DE4414384C2

DE4414384C2 - Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle

Info

Publication number: DE4414384C2
Application number: DE4414384A
Authority: DE
Inventors: Tadao Ohta; Shigenori Tamaki; Motohiro Mizuno; Masahiko Morinaga; Yasuyuki Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: US5685933A; JPH07174131A; DE4414384A1; JP3398455B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle aus faserverstärktem Harz, wobei ein Wellenschaft und Flansche an diesem als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, offenbart. Der Wellenschaft wird durch Wickeln eines geharzten Fadens auf einen Dorn, der an seiner Umfangsfläche mit Stiften versehen ist, wobei der Faden an den Stiften festgehakt wird, gebildet. Der Faden wird dann in Umfangsrichtung gewickelt, um ein reifenartiges Verstärkungsband nahe jedem Ende des Wellenschaftes auszugestalten. Nachdem die Stifte und die Endstücke des Dorns entfernt sind, wird jeder Endabschnitt des Wellenschaftes durch ein formgebendes Werkzeug aufgeweitet, um einen Flansch zu bilden. Nach einem Warmhärten wird der restliche Teil des Dorns ebenfalls entfernt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle, die aus faser- oder fadenverstärktem Kunstharz gebildet ist.

Faser- oder fadenverstärktes Kunstharz ist in jüngerer Zeit zur Herstellung von z. B. einer Kardanwelle eines Kraftfahr zeugs, die als eine Art einer Antriebswelle zu nennen ist, aus Gründen der immer stärker geforderten Gewichtsverminderung in wachsendem Ausmaß verwendet worden.

Bei einer normalen Konstruktion von Kraftfahrzeugen muß eine Kardanwelle, die ein Übersetzungsgetriebe und ein Differential getriebe verbindet (was im folgenden als "Transmission u. dgl." bezeichnet wird), für einen vorbestimmten Gelenk- oder Beugungs winkel mit Bezug auf die Transmission u. dgl. sorgen, weil die beiden Getriebe auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Um derartige Beugungswinkel zu erlangen, kann eine Vielzahl von Universalgelenken zum Einsatz kommen, z. B. ein Hookesches- oder Kardangelenk, ein elastisches Gelenk und ein Gleichlaufgelenk. Wenn der geforderte Beugungswinkel relativ klein ist, werden in den meisten Fällen elastische Gelenke verwendet.

Die beigefügte Fig. 21 zeigt eine Art eines elastischen Ge lenks, d. h. ein Scheibengelenk 1 aus faser- oder fadenverstärk tem Kunststoff, das beispielsweise in der offengelegten JP- Patentanmeldung 64-49722 beschrieben ist. Diese Art eines Scheibengelenks 1 besitzt eine Mehrzahl von Schraubenein stecklöchern 2 (sechs Löcher in Fig. 21), die auf einem ein zigen Schraubenlochkreis ausgebildet sind. Die Fläche um die Schraubeneinstecklöcher 2 herum ist mit einem relativ dickerwandigen Teil 3 (von etwa 3 mm für eine Drehmomentüber tragung) ausgestaltet. Die Flächen zwischen den dickerwandi gen Teilen 3 bestehen aus relativ dünnwandigen Teilen 4 (von etwa 1 mm, die ein flexibles Teil darstellen). Bei einem Zu sammenbau wird die eine Hälfte (drei in Fig. 21) der Schrauben einstecklöcher zum Anschrauben des Scheibengelenks an einer Transmission od. dgl. verwendet, während die andere Hälfte der Schraubeneinstecklöcher 2 zum Verschrauben mit einer Kar danwelle verwendet wird. Durch ein elastisches Biegen der dünnwandigen Teile 4 werden ohne weiteres die vorbestimmten Beugungswinkel erlangt.

Wenn ein Scheibengelenk 1, wie es oben beschrieben wurde, zum Verbinden verwendet wird, müssen die Kardanwelle sowie die Transmission u. dgl. an ihren Enden Flansche von im wesentli chen demselben Durchmesser wie das Scheibengelenk haben. Herkömmlicherweise werden solche Flansche oder Verbindungs stücke durch Verbinden eines metallischen Jochs oder Gabel gelenks mit der Kardanwelle oder der Transmission u. dgl. ge schaffen. Weil die metallischen Joche oder Gabelgelenke be trächtlich schwer sind, machen sie in recht erheblichem Aus maß den Vorteil einer Gewichtsverminderung durch den Einsatz von fadenverstärktem Kunststoff bei einer Kardan- oder An triebswelle zunichte.

