WO2018024284A1 - Flange shaft for a vehicle - Google Patents

Flange shaft for a vehicle Download PDF

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WO2018024284A1
WO2018024284A1 PCT/DE2017/100617 DE2017100617W WO2018024284A1 WO 2018024284 A1 WO2018024284 A1 WO 2018024284A1 DE 2017100617 W DE2017100617 W DE 2017100617W WO 2018024284 A1 WO2018024284 A1 WO 2018024284A1
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shaft
flange
blank
tool
fiber
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PCT/DE2017/100617
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Marian-Nicolae Velea
Paul-Tudor Dinu
Dumitru-Gabriel Dima
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/026—Shafts made of fibre reinforced resin
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D19/08—Flanging or other edge treatment, e.g. of tubes by single or successive action of pressing tools, e.g. vice jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D41/026—Enlarging by means of mandrels
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C57/00—Shaping of tube ends, e.g. flanging, belling or closing; Apparatus therefor, e.g. collapsible mandrels
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/023—Shafts; Axles made of several parts, e.g. by welding

Definitions

  • the invention relates to a shaft for a vehicle, comprising a shaft and at least one integrally formed on the shaft flange. Furthermore, the invention also relates to a method for producing the aforementioned shaft.
  • the shaft is designed in a lightweight construction.
  • Shafts having a shank and at least one flange are typically made of a flange member and a shank member which are axially connected to one another.
  • the disadvantage of this is the connection point between the shaft and the at least one flange.
  • one-piece shafts are known, which are formed from a shank and at least one flange, which are produced by turning or forging.
  • a disadvantage of a shaft produced by turning is the high material removal and disadvantageous in a shaft produced by forging is the high energy consumption.
  • DE 20 58 016 A1 discloses a multi-layered shaft with at least one integrally formed flange. Both the shaft portion and the flange portion are formed concentrically about an axis. A first number of layers are arranged concentrically with each other, wherein the first number of layers extend over the entire length of the shaft portion and the flange portion and are glued together.
  • the object of the present invention is to develop a shaft for a vehicle comprising a shaft and at least one integrally formed on the shaft flange, and in particular to provide an automated method for producing this wave.
  • the shaft for a vehicle comprises a shaft and at least one flange integrally formed on the shaft, wherein the shaft is formed either from two metallic halves, which are connected to one another along a longitudinal axis, or one piece from a fiber-plastic composite.
  • the shaft is intended in particular for use in a vehicle.
  • the shaft may be provided as a central shaft for connection to a transmission or a differential.
  • the shaft can also be used in a wheel drive or a steering arrangement of the vehicle.
  • the shaft or flange shaft can be formed either from a metallic material or a fiber-plastic composite. Decisive is the one-piece design of the at least one flange with the shaft. If the shaft is made of a metallic material, in particular of a steel material or of a light metal, two halves are joined together. The two halves are identical and each have at least one flange which is formed integrally with the shaft. The two halves can be joined materially, in particular welded or glued. Characteristic of the shaft, which is formed from the two metallic halves, are two longitudinal seams that extend over the entire axial length of the shaft. If the shaft is formed from the fiber-plastic composite, the shaft is formed in one piece. Preferably, the shaft is designed as a hollow shaft.
  • the integral design of the flange shaft according to the invention enables a higher productivity and at the same time a cost reduction in the production.
  • Flange shaft is self-reinforced and has high rigidity and low stresses under load.
  • the flange shaft is designed in lightweight construction.
  • the shaft is made of a thermoplastic fiber-reinforced plastic composite.
  • the shaft is made of a resin preimpregnated thread, a so-called prepreg.
  • the shaft is made of a band having a plurality of preimpregnated filaments.
  • the shaft is formed from a carbon fiber reinforced plastic.
  • the shaft can also be formed from a glass-fiber-reinforced plastic or from an ara- midmaschinever vomen plastic or from another suitable fiber-reinforced plastic composite.
  • the fibers are preferably formed as long fibers.
  • the fiber-reinforced plastic composite comprises a thermoplastic.
  • the shaft is made of a metal sheet. In particular, both low strength steel sheets and higher strength steel sheets are suitable.
  • the metal sheet is formed of a light metal.
  • ribs are formed on a one-piece transition between the at least one flange and the shaft to increase the flexural rigidity. Consequently, a plurality of ribs extend in the radial direction, which serve as the respective support and connecting member between the flange and the shaft. Preferably, the ribs are evenly distributed around the circumference. In particular, six ribs are provided, but also several or fewer ribs can be provided. Between two ribs, a bore is preferably provided on the flange. According to a further preferred embodiment, recesses for bores are provided on a one-piece transition between the at least one flange and the shaft.
  • the flange has a reinforcing structure, which is provided in particular for an increased torque load, wherein recesses are provided in the reinforcing structure on the flange for simplified passage and fastening of screws in bores provided for this purpose on the flange.
