohr 1 ist in seinem unter der Außenhülse 3 verlaufenden Bereich bei 5 zwar mit demselben Innendurchmesser wie in seinen anderen Längenbereichen, aber mit einem größeren Außendurchmesser, also dickwandiger, ausgeführt. Weiterhin unter­ scheiden sich die beiden erwähnten Längenbereiche des Rohres 1 dadurch, daß außerhalb des Eingriffsbereichs der Außenhülse 3 das Rohr 1 derart gewickelt ist, daß seine Faserorientierung überwiegend in axialer Richtung liegt, also der Faserrichtungs­ winkel α1 kleiner als 45° ist, während im Eingriffsbereich der Außenhülse 2 der entsprechende Faserrichtungswinkel α2 größer als 45° ist, die Fasern also überwiegend in Umfangsrichtung orien­ tiert sind.

Betrachtet man nun die Ausbildung des Anschlußelements 2 im ein­ zelnen, so ist die Außenhülse 3, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich und dort bei 6 angedeutet, mit parallel zur Rohr­ achse 7 verlaufenden Mitnehmern versehen, die zur Halterung sowohl des Rohrs 1 als auch des Fittings 4 in der Außenhülse 3 dienen. Diese Mitnehmer sind im Hinblick auf die verwendeten Materialien und die Abmessungen des Rohres 1 so dimensioniert, daß beim Ein­ pressen des Rohres in die Außenhülse 2 zwecks Erzielung der in der Zeichnung dargestellten betriebsfertigen Relativlage der verschiedenen Bestandteile der Rohranordnung die Mitnehmer 6 das Material des Rohres 1 nur viskoelastisch verformen, ohne sich spanabhebend einzugraben. Dies wird bei Beginn des Einpreß­ vorgangs durch die Fase 8 im inneren Bereich der rechten Stirn­ seite der Außenhülse 2 unterstützt. Zusätzlich können die zu­ sammenwirkenden Flächen der Teile 1 und 2 vor dem Ineinander­ pressen mit einem Gleitmittel versehen werden, dessen Entfernen bei Beginn des Einpreßvorgangs ebenfalls durch die Innenfase 8 des Außenrings 2 sowie die Außenfase 9 an der in Fig. 1 linken Stirnseite des Rohres 1 entgegengewirkt wird.

Während also bei der Festlegung des Rohres 1 in der Außenhülse 2 darauf geachtet wird, daß das Rohr 1 nicht bleibend verformt wird, spielt dieser Umstand bei der Festlegung des Fittings 4 in der Außenhülse 3, die ebenfalls unter Ausnutzung der Mitneh­ mer 6 erfolgt, praktisch keine Rolle, da der Fitting ebenfalls aus Metall besteht. Hier ist es also möglich, beim Einpreßvor­ gang durch die Mitnehmer 6, denen demgemäß an ihrer in Fig. 1 linken Stirnseite keine Fase zugeordnet ist, eine spanende Verformung der Mantelfläche 10 des Fittings 4 vornehmen zu lassen. Verständlicherweise ist es aber auch möglich, die Mantel­ fläche 10 mit einer Profilierung zu versehen, die zum Zusammen­ wirken mit den Mitnehmern 6 geeignet ist; diese weiteren Mitnehmer definieren einen Teilkreisdurchmesser, der größer ist als der­ jenige der Mitnehmer der Außenhülse, so daß auch hier ein fester Sitz gewährleistet ist.

Was die Form der Mitnehmer und der ggf. vorhandenen weiteren Mitnehmer anbelangt, so kann sie - bei Beachtung der beschrie­ benen Gesichtspunkte - weitgehend frei gewählt werden. Verständ­ licherweise werden die Mitnehmer in jedem Falle im wesentlichen parallel zur Achse 7 verlaufen. Man kann hier eine Rändelung vorsehen; in aller Regel wird man die Mitnehmer in Querschnitten durch die Wellenanordnung zahnförmig ausbilden.

Die Erfindung schließt die Verwendung einer zusätzlichen ring­ artigen inneren Abstützung des Rohres 1 im Einwirkungsbereich der Außenhülse 2 nicht aus.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Verfahren geschaffen, das bei Verwendung topfartiger Anschlußelemente besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsverfahrens liefert.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen einer Wellenanordnung, insbesondere einer Kardanwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, aus einem Rohr aus Faser-Kunststoff-Material und einem aus starrem Material bestehenden Anschlußelement mit einer Außenhülse, die mit innen vorspringenden, im wesentlichen axial verlaufenden Mitnehmern für das Rohr versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem topfähnlichen Anschluß­ element (2) dieses aus zwei Teilen, nämlich der hohlzylin­ drischen Außenhülse (3) und einem Fitting (4), hergestellt und dieser unter Ausnutzung der Mitnehmer (6) der Außen­ hülse (3) zur Festlegung in diese (3) eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außenhülse (3) und Rohr (1) nur unter elastischer radialer Verformung zumindest des Rohres (1) ineinandergepreßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Außenhülse (3) und Fitting (4) unter spanender Ver­ formung des Umfangs (10) des Fittings (4) durch die Mitneh­ mer (6) ineinandergepreßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fitting (4) vor dem Einpressen in die Außenhülse (3) auf seinem Umfang (10) mit zum Zusammenwirken mit den Mit­ nehmern (6) der Außenhülse (3) geeigneten weiteren Mitnehmern versehen wird, die einen Teilkreisdurchmesser definieren, der größer ist als derjenige der Mitnehmer (6) der Außen­ hülse (3).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Flächen von Außen­ hülse (3) und/oder Rohr (1) und/oder Fitting (4) vor dem Ineinanderpressen mit einem Kleber versehen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest die Außenhülse (3) mit einer stirn­ seitigen Innenfase (8) versehen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mitnehmer (6) als Rändelung hergestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (1) bei konstantem Innendurchmesser im Eingriffsbereich der Mitnehmer (6) der Außenhülse (3) mit größerer Wandstärke (bei 5) als in seinen anderen Längen­ bereichen hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (1) im Eingriffsbereich der Mitneh­ mer (6) mit überwiegend in Umfangsrichtung verlaufender Faserorientierung (Faserrichtungswinkel α2 gegen die Rohrachse (7) größer als 45°) hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (1) außerhalb des Eingriffsbereichs der Mitnehmer (6) mit überwiegend in axialer Richtung ver­ laufender Faserorientierung (Faserrichtungswinkel α1 gegen die Rohrachse (7) maximal 45°) hergestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Herstellen des Rohres (1) mehrere Rovings gleichzeitig auf einen rotierenden Dorn gewickelt werden.