Aus der DE 40 05 771 C1 ist ein Wellenabschnitt mit einem Endflansch aus faserverstärktem Kunstharz und ein Herstellungsverfahren dafür bekannt, wobei ein Dorn mit einem harzgetränkten Faden zur Bildung eines Wickelkonus bewickelt wird. Die Fäden oder Fadenstränge kreuzen sich bzw. die Längsachse des Wellenabschnitts in Winkeln zwischen 15° und 60°. Der so gewickelte Wickelkonus wird anschließend unter Aufweitung gegen die Stirnfläche eines Formwerkzeugs gepresst, um den Flansch auszubilden. Der schräge Fadenlauf dient der Verbesserung der Ausrichtung der Fäden beim Aufweiten.

Ferner ist aus der DE 29 27 955 C2 ein ähnlicher, aus faserverstärktem Kunstharz gefertigter Wellenabschnitt mit einem Endflansch bekannt, wobei die Fäden zur Bildung eines Wickelkonus und des Wellenabschnitts mit einer Schräge von 45° bezüglich der Längsachse des Wellenabschnitts gewickelt werden. Nach einer abschließenden Formgebung des Flansches unter Aufweitung des Wickelkonus und Anpressen an ein Formwerkzeug ist der Flansch fertig ausgebildet. Die Schräglage der Fäden erhöht die Torsionssteifigkeit des Flansches und die Elastizität in Axialrichtung der Welle.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle mit einem einstückig an einem Wellenabschnitt ausgebildeten Endflansch aus faserverstärkten Kunstharz zu schaffen, das einen geringen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordert und zu einer Antriebswelle mit verbesserter Festigkeit führt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1a, 1b und 1c aufeinanderfolgende Schritte eines Her stellungsverfahrens der Antriebswelle in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei ein Haupt- sowie ein Hilfsdorn, ein harzgetränkter Faden und eine Antriebswelle, die gebildet wird, gezeigt sind;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer bei der ersten Ausfüh rungsform verwendeten Dorneinheit;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Dorns und eines Teils der einen Flansch bildenden Form, die beider ersten Aus führungsform verwendet werden, wobei gezeigt ist, wie das Teil angewendet wird;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines weiteren Teils der einen Flansch ausbildenden Form der ersten Ausfüh rungsform, die zeigt, wie das Teil angewendet wird;

Fig. 5 ein Zwischenschritt einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Antriebswelle, wobei ein Dorn mit einem Faden und ein Hilfswerkzeug (letzteres im Schnitt) dargestellt sind;

Fig. 6 eine Frontansicht des Dorns, des Fadens und des Hilfswerkzeugs von Fig. 5;

Fig. 7 ein anderer Schritt bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 8 der Schlußschritt der zweiten Ausführungsform;

Fig. 9 eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform;

Fig. 10 ein schematischer Axialschnitt eines Dorns, der bei der dritten Ausführungsform des Herstellungsver fahrens der Antriebswelle zur Anwendung kommt;

Fig. 11 ein Zwischenschritt bei der dritten Ausführungsform, wobei der Dorn und eine an diesem gebildete Antriebs welle gezeigt sind;

Fig. 12 ein Axialschnitt des Dorns und der Antriebswelle der dritten Ausführungsform von Fig. 11;

Fig. 13 der Schlußschritt für die dritte Ausführungsform;

Fig. 14 eine Frontansicht des Dorns und der Antriebswelle bei dem in Fig. 13 gezeigten Schritt;

Fig. 15 eine Abwandlung der dritten Ausführungsform, wobei ein Dorn und eine an diesem gebildete Antriebswelle in einer Seitenansicht gezeigt sind;

Fig. 16 eine weitere Abwandlung der dritten Ausführungsform mit einem Dorn und einer daran gebildeten Antriebswel le im Axialschnitt;

Fig. 17 eine weitere Abwandlung der dritten Ausführungsform mit einem Dorn und einer daran gebildeten Antriebs welle in einer Seitenansicht;

Fig. 18 ein Axialschnitt des Dorns der Fig. 17;

Fig. 19 eine schematische Darstellung einer vierten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Antriebswellen- Herstellungsverfahrens, wobei ein Teil eines hierbei verwendeten Dorns gezeigt ist;

Fig. 20 eine Darstellung der Funktionsweise des Dorns von Fig. 19; und

Fig. 21 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Scheiben gelenks.