  • a web portion is formed tangentially between two recesses.
  • the inventive method for producing the shaft according to the invention comprises in particular the following method steps.
  • First, the production of a shaft blank takes place either from two metallic halves, which are connected to one another along a longitudinal axis, or in one piece from a fiber-plastic composite.
  • a band of a fiber-plastic composite, preferably wound around a core whereby the shaft blank is formed.
  • the shaft blank is clamped in a forming device.
  • the formation of a flange takes place at at least one distal end of the shaft blank by means of a punch tool and a die tool.
  • the die tool is formed in two parts.
  • the die tool is arranged radially on a shaft of the shaft blank and the punch tool is inserted axially into the die tool to form a flange geometry into the shaft blank.
  • the punch tool penetrates axially into the flange, the flange being pressed against the die tool, thereby forming the flange geometry between the punch die and the die tool into the shaft blank.
  • the aforementioned method steps for forming the flange geometry are carried out in the shaft blank at both distal ends of the shaft blank.
  • the shaft is removed from the forming device.
  • a plurality of bores are formed in the at least one flange. The holes extend axially through the at least one flange.
  • the invention includes the technical teaching that the formation of the flange at at least one distal end of the shaft blank by cold forming or hot forming takes place.
  • the shaft is hot or cold formed.
  • Cold forming is particularly suitable for soft metal sheets, wherein higher-strength metal sheets and fiber-reinforced plastic composite material are hot formed.
  • Figure 1 is a schematic perspective view for illustrating the
  • Figure 2 is a schematic perspective view for illustrating the
  • FIG. 1 is a schematic perspective illustration for illustrating the construction of a shaft blank for producing the shaft according to the invention
  • FIG. 3b is a schematic perspective view for illustrating the
  • FIGS. 3c-3g show a respective schematic perspective representation for illustrating a respective method step for producing the shaft according to the invention according to FIG. 1.
  • a shaft 1 according to the invention for a vehicle (not shown here) comprises a shaft 2 and two flanges 3 integrally formed on the shaft 2.
  • the shaft 1 is designed as a hollow shaft.
  • a respective ribbing 4 for increasing the bending stiffness of the shaft 1 is formed on a one-piece transition between the respective flange 3 and the shank 2. Furthermore, a plurality of bores 6 are formed on the respective flange 3.
  • FIGS. 3a and 3b show a respective shaft blank 7, from which a shaft 1 according to the invention according to FIGS. 1 or 2 can be produced after a plurality of method steps according to the invention have been carried out.
  • the shaft blank 7 has a shaft 2 and two flanges 3 integrally formed on the shaft 2.
  • the shaft blank 7 is formed of two metallic halves 1 a, 1 b, which are interconnected along a longitudinal axis.
  • the shaft blank 7 has two longitudinal seams 13.
  • the shaft blank 7 has a shaft 2 and two flanges 3 integrally formed on the shaft 2.
  • the shaft blank 7 is formed in one piece from a fiber-reinforced plastic composite.
  • a prepreg tape 14 comprising carbon fibers embedded in a thermoplastic matrix, is wound around the longitudinal axis of the shaft blank 7 at an acute angle to form the shaft blank 7.
  • FIGS. 3c, 3d, 3e, 3f and 3g show a sequence of method steps for producing the shaft 1 according to FIG. 3a from a shaft blank 7.
  • the shaft blank 7 is clamped in a forming device (here only partially shown).
  • the forming device comprises a punch tool 9 and a die tool 10.
  • the punch tool 9 is formed in one piece, wherein the die tool 10 is formed in two parts.
  • the die tool 10 is arranged radially on the shaft 2 of the shaft blank 7. For this purpose, the two halves of the die tool 10 are supplied to each other, so that the shaft 2 is enclosed by the die tool 10.
  • the punch tool 9 is introduced axially into the die tool 10 in order to form a flange geometry 11 formed on the punch tool 9 and on the die tool 10 into the shaft blank 7.
  • the shaft blank 7, in particular the flange 3 at a distal end 8 of the shaft blank 7 is arranged substantially axially between the punch tool 9 and the die tool 10 and receives the flange geometry 1 1 of the punch tool 9 and the die tool 10 imprinted.
  • the flange geometry 1 1 of the die tool 10 is shown in FIG. 3g.
  • FIG. 3e the stamping tool 9 is shown during the indentation of the flange 3 in the die tool 10. Consequently, a profiling of the shaft blank 7 takes place in this method step.
  • Figures 3f and 3g show the profiled flange 3 from two perspectives.
  • the punch tool 9 has been removed from the die tool 10.
  • the die tool 10 is opened, the shaft blank 7 is rotated and the aforementioned method steps according to FIGS. 3c to 3g are repeated at the not yet formed distal end 8 of the shaft blank 7. Finally, the finished shaft 1 is removed from the forming device.