Erste Ausführungsform

Die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Antriebswelle wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1a, 1b und 1c beschrieben. Ein Dorn 10, der bei dieser Ausführungsform verwendet wird, besteht aus einem langen Wellenabschnitt oder Hauptdorn 11 und zwei kurzen Flanschabschnitten 13 (von denen nur einer gezeigt ist), die jeweils mit einem der Enden des Hauptdorns 11 verbunden sind. Jeder der Flanschabschnitte 13 hat viele Stifte 12, die an ihm in Umfangsrichtung ausge richtet sind. Zuerst wird, wie in Fig. 1a gezeigt ist, ein geharzter Faden W fortlaufend auf den Dorn 10 gewickelt und an den Stiften 12 so festgehakt, daß der Faden W über die Umfangsfläche des Dorns 10 unter einem vorbestimmten Orientierungswinkel mit Bezug zur Achse des Dorns 10 gespannt wird. Auf diese Weise wird ein Wellenschaft 14 gebil det. Dann wird, wie in Fig. 1b gezeigt ist, der geharzte Fa den W auf einen Abschnitt des Wellenschafts 14, der gleich an die Verbindungsstelle A des Hauptdorns 11 mit dem Flansch abschnitt 13 innenseitig anschließt, unter einem Orientierungs winkel gewickelt, der rechtwinklig zur Dornachse verläuft, wodurch ein schmales, reifenartiges Verstärkungsband 15 ge bildet wird. Dann werden die Stifte 12 aus dem Flanschabschnitt 13 entfernt und dieser vom Hauptdorn 11 gelöst. Anschließend wird das Ende des Wellenschafts 14 aufgeweitet, um einen Endflansch oder Flansch 16 zu bilden, indem durch eine Form eine Kraft ausgeübt wird, wie noch beschrieben werden wird. Nach einem Warmhärten wird der Hauptdorn 11 aus dem Wellenschaft 14 gezogen, wodurch eine hohle Antriebswelle (Kardanwelle) 17 geschaffen wird, die aus dem Wellenschaft 14 und den Flanschen 16 besteht, welche als einheitlicher Körper ausgebildet worden sind, wie in Fig. 1c gezeigt ist.

Der geharzte Faden W kann zugleich oder auf einmal an einem einzelnen Stift oder einer Mehrzahl von Stiften festgehakt werden. Wie in Fig. 1a gezeigt ist, kann beispielsweise der Faden W zuerst an einem Stift 12b festgehakt, dann über einen Stift 12a gezogen, an diesem umgedreht und an einem Stift 12c festgehakt werden, so daß eine Schlaufe gebildet wird. Wenn solche Schlaufen des Fadens W, die sich jeweils über eine Mehrzahl von Stiften erstrecken, am Ende des Wellenschafts 14 ausgebildet werden, können die Flansche 16 ohne Schwierig keiten ausgestaltet werden. Insbesondere werden, wenn die Stifte 12 entfernt werden, die Schlaufen frei, um zusätzliche Längen des Fadens W zur Verfügung zu stellen, die für das anschließende Aufweiten des Endabschnitts des Wellenschafts 14 benötigt werden.

Nachdem die Antriebswelle 17, wie oben beschrieben wurde, ausgebildet ist, werden mehrere (zwei bis vier) Schraubenein stecklöcher 18 durch die Flansche 16 hindurch gefertigt. Unter Verwendung der Schraubeneinstecklöcher 18 wird die Antriebs welle 17 mit dem Scheibengelenk, wie oben beschrieben wurde, verbunden.