Abstract

The invention relates to a shaft (1) for a vehicle, comprising a shank (2) and at least one flange (3) integrally formed on the shank (2), wherein the shaft (1) is formed either of two metal halves (1a, 1b), which are connected to one another along a longitudinal axis, or are integrally formed from a fiber-plastic composite. The invention further relates to a method for producing a shaft (1) as described above.

Description

Flanschwelle für ein Fahrzeug  Flange shaft for a vehicle
Die Erfindung betrifft eine Welle für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft und mindestens einen an dem Schaft einteilig angeformten Flansch. Ferner betrifft die Erfin- dung auch ein Verfahren zur Herstellung der zuvor genannten Welle. Insbesondere ist die Welle in einer Leichtbauweise ausgebildet. The invention relates to a shaft for a vehicle, comprising a shaft and at least one integrally formed on the shaft flange. Furthermore, the invention also relates to a method for producing the aforementioned shaft. In particular, the shaft is designed in a lightweight construction.
Wellen, die einen Schaft und mindestens einen Flansch aufweisen, werden in der Regel aus einem Flanschbauteil und einem Schaftbauteil hergestellt, die axial miteinan- der verbunden werden. Nachteilig daran ist die Verbindungsstelle zwischen dem Schaft und dem mindestens einen Flansch. Ferner sind auch einteilige Wellen bekannt, die aus einem Schaft und mindestens einem Flansch ausgebildet werden, wobei diese durch Drehen oder Schmieden hergestellt werden. Nachteilig an einer durch Drehen hergestellten Welle ist der hohe Materialabtrag und nachteilig an einer durch Schmieden hergestellten Welle ist der hohe Energieverbrauch. Shafts having a shank and at least one flange are typically made of a flange member and a shank member which are axially connected to one another. The disadvantage of this is the connection point between the shaft and the at least one flange. Furthermore, one-piece shafts are known, which are formed from a shank and at least one flange, which are produced by turning or forging. A disadvantage of a shaft produced by turning is the high material removal and disadvantageous in a shaft produced by forging is the high energy consumption.
Des Weiteren geht aus der DE 20 58 016 A1 eine mehrschichtige Welle mit wenigstens einem angeformten Flansch hervor. Sowohl der Wellenabschnitt als auch der Flanschabschnitt sind konzentrisch um eine Achse ausgebildet. Eine erste Anzahl von Lagen ist konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die erste Anzahl von Lagen sich über die gesamte Länge des Wellenabschnittes und des Flanschabschnittes erstrecken und miteinander verklebt sind. Furthermore, DE 20 58 016 A1 discloses a multi-layered shaft with at least one integrally formed flange. Both the shaft portion and the flange portion are formed concentrically about an axis. A first number of layers are arranged concentrically with each other, wherein the first number of layers extend over the entire length of the shaft portion and the flange portion and are glued together.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Welle für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft und mindestens einen an dem Schaft einteilig angeformten Flansch weiterzuentwickeln, und insbesondere ein automatisiertes Verfahren zur Herstellung dieser Welle zu schaffen. The object of the present invention is to develop a shaft for a vehicle comprising a shaft and at least one integrally formed on the shaft flange, and in particular to provide an automated method for producing this wave.
Die erfindungsgemäße Welle für ein Fahrzeug umfasst einen Schaft und mindestens einen an dem Schaft einteilig angeformten Flansch, wobei die Welle entweder aus zwei metallischen Hälften, die entlang einer Längsachse miteinander verbunden sind, oder einteilig aus einem Faserkunststoffverbund ausgebildet ist. Die Welle ist insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug vorgesehen. Beispielsweise kann die Welle als Zentralwelle zur Anbinden an einem Getriebe oder eine Differential vorgesehen sein. Ferner kann die Welle auch in einem Radantrieb oder einer Lenkanordnung des Fahrzeugs verwendet werden. The shaft for a vehicle according to the invention comprises a shaft and at least one flange integrally formed on the shaft, wherein the shaft is formed either from two metallic halves, which are connected to one another along a longitudinal axis, or one piece from a fiber-plastic composite. The shaft is intended in particular for use in a vehicle. For example, the shaft may be provided as a central shaft for connection to a transmission or a differential. Furthermore, the shaft can also be used in a wheel drive or a steering arrangement of the vehicle.