Da gemäß der ersten Ausführungsform der Wellenschaft 14 und der Flansch 16 aus einem fadenverstärkten Kunstharz als ein einheitlicher Körper gebildet sind, wird die gesamte Antriebs welle 17 im Vergleich mit einer herkömmlichen Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoff, bei der der Flansch mit metallischen Verbindungsstücken an den Enden der Welle verse hen ist, im Gewicht erheblich vermindert. Weil ferner das ringförmige Verstärkungsband 15 um den Wellenschaft 14 herum vorhanden ist, wird die Steifigkeit des Flansches 16 gestei gert. Somit wird die Zuverlässigkeit der Antriebswelle in bezug auf ihre Festigkeit erhöht.

Die Fig. 2-4 zeigen beispielhafte Konstruktionen des Dorns 10 und von flanschbildenden Formen.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt der Hauptdorn 11 einen kleinkalibrigen Abschnitt (Abschnitt mit kleinem Durchmesser) 22, der sich koaxial vom Ende des großkalibrigen Abschnitts 21 aus erstreckt, wobei die Flanschabschnitte 13 mit den Stiften 12 verschiebbar über den kleinkalibrigen Abschnitt 22 des Haupt dorns 11 gesetzt werden. Obwohl die Stifte 12 fest oder eng in Löcher 23 eingesetzt werden, die in jedem Flanschabschnitt 13 aus gebildet sind, können sie aus diesen ohne Schwierigkeiten her ausgezogen werden.

Nachdem der Wellenschaft 14 an dem derart ausgebildeten Dorn 10 durch Wickeln des geharzten Fadens W unter Fest haken von diesem an den Stiften 12 ausgestaltet worden ist, werden die Stifte 12 herausgezogen, so daß der Flanschabschnitt 13 auf dem kleinkalibrigen Abschnitt 22 des Hauptdorns 11 ver schoben werden kann. Wenn die Flanschabschnitte 13 vom Hauptdorn 11 getrennt sind, ist der Endabschnitt 14a des Wellenschaftes 14 frei, um den Druck einer Druckform oder von Druckwerkzeu gen zu empfangen.

Alternativ können die Stifte 12 in Löcher 23 geschraubt werden. Ferner kann jeder Flanschabschnitt 13 mit einer Zylinder einrichtung in seinem Inneren ausgestattet sein, um die Stifte in den Hilfsdorn 13 einzubringen und aus diesem zu ziehen.

Der Satz von flanschbildenden Formen besteht im allgemeinen aus einem Druck- oder Stempelwerkzeug 24 (Fig. 3), das ver schiebbar auf den kleinkalibrigen Abschnitt 22 des Hauptdorns 11 gesetzt ist, aus einem Formgeberwerkzeug 25 (Fig. 4), das ebenfalls verschiebbar auf den kleinkalibrigen Abschnitt 22 gesetzt ist, und aus einem Stütz- oder Gegendruckwerkzeug 26 (Fig. 4), das aus zwei trennbaren Teilen zusammengesetzt ist und einen Teil des Wellenschaftes 14 umgreift oder hält, der mit dem Verstärkungsband 15 am Hauptdorn versehen ist.

Das Druckwerkzeug 24 hat eine gekrümmte Fläche 24a an seiner Frontseite, die vom Umfang des Werkzeugs 24 ausgeht.

Nachdem der Flanschabschnitt 13 entfernt ist, wird das Druckwerkzeug 24 in den freien Endabschnitt 14a des Wellenschaftes 14 ge drückt, indem es auf dem benachbarten kleinkalibrigen Ab schnitt 22 des Hauptdorns 11 in der Pfeilrichtung B verschoben wird. Somit wird der freie Endabschnitt 14 gezwungen, sich konisch zu erweitern, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Nachdem das Druckwerkzeug 24 entfernt ist, wird das Formgeberwerkzeug 25 auf den kleinkalibrigen Abschnitt 22 gesetzt, während das Stützwerkzeug 26 auf den Wellenschaft 14 so aufgebracht wird, daß es diesen am Hauptdorn 11 festhält. Wenn das Formgeber werkzeug 25 in der Pfeilrichtung C verschoben wird, wird der aufgeweitete Endabschnitt 14a zwischen dem Formgeberwerkzeug 25 und dem Stützwerkzeug 26 eingeklemmt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wodurch der Flansch 16 mit der vorbestimmten Gestalt ausgebildet wird.

Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Antriebswelle gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5-8 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wer den ein Dorn 31 mit Wellenabschnitt, der viele, in Umfangsrichtung an ihm ausge richtete Dornstifte 30 trägt, und zwei hohlzylindrische Spann- oder Hilfswerkzeuge 34 mit einem großkalibrigen Flanschabschnitt 32, der viele, an seinem Umfang ausgerichtete Flanschstifte 33 trägt, verwendet. Das Hilfswerkzeug 34 ist verschiebbar auf den Dorn 31 gesetzt. Der Vorgang bei dieser Ausführungsform ist der folgende: zuerst wird das Hilfswerkzeug 34 auf dem Dorn 31 an einer vorbestimmten Stelle fixiert; dann wird, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, während ein geharzter Faden auf den Wellenabschnitt des Dorns 31 gewickelt wird, dieser Faden W an den Dornstiften 30 sowie den Flanschstiften 33 des Hilfswerkzeugs 34 festge hakt, um zwischen diesen Stiften gespannt zu werden, wodurch ein Wellenschaft 14 mit Endabschnitten 14a gebildet wird.

Da der Durchmesser des Flanschabschnitts 32 eines jeden Hilfswerk zeugs 34 größer ist als derjenige des Dorns 31, erweitert sich jeder Endabschnitt 14A zu seinem offenen oder freien Ende hin, d. h., der Endabschnitt hat eine im wesentlichen ko nische Gestalt.

Dann wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist, das Hilfswerkzeug 34 auf dem Dorn 31 einwärts verschoben, während der geharzte Fa den W auf den konischen Abschnitt 14a des Wellenschaftes 14 reifenartig gewickelt wird, um den Faden des konischen Ab schnitts 14a einem Quetschen zu unterwerfen. Das Quetschen wird beendet, indem der Faden W mit der Frontfläche des Flanschabschnitts 32 des Hilfswerkzeugs 34 dicht in Anlage kommt, wie in Fig. 8 gezeigt ist, worauf ein Warmhärten ausgeführt wird, und anschließend werden die Stifte 30 sowie 33 entfernt und auch der Dorn 31 sowie das Hilfswerkzeug 34 vom geformten Produkt abgenommen.

Somit wird eine hohle Antriebswelle 17 mit dem Wellenschaft 14 und dem Endflansch 16, die als ein Teil ausgestaltet sind, erhalten.

Da im Gegensatz zur ersten Ausführungsform bei der zweiten Ausführungsform eine Druckform nicht benötigt wird, wird bei der zweiten Ausführungsform die Produktivität unter Herabset zung der Produktionskosten erheblich gesteigert. Weil ferner bei der zweiten Ausführungsform der konische Endabschnitt 14a zur Ausbildung des Endflansches 16 einem Quetschdruck ausge setzt wird, wird die Verdichtung des Fadens erhöht. Da des weiteren die Spannung des Fadens W während des Vorgangs der Ausbildung des Endflansches 16 aufrechterhalten wird, be steht im wesentlichen keine Gefahr eines Lockerns im Faden W. Deshalb erlangt der bei der zweiten Ausführungsform ausgebil dete Flansch 16 eine größere Festigkeit als die bei der ersten Ausführungsform ausgebildeten Flanschen. Weil zusätz lich der Faden W nahe dem Endflansch 16 in Gestalt eines Reifens gewickelt wird und ein breites Verstärkungsband 15 bildet, wird die Festigkeit des Flansches 16 weiter gestei gert.

Wenngleich der nach der zweiten Ausführungsform ausgebildete Endflansch 16 eine sternförmige Gestalt hat, kann der Flansch 16 einen ausreichend großen Flächenbereich erhalten, um die Schraubeneinstecklöcher 18 (Fig. 1) herzustellen, in dem der Durchmesser des Flanschabschnitts 32 des Hilfswerkzeugs 34 und die Anzahl der am Flanschabschnitts 32 vorhandenen Stifte 33 in geeigneter Weise vorbestimmt werden.

Gemäß der zweiten Ausführungsform kann ein flanschartiger Einsatz 35, wie in Fig. 9 gezeigt ist, verwendet werden, der unter jedem Flansch 16 und dem angrenzenden Abschnitt liegt, wenn der Faden W eng auf die Endabschnitte 14a des Wellenschaf tes 14 gewickelt wird. Da der Einsatz 35 fest am Flansch 16 und dem angrenzenden Teil während der Ausbildung des Flan sches 16 fixiert wird, wird die Festigkeit des Flansches 16 weiter erhöht.