Mit anderen Worten kann die Welle bzw. Flanschwelle entweder aus einem metallischen Werkstoff oder einem Faserkunststoffverbund ausgebildet sein. Maßgeblich ist die einteilige Ausbildung des mindestens einen Flansches mit dem Schaft. Sofern die Welle aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff oder aus einem Leichtmetall hergestellt ist, werden zwei Hälften zusammengefügt. Die beiden Hälften sind identisch ausgebildet und weisen jeweils mindestens einen Flansch auf, der einteilig mit dem Schaft ausgebildet ist. Die beiden Hälften können stoffschlüssig gefügt, insbesondere geschweißt oder geklebt werden. Charakteristisch für die Welle, die aus den beiden metallischen Hälften gebildet wird, sind zwei Längsnäh- te, die sich über die gesamte axiale Länge der Welle erstrecken. Sofern die Welle aus dem Faserkunststoffverbund ausgebildet ist, ist die Welle einteilig ausgebildet. Bevorzugt ist die Welle als Hohlwelle ausgebildet. In other words, the shaft or flange shaft can be formed either from a metallic material or a fiber-plastic composite. Decisive is the one-piece design of the at least one flange with the shaft. If the shaft is made of a metallic material, in particular of a steel material or of a light metal, two halves are joined together. The two halves are identical and each have at least one flange which is formed integrally with the shaft. The two halves can be joined materially, in particular welded or glued. Characteristic of the shaft, which is formed from the two metallic halves, are two longitudinal seams that extend over the entire axial length of the shaft. If the shaft is formed from the fiber-plastic composite, the shaft is formed in one piece. Preferably, the shaft is designed as a hollow shaft.
Die erfindungsgemäße integrale Konstruktion der Flanschwelle ermöglicht eine höhere Produktivität und gleichzeitig eine Kostensenkung bei der Herstellung. Die The integral design of the flange shaft according to the invention enables a higher productivity and at the same time a cost reduction in the production. The
Flanschwelle ist eigenverstärkt und weist bei Belastung eine hohe Steifigkeit und geringe Spannungen auf. Die Flanschwelle ist in Leichtbauweise ausgebildet. Flange shaft is self-reinforced and has high rigidity and low stresses under load. The flange shaft is designed in lightweight construction.
Vorzugsweise ist die Welle aus einem thermoplastischen Faserkunststoffverbund her- gestellt. Insbesondere ist die Welle aus einem mit Harz vorimprägnierten Faden, einem sogenannten Prepreg hergestellt. Vorteilhafterweise ist die Welle aus einem Band hergestellt, das eine Vielzahl von vorimprägnierten Fäden aufweist. Insbesondere ist die Welle aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff ausgeformt. Alternativ kann die Welle auch aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder aus einem ara- midfaserverstärkten Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten Faserkunststoffverbund ausgeformt sein. Die Fasern sind vorzugsweise als Langfasern ausgebildet. Insbesondere umfasst der Faserkunststoffverbund einen thermoplastischen Kunststoff. Ferner ist es auch denkbar, dass die Welle aus einem Metallblech hergestellt ist. Insbesondere eigenen sich sowohl Stahlbleche geringer Festigkeit als auch Stahlbleche höherer Festigkeit. Vorteilhafterweise ist das Metallblech aus einem Leichtmetall ausgebildet. Preferably, the shaft is made of a thermoplastic fiber-reinforced plastic composite. In particular, the shaft is made of a resin preimpregnated thread, a so-called prepreg. Advantageously, the shaft is made of a band having a plurality of preimpregnated filaments. In particular, the shaft is formed from a carbon fiber reinforced plastic. Alternatively, the shaft can also be formed from a glass-fiber-reinforced plastic or from an ara- midfaserverstärkten plastic or from another suitable fiber-reinforced plastic composite. The fibers are preferably formed as long fibers. In particular, the fiber-reinforced plastic composite comprises a thermoplastic. Furthermore, it is also conceivable that the shaft is made of a metal sheet. In particular, both low strength steel sheets and higher strength steel sheets are suitable. Advantageously, the metal sheet is formed of a light metal.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind an einem einteiligen Übergang zwischen dem mindestens einen Flansch und dem Schaft Verrippungen zur Erhöhung der Biegesteifigkeit ausgebildet. Mithin erstrecken sich in radialer Richtung mehrere Rippen, die als jeweiliges Stütz- und Verbindungsglied zwischen dem Flansch und dem Schaft dienen. Vorzugsweise sind die Rippen gleichmäßig am Umfang verteilt. Insbesondere sind sechs Rippen vorgesehen, jedoch können auch mehrere oder weniger Rippen vorgesehen werden. Zwischen zwei Rippen ist bevorzugt eine Bohrung am Flansch vorgesehen. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind an einem einteiligen Übergang zwischen dem mindestens einen Flansch und dem Schaft Ausnehmungen für Bohrungen vorgesehen. Mit anderen Worten weist der Flansch eine Verstärkungsstruktur auf, die insbesondere für eine erhöhte Drehmomentbelastung vorgesehen ist, wobei zur vereinfachten Durchführung und Befestigung von Schrauben in dafür vor- gesehene Bohrungen am Flansch Ausnehmungen in der Verstärkungsstruktur am Flansch vorgesehen sind. Somit ist tangential zwischen zwei Ausnehmungen ein Stegbereich ausgebildet. According to a preferred embodiment, ribs are formed on a one-piece transition between the at least one flange and the shaft to increase the flexural rigidity. Consequently, a plurality of ribs extend in the radial direction, which serve as the respective support and connecting member between the flange and the shaft. Preferably, the ribs are evenly distributed around the circumference. In particular, six ribs are provided, but also several or fewer ribs can be provided. Between two ribs, a bore is preferably provided on the flange. According to a further preferred embodiment, recesses for bores are provided on a one-piece transition between the at least one flange and the shaft. In other words, the flange has a reinforcing structure, which is provided in particular for an increased torque load, wherein recesses are provided in the reinforcing structure on the flange for simplified passage and fastening of screws in bores provided for this purpose on the flange. Thus, a web portion is formed tangentially between two recesses.