Dritte Ausführungsform

Die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Antriebswelle wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10-14 erläutert. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, kommt bei dieser Ausführungsform ein rohrförmiger Dorn 40 mit einem Wellenabschnitt zur Anwendung, der an jedem Ende mit einem Flanschabschnitt 43 verbunden ist, welcher aus einer Mehrzahl von jeweils einen Stift 41 besitzenden Stäben 42 besteht. Der Flanschabschnitt 43 ist imstande, sich wie ein Regenschirm zu erwei tern oder aufzuspannen, weil jeder Stab 42 mit dem Dorn 40 über ein eine (nicht dargestellte) Feder enthaltendes Ge lenk 44 verschwenkbar verbunden ist. Die Feder eines jeden Gelenks 44 zwingt den zugeordneten Stab 42 in einer erweitern den oder ausschwenkenden Richtung. Im Verlauf der Herstellung einer Antriebswelle werden die freien Enden der Stäbe 42 mit tels einer Halterung 45 mit einem Ringkragen 45a, wie in Fig. 10 gezeigt ist, in einer zylinderförmigen Gestalt mit demselben Durchmesser wie demjenigen des Dorns 40 gehalten und zusammengeschlossen. Hierbei steht jeder Stift 41 der Stäbe 42 radial nach außen.

Dann wird, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, ein geharz ter Faden W auf den Dorn 40 unter Festhaken an den Stiften 41 des Flanschabschnitts 43 gewickelt, um einen Wellenschaft 14 zu bilden, worauf der Faden W auf einen Teil des Wellenschaftes 14, wel cher direkt innenseitig der Verbindungsstelle des Dorns 40 sowie des Flanschabschnitts 43 liegt, gewickelt wird, um ein schmales, reifenartiges Verstärkungsband 15 zu fertigen. Wenn anschlie ßend die Halterung 45 vom Flanschabschnitt 43 entfernt wird, erwei tert sich der Flanschabschnitt 43, bis jeder Stab 42 im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Dorns 40 gerichtet ist, wie in Fig. 13 und 14 gezeigt ist, was durch die elastische Rückstell kraft der Feder in jedem Gelenk 44 bewirkt wird. Auf diese Weise wird ein Flansch 16 ausgebildet.

Obwohl der Flansch 16 der Antriebswelle 17 eine sternartige Kontur wie bei der zweiten Ausführungsform hat, kann der Flansch 16 mit einem ausreichend großen Flächenbereich, um die Schraubeneinstecklöcher 18 (Fig. 1) auszubilden, versehen werden, indem die Länge und die Anzahl der Stäbe 42 des Flansch abschnitts 43 in geeigneter Weise vorher bestimmt werden.

Durch die dritte Ausführungsform sind Vorteile, die zu denje nigen der zweiten Ausführungsform gleichartig sind, zu er zielen. Da bei der dritten Ausführungsform kein Formvorgang notwendig ist, wird durch diese Ausführungsform die Produk tivität unter Verminderung der Herstellungskosten erheblich gesteigert. Weil ferner der Faden W während des Vorgangs der Ausbildung einer Antriebswelle mit einem Flansch konti nuierlich gespannt wird, besteht im wesentlichen keine Ge fahr einer Lockerung im Faden W. Deshalb werden die Genauig keit in der Ausgestaltung und die Festigkeit des Flansches bemerkenswert verbessert und gesteigert.