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Welle um- fasst insbesondere die nachfolgenden Verfahrensschritte. Zunächst erfolgt das Herstellen eines Wellenrohlings entweder aus zwei metallischen Hälften, die entlang einer Längsachse miteinander verbunden werden, oder einteilig aus einem Faserkunststoffverbund. Insbesondere wird ein Band aus einem Faserkunststoffverbund, vorzugsweise um einen Kern gewickelt, wodurch der Wellenrohling ausgebildet wird. Danach wird der Wellenrohling in eine Umformvorrichtung eingespannt. Gemäß einem dritten Verfahrensschritt erfolgt das Ausbilden eines Flansches an mindestens einem distalen Ende des Wellenrohlings mittels eines Stempelwerkzeugs und eines Matrizenwerkzeugs. Insbesondere ist das Matrizenwerkzeug zweiteilig ausgebildet. Vorzugsweise wird das Matrizenwerkzeug radial an einem Schaft des Wellenrohlings angeordnet und das Stempelwerkzeug wird axial in das Matrizenwerkzeug eingeführt, um eine Flanschgeometrie in den Wellenrohling zu formen. Mit anderen Worten dringt das Stempelwerkzeug in den Flansch axial ein, wobei der Flansch gegen das Matrizenwerkzeug gepresst wird und dadurch zwischen dem Stempelwerkzeug und dem Mat- rizenwerkzeug die Flanschgeometrie in den Wellenrohling ausbildet wird. Vorteilhafterweise werden die zuvor genannten Verfahrensschritte zur Ausbildung der Flanschgeometrie in den Wellenrohling an beiden distalen Enden des Wellenrohlings durchgeführt. Abschließend wird die Welle aus der Umformvorrichtung entnommen. Bevorzugt werden, insbesondere nach der Entnahme der Welle aus der Umformvorrichtung mehrere Bohrungen in den mindestens einen Flansch ausgebildet. Die Bohrungen erstrecken sich dabei axial durch den mindestens einen Flansch. The inventive method for producing the shaft according to the invention comprises in particular the following method steps. First, the production of a shaft blank takes place either from two metallic halves, which are connected to one another along a longitudinal axis, or in one piece from a fiber-plastic composite. In particular, a band of a fiber-plastic composite, preferably wound around a core, whereby the shaft blank is formed. Thereafter, the shaft blank is clamped in a forming device. According to a third method step, the formation of a flange takes place at at least one distal end of the shaft blank by means of a punch tool and a die tool. In particular, the die tool is formed in two parts. Preferably, the die tool is arranged radially on a shaft of the shaft blank and the punch tool is inserted axially into the die tool to form a flange geometry into the shaft blank. In other words, the punch tool penetrates axially into the flange, the flange being pressed against the die tool, thereby forming the flange geometry between the punch die and the die tool into the shaft blank. Advantageously, the aforementioned method steps for forming the flange geometry are carried out in the shaft blank at both distal ends of the shaft blank. Finally, the shaft is removed from the forming device. Preferably, in particular after the removal of the shaft from the forming device, a plurality of bores are formed in the at least one flange. The holes extend axially through the at least one flange.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Ausbilden des Flansches an mindestens einem distalen Ende des Wellenrohlings durch Kaltumformen oder Warmumformen erfolgt. Je nach verwendetem Material, insbesondere Werkstoff und Materialdicke, wird die Welle warm oder kalt umgeformt. Kaltumformung eignet sich insbesondere bei weichen Metallblechen, wobei höherfeste Metallbleche sowie Faserkunststoffverbundmaterial warm umgeformt werden. The invention includes the technical teaching that the formation of the flange at at least one distal end of the shaft blank by cold forming or hot forming takes place. Depending on the material used, in particular material and material thickness, the shaft is hot or cold formed. Cold forming is particularly suitable for soft metal sheets, wherein higher-strength metal sheets and fiber-reinforced plastic composite material are hot formed.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen. Hierbei zeigt Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of two preferred embodiments of the invention with reference to the figures, wherein like reference numerals refer to the same or similar components. This shows
Figur 1 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des Figure 1 is a schematic perspective view for illustrating the
Aufbaus einer erfindungsgemäßen Welle nach einem ersten Ausführungsbeispiel,  Structure of a shaft according to the invention according to a first embodiment,
Figur 2 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des Figure 2 is a schematic perspective view for illustrating the
Aufbaus einer erfindungsgemäßen Welle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 3a eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Wellenrohlings zur Herstellung der erfindungsgemäßen Welle, Structure of a shaft according to the invention according to a second embodiment, 3a is a schematic perspective illustration for illustrating the construction of a shaft blank for producing the shaft according to the invention, FIG.