Die Fig. 15 zeigt eine Abwandlung der dritten Ausführungsform, wonach der Dorn 40 viele Ab- oder Umlenkstifte 46 besitzt, die in Umfangsrichtung rund um einen Abschnitt ausgerichtet sind, der dem mit dem Flanschabschnitt 43 verbundenen Ende des Dorns 40 benachbart ist. Mittels der Umlenkstifte 46 kann der Orien tierungswinkel des geharzten Fadens W verschoben oder geän dert werden. Wird der Faden W auf den Flanschabschnitt 43 mit einem größeren Orientierungswinkel als auf den Dorn 40 gewickelt, wird folglich die Fadenverdichtung oder -konzentration im Flansch 16 erhöht, so daß dessen Festigkeit weiter gestei gert wird.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 16 gezeigten Abwandlung, wird ein flanschartiger Einsatz 46' über den expandierten Endab schnitt und den benachbarten Abschnitt des Wellenschaftes 14 gesetzt, worauf der Faden W auf den Wellenschaft 14 und den Einsatz 46' gewickelt wird, um das Verstärkungsband 15 zu bilden. Da der flanschartige Einsatz 46' fest am Wellen schaft 14, am Verstärkungsband 15 und am Flansch 16 während des Vorgangs zur Ausbildung der Antriebswelle 17 fixiert wird, wird die Festigkeit des Flansches 16 weiter erhöht.

Eine weitere, in Fig. 17 und 18 gezeigte Abwandlung verwen det einen Ring 48 mit einer Vielzahl von Hilfsstiften 47 an seinem Umfang, um den Flanschabschnitt 43 an einem Aufweiten zu hin dern. Für den Fadenwicklungsvorgang werden die freien End stücke der Stäbe 42 des Flanschabschnitts 43 in den Ring 48 einge setzt. Durch Wickeln des geharzten Fadens W auf den Dorn 40 und den Flanschabschnitt 43 unter Festhaken des Fadens an den Hilfs stiften 47 wird ein Wellenschaft 14 gebildet. Wenn anschlie ßend die Hilfsstifte 47 aus dem Ring 48 entfernt werden, wird der Faden W zu den Stiften 41 der Stäbe 42 durch das Aufheben der Spannung gezogen, wodurch sich der Faden W lockert. Da sich der Flanschabschnitt 43 nach Entfernen des Rings 48 erweitert, halten die Stifte 41 des Gestells 43 den Faden W fest. Wenn die Hilfsstifte 47 in geeigneter Weise positioniert werden, kann deshalb der Endabschnitt des Wellenschaftes 14 über dem Flanschabschnitt 43 ohne Schwierigkeiten und ohne ein über mäßiges Spannen des Fadens W aufgeweitet oder expandiert wer den, und der an den Stiften 41 festgehaltene Faden W wird in geeigneter Weise gespannt, wenn sich die Stäbe des Flanschabschnitts 43 im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Dorns 40 aus richten. Diese Abwandlung erleichtert somit die Ausgestal tung des Flansches.

Vierte Ausführungsform

Die vierte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Antriebswelle wird unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform kommt ein Flanschabschnitt 43 zur Anwendung, der dem bei der dritten Ausführungsform verwendeten Flanschabschnitt gleichartig ist. Jedoch hat jeder Stab 42 des Flanschabschnitts 43 für die vierte Ausführungsform nicht nur einen nahe seinem freien Ende vorgesehenen Stift 41, sondern auch einen nahe seinem inneren Basisende ausgebildeten Längs schlitz 49. Jeder Stab 42 ist mit dem Dorn 40 durch Einsetzen eines Zapfens 44a eines Gelenks 44 in den Längsschlitz 49 verbunden. Somit ist jeder Stab 42 um den Zapfen 44a ver schwenkbar und innerhalb eines der Länge des Längsschlitzes 49 entsprechenden Bereichs längsbeweglich.

Für den Wicklungsvorgang des Fadens wird der Flanschabschnitt 43 ge schlossen, d. h. zylindrisch gestaltet, und bis zur äußeren Grenze des Bewegungsbereichs verlängert sowie dann in die ser Position durch eine geeignete Fixiervorrichtung festge legt. Nachdem eine Antriebswelle 14 durch Wickeln eines ge harzten Fadens W auf den Dorn sowie der Flanschabschnitt 43 unter Fest haken des Fadens an den Stiften 41 gebildet worden ist, wird der Flanschabschnitt 43 von der genannten Fixiereinrichtung freigege ben. Bei einem Aufweiten des Flanschabschnitts 43 zusammen mit dem Endabschnitt des Wellenschaftes 14 wird jeder Stab 42 in Über einstimmung mit der Vergrößerung im Winkel des Stabes 42 zur Achse des Dorns 40 hin gedrückt. Somit erleichtert diese Aus führungsform ganz erheblich die Ausbildung eines Flansches ohne ein Lockern im Faden W, indem beispielsweise die Hilfs stifte 47 verwendet werden, wie in Fig. 17 und 18 gezeigt ist.