Figur 3b eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des FIG. 3b is a schematic perspective view for illustrating the
Aufbaus eines Wellenrohlings zur Herstellung der erfindungsgemäßen Welle, und  Structure of a shaft blank for producing the shaft according to the invention, and
Figuren 3c-3g eine jeweilige schematische Perspektivdarstellung zur Veranschauli- chung eines jeweiligen Verfahrensschrittes zur Herstellung der erfindungsgemäßen Welle nach Figur 1 . FIGS. 3c-3g show a respective schematic perspective representation for illustrating a respective method step for producing the shaft according to the invention according to FIG. 1.
Nach den Figuren 1 und 2 umfasst eine erfindungsgemäße Welle 1 für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug einen Schaft 2 und zwei an dem Schaft 2 einteilig angeform- te Flansche 3. Die Welle 1 ist als Hohlwelle ausgebildet. According to FIGS. 1 and 2, a shaft 1 according to the invention for a vehicle (not shown here) comprises a shaft 2 and two flanges 3 integrally formed on the shaft 2. The shaft 1 is designed as a hollow shaft.
Gemäß Figur 1 ist an einem einteiligen Übergang zwischen dem jeweiligen Flansch 3 und dem Schaft 2 eine jeweilige Verrippungen 4 zur Erhöhung der Biegesteifigkeit der Welle 1 ausgebildet. Ferner sind am jeweiligen Flansch 3 mehrere Bohrungen 6 aus- gebildet. According to FIG. 1, a respective ribbing 4 for increasing the bending stiffness of the shaft 1 is formed on a one-piece transition between the respective flange 3 and the shank 2. Furthermore, a plurality of bores 6 are formed on the respective flange 3.
In Figur 2 sind an einem einteiligen Übergang zwischen dem jeweiligen Flansch 3 und dem Schaft 2 Ausnehmungen 5 für Bohrungen 6 vorgesehen. Mithin weist der jeweilige Flansch 3 eine Verstärkungsstruktur auf, die insbesondere für eine erhöhte Dreh- momentbelastung der Welle 1 vorgesehen ist. Am jeweiligen Flansch 3 sind die Ausnehmungen 5 in der Verstärkungsstruktur zur vereinfachten Durchführung und Befestigung von - hier nicht dargestellten - Schrauben in dafür vorgesehene Bohrungen 6 vorgesehen. Somit ist tangential zwischen zwei Ausnehmungen 5 ein Stegbereich 12 ausgebildet. In Figure 2 recesses 5 are provided for holes 6 at a one-piece transition between the respective flange 3 and the shaft. Consequently, the respective flange 3 has a reinforcing structure, which is provided in particular for an increased torque load of the shaft 1. At the respective flange 3, the recesses 5 in the reinforcing structure for simplified implementation and attachment of - not shown here - screws provided in holes 6 provided for this purpose. Thus, a web portion 12 is formed tangentially between two recesses 5.
Die Figuren 3a und 3b zeigen einen jeweiligen Wellenrohling 7, aus dem nach Durchführung mehrere erfindungsgemäßer Verfahrensschritte eine erfindungsgemäße Welle 1 gemäß den Figuren 1 oder 2 herstellbar ist. Gemäß Figur 3a weist der Wellenrohling 7 einen Schaft 2 und zwei an dem Schaft 2 einteilig angeformte Flansche 3 auf. Der Wellenrohling 7 ist aus zwei metallischen Hälften 1 a, 1 b ausgebildet, die entlang einer Längsachse miteinander verbunden sind. Mithin weist der Wellenrohling 7 zwei Längsnähte 13 auf. FIGS. 3a and 3b show a respective shaft blank 7, from which a shaft 1 according to the invention according to FIGS. 1 or 2 can be produced after a plurality of method steps according to the invention have been carried out. According to FIG. 3 a, the shaft blank 7 has a shaft 2 and two flanges 3 integrally formed on the shaft 2. The shaft blank 7 is formed of two metallic halves 1 a, 1 b, which are interconnected along a longitudinal axis. Thus, the shaft blank 7 has two longitudinal seams 13.
Nach Figur 3b weist der Wellenrohling 7 einen Schaft 2 und zwei an dem Schaft 2 einteilig angeformte Flansche 3 auf. Der Wellenrohling 7 ist einteilig aus einem Faserkunststoffverbund ausgebildet. Dabei ist ein Prepreg-Band 14, umfassend in einer thermoplastischen Matrix eingebettete Carbonfasern, zur Ausbildung des Wellenroh- lings 7 in einem spitzen Winkel um die Längsachse des Wellenrohlings 7 gewickelt. According to FIG. 3b, the shaft blank 7 has a shaft 2 and two flanges 3 integrally formed on the shaft 2. The shaft blank 7 is formed in one piece from a fiber-reinforced plastic composite. In this case, a prepreg tape 14, comprising carbon fibers embedded in a thermoplastic matrix, is wound around the longitudinal axis of the shaft blank 7 at an acute angle to form the shaft blank 7.
Die Figuren 3c, 3d, 3e, 3f und 3g zeigen eine Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung der Welle 1 nach Figur 3a aus einem Wellenrohling 7. Gemäß Figur 3c erfolgt das Einspannen des Wellenrohlings 7 in eine - hier nur teilweise dargestellte - Umformvorrichtung. Die Umformvorrichtung umfasst ein Stempelwerkzeugs 9 und ein Matrizenwerkzeug 10. Das Stempelwerkzeug 9 ist einteilig ausgebildet wobei das Matrizenwerkzeug 10 zweiteilig ausgebildet ist. Das Matrizenwerkzeug 10 wird radial am Schaft 2 des Wellenrohlings 7 angeordnet. Dazu werden die beiden Hälften des Matrizenwerkzeugs 10 aufeinander zugeführt, sodass der Schaft 2 vom Matrizenwerkzeug 10 umschlossen wird. FIGS. 3c, 3d, 3e, 3f and 3g show a sequence of method steps for producing the shaft 1 according to FIG. 3a from a shaft blank 7. According to FIG. 3c, the shaft blank 7 is clamped in a forming device (here only partially shown). The forming device comprises a punch tool 9 and a die tool 10. The punch tool 9 is formed in one piece, wherein the die tool 10 is formed in two parts. The die tool 10 is arranged radially on the shaft 2 of the shaft blank 7. For this purpose, the two halves of the die tool 10 are supplied to each other, so that the shaft 2 is enclosed by the die tool 10.
Nach Figur 3d wird das Stempelwerkzeug 9 axial in das Matrizenwerkzeug 10 eingeführt, um eine am Stempelwerkzeug 9 und am Matrizenwerkzeug 10 ausgebildete Flanschgeometrie 1 1 in den Wellenrohling 7 zu formen. Der Wellenrohling 7, insbesondere der Flansch 3 an einem distalen Ende 8 des Wellenrohlings 7 ist im Wesentlichen axial zwischen dem Stempelwerkzeug 9 und dem Matrizenwerkzeug 10 angeordnet und bekommt die Flanschgeometrie 1 1 des Stempelwerkzeugs 9 und des Matrizenwerkzeugs 10 aufgeprägt. Die Flanschgeometrie 1 1 des Matrizenwerkzeugs 10 ist in Figur 3g dargestellt. According to FIG. 3d, the punch tool 9 is introduced axially into the die tool 10 in order to form a flange geometry 11 formed on the punch tool 9 and on the die tool 10 into the shaft blank 7. The shaft blank 7, in particular the flange 3 at a distal end 8 of the shaft blank 7 is arranged substantially axially between the punch tool 9 and the die tool 10 and receives the flange geometry 1 1 of the punch tool 9 and the die tool 10 imprinted. The flange geometry 1 1 of the die tool 10 is shown in FIG. 3g.