Da, wie vorstehend beschrieben wurde, eine Antriebswelle ge mäß dieser Erfindung aus einem Schaftteil und Flanschen zusam mengesetzt ist, die mittels eines geharzten Fadens als ein heitlicher Körper ausgebildet werden, ist das Gesamtgewicht der Antriebswelle wesentlich geringer als das Gesamtgewicht einer herkömmlichen Antriebswelle aus faserverstärktem Kunst stoff, die metallische Gabelgelenke oder Verbindungsstücke hat. Die Antriebswelle gemäß der Erfindung ist insbesondere als eine Kardanwelle bei einem Kraftfahrzeug geeignet.

Weil ferner ein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung für eine Antriebswelle die Schritte des Ausbildens eines Wellenschaftes durch Wickeln eines geharzten Fadens auf einen Dorn in einer Art und Weise eines Fadenwickelverfah rens und des Ausbildens von Flanschen durch Aufweiten oder Auswärtsrichten von Endabschnitten des Wellenschaftes ein schließt, erleichtert das Verfahren die Herstellung einer aus einem Wellenschaft sowie Flanschen, die gänzlich aus faser- oder fadenverstärktem Kunststoff ausgebildet sind, bestehenden Antriebswelle.

Die Erfindung offenbart somit ein Verfahren zum Herstellen einer Antriebswelle aus faden- oder faserverstärktem Harz, wobei ein Wellenschaft und Flansche als ein Körper ausgebildet werden. Der Wellenschaft wird durch Wickeln eines geharzten Fadens auf einen Dorn, der an seiner Umfangsfläche mit Stiften versehen ist, wobei der Faden an den Stiften festgehakt wird, gebildet. Der Fa den wird dann in Umfangsrichtung gewickelt, um ein reifen artiges Verstärkungsband nahe jedem Ende des Wellenschaftes auszugestalten. Nachdem die Stifte und die Endabschnitte oder -teile des Dorns entfernt sind, wird jeder Endabschnitt des Wellenschaftes durch ein formgebendes Werkzeug aufgewei tet oder nach außen gerichtet, um einen Flansch zu bilden. Nach einem Warmhärten wird der restliche Teil des Dorns eben falls entfernt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle, die einen Wellenabschnitt (14) sowie einen daran einstückig ausgebildeten Endflansch (16) hat und aus faserverstärktem Kunstharz gefertigt ist, mit den Schritten:
Bewickeln eines Dorns (10, 31, 40) mit einem Wellenabschnitt (11, 31) und einem Flanschabschnitt (13, 32, 43) mit einem harzgetränkten Faden (W), unter Festlegung des Fadens an Stiften (12, 33, 41) am Flanschabschnitt und am Wellenabschnitt in einer zur Hauptachse der Antriebswelle schrägen Richtung,
Bewickeln eines Abschnitts des Wellenabschnitts (14, 31, 40) mit einem Faden (W) in einer im wesentlichen zur Hauptachse der Welle senkrechten Richtung in einem Übergangsbereich (A), in dem der Wellenabschnitt der Antriebswelle in den Endflansch (16) übergeht, um ein Verstärkungsband (15) zu bilden,
Aufweiten des flanschseitigen Endes des Wellenabschnitts, um den Endflansch (16) auszubilden, Aushärten des Harzes, und Entnahme des Dorns.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bewickeln des Übergangsbereichs (A) mit dem Faden im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse der Welle, der Flanschabschnitt (32) des Dorns auf den Wellenabschnitt (31) des Dorns zubewegt wird, um ein Aufweiten des flanschseitigen Wellenendes zuzulassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt des Dorns (40) ein Gestell (43) aufweist, das aus einer Mehrzahl von bezüglich der Hauptachse der Welle radial auswärts schwenkbaren Stäben (42) mit jeweils einem Stift (41) gebildet ist, wobei das Bewickeln im unverschwenkten Zustand des Gestells erfolgt und anschließend die Stäbe nach radial außen verschwenkt werden, um das flanschseitige Ende der Welle zum Endflansch aufzuweiten.