In Figur 3e ist das Stempelwerkzeug 9 während der Einformung des Flansches 3 im Matrizenwerkzeug 10 dargestellt. Mithin erfolgt in diesem Verfahrensschritt eine Profilierung des Wellenrohlings 7. Die Figuren 3f und 3g zeigen den profilierten Flansch 3 aus zwei Perspektiven. Das Stempelwerkzeug 9 wurde aus dem Matrizenwerkzeug 10 entfernt. Zur Profilierung des zweiten Flansches 3 wird das Matrizenwerkzeug 10 geöffnet, der Wellenrohling 7 gedreht und die zuvor genannten Verfahrensschritte gemäß den Figuren 3c bis 3g an dem noch nicht umgeformten distalen Ende 8 des Wellenrohlings 7 wiederholt. Abschließend wird die fertiggestellte Welle 1 aus der Umformvorrichtung entnommen. In FIG. 3e, the stamping tool 9 is shown during the indentation of the flange 3 in the die tool 10. Consequently, a profiling of the shaft blank 7 takes place in this method step. Figures 3f and 3g show the profiled flange 3 from two perspectives. The punch tool 9 has been removed from the die tool 10. For profiling the second flange 3, the die tool 10 is opened, the shaft blank 7 is rotated and the aforementioned method steps according to FIGS. 3c to 3g are repeated at the not yet formed distal end 8 of the shaft blank 7. Finally, the finished shaft 1 is removed from the forming device.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Welle wave
metallische Hälfte metallic half
Schaft  shaft
Flansch  flange
Verrippungen  ribbings
Ausnehmungen  recesses
Bohrungen  drilling
Wellenrohling  shaft blank
distales Ende distal end
Stempelwerkzeug  stamp tool
Matrizenwerkzeug  die tool
Flanschgeometrie  flange geometry
Stegbereich  web region
Längsnaht  longitudinal seam
Prepreg-Band  Prepreg tape

Claims

Patentansprüche claims
1 . Welle (1 ) für ein Fahrzeug, umfassend einen Schaft (2) und mindestens einen an dem Schaft (2) einteilig angeformten Flansch (3), wobei die Welle (1 ) entweder aus zwei metallischen Hälften (1 a, 1 b), die entlang einer Längsachse miteinander verbunden sind, oder einteilig aus einem Faserkunststoffverbund ausgebildet ist. 1 . Shaft (1) for a vehicle, comprising a shaft (2) and at least one flange (3) integrally formed on the shaft (2), the shaft (1) being made of either two metallic halves (1a, 1b) along a longitudinal axis are connected to each other, or is integrally formed from a fiber-plastic composite.
2. Welle (1 ) nach Anspruch 1 , 2. shaft (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1 ) aus einem thermoplastischen Faser- kunststoffverbund hergestellt ist. characterized in that the shaft (1) is made of a thermoplastic fiber plastic composite.
3. Welle (1 ) nach Anspruch 1 , 3. shaft (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1 ) aus einem Metallblech hergestellt ist. characterized in that the shaft (1) is made of a metal sheet.
4. Welle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. shaft (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1 ) als Hohlwelle ausgebildet ist. characterized in that the shaft (1) is designed as a hollow shaft.
5. Welle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. shaft (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem einteiligen Übergang zwischen dem min- destens einen Flansch (3) und dem Schaft (2) Verrippungen (4) zur Erhöhung der Biegesteifigkeit ausgebildet sind. characterized in that on a one-piece transition between the at least one flange (3) and the shank (2) ribs (4) are formed to increase the flexural rigidity.
6. Welle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6. shaft (1) according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem einteiligen Übergang zwischen dem min- destens einen Flansch (3) und dem Schaft (2) Ausnehmungen (5) für Bohrungen (6) vorgesehen sind. characterized in that at a one-piece transition between the at least one flange (3) and the shank (2) recesses (5) are provided for bores (6).
7. Verfahren zur Herstellung einer Welle (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 7. A method for producing a shaft (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized by the following method steps:
- Herstellen eines Wellenrohlings (7) entweder aus zwei metallischen Hälften (1 a, 1 b), die entlang einer Längsachse miteinander verbunden werden, oder einteilig aus einem Faserkunststoffverbund - Einspannen des Wellenrohlings (7) in eine Umformvorrichtung,- Producing a shaft blank (7) either of two metallic halves (1 a, 1 b), which are interconnected along a longitudinal axis, or in one piece of a fiber-reinforced plastic composite - Clamping the shaft blank (7) in a forming device,
- Ausbilden eines Flansches (3) an mindestens einem distalen Ende (8) des Wellenrohlings (7) mittels eines Stempelwerkzeugs (9) und eines Matrizenwerk- zeugs (10), und - Forming a flange (3) at least one distal end (8) of the shaft blank (7) by means of a punch tool (9) and a Matrizenwerk- tool (10), and
- Entnehmen der Welle (1 ) aus der Umformvorrichtung.  - Remove the shaft (1) from the forming device.
8. Verfahren nach Anspruch 7, 8. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenwerkzeug (10) radial an einem Schaft (2) des Wellenrohlings (7) angeordnet wird und das Stempelwerkzeug (9) axial in das Matrizenwerkzeug (10) eingeführt wird, um eine Flanschgeometrie (1 1 ) in den Wellenrohling (7) zu formen. characterized in that the die tool (10) is arranged radially on a shank (2) of the shaft blank (7) and the punch tool (9) is inserted axially into the die tool (10) to produce a flange geometry (11) in the shaft blank (11). 7).
9. Verfahren nach Anspruch 7, 9. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bohrungen (6) in den mindestens einen Flansch (3) ausgebildet werden. characterized in that a plurality of bores (6) are formed in the at least one flange (3).
10. Verfahren nach Anspruch 7, 10. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden des Flansches (3) an mindestens ei- nem distalen Ende (8) des Wellenrohlings (7) durch Kaltumformen oder Warmumformen erfolgt. characterized in that the formation of the flange (3) on at least one distal end (8) of the shaft blank (7) by cold forming or hot forming takes place.
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