DE3020024A1 - METHOD FOR PRODUCING A TUBULAR, FIBER-REINFORCED COMPOSITE SHAFT OR COMPOSITE SHAFT - IV - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, faserverstärkten zusammengesetzten Welle oder Verbundwelle - IVProcess for the production of a tubular, fiber-reinforced composite shaft or composite shaft - IV

Die Erfindung betrifft faserverstärkte zusammengesetzte Wellen oder Verbundwellen, insbesondere Antriebswellen j für Fahrzeuge, die einen aus faserverstärktem Harz be- r stehenden Wellenkörper mit an seinen Enden befestigten metallischen Kupplungshülsen aufweisen. ': The invention relates to fiber-reinforced composite shafts or composite shafts, in particular drive shafts for vehicles, which have a shaft body made of fiber-reinforced resin with metallic coupling sleeves fastened at its ends. ':

Rohrförmige faserverstärkte Verbundteile wurden bereits vorgeschlagen, beispielsweise in den üS-PSen 2 882 072 und 3 661 670 und in der GB-PS 1 356 393. In der US-PS 3 661 670 wird beispielsweise vorgeschlagen, derartige Verbundteile aus einem Harzmaterial·, das mit Glas-; fasern verstärkt ist, herZUste^en. Im einzeinen werden Filamente, auf die ein nicht gehärtetes Harzmaterial (d.h. ein ungehärtetes hitzehärtbares Harz) aufgebracht ist, um einen Dorn gewickelt, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Die verstärkenden■Fasern können in der Wandung des rohrförmigen Verbundteils in verschiedenen Winkelbeziehungen zueinander angeordnet sein. Anschlie- , ßend wird das Harzmaterial· ausgehärtet (d.h. gehärtet ! oder vernetzt). Ein vorgeformtes, mit Gewinde versehenes _: Endteil· kann an den Enden des rohrförmigen Verbundteiis beispieisweise durch unmitteibares Umwickein des End- , teiis mit den Fiiamenten während des Wickelprozesses befestigt werden. . . ιTubular fiber-reinforced composite parts have already been proposed, for example in US-PSs 2,882,072 and 3,661,670 and in GB-PS 1,356,393 with glass; fibers is reinforced. In essence, filaments to which an uncured resin material (ie, an uncured thermosetting resin) is applied are wound around a mandrel until the desired thickness is achieved. The reinforcing fibers can be arranged in the wall of the tubular composite part in various angular relationships to one another. The resin material is then hardened (ie hardened or crosslinked). A preformed _threaded: · end portion can be connected to the ends of the tubular Verbundteiis beispieisweise teiis be fastened with the filaments whether during the winding process by unmitteibares Umwickein of the end. . . ι

Neuerdings wurde die HersteMung von Fahrzeugantriebswellen aus rohrförmigen faserverstärkten Verbundteilen vorgeschlagen, beispielsweise in der US-PS 4 041 59 9Recently, the manufacture of vehicle drive shafts has become made of tubular fiber-reinforced composite parts, for example in US Pat. No. 4,041,599

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und in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 52-127542 (entsprechend der US-PS 4 089 190). Gemäß der japanischen Patentanmeldung werden Filamente, die ein nicht-ausgehärtetes Harzmaterial (z.B. ein ungehärtetes hitzehärtbares Harz) tragen, um einen Dorn gewickelt, bis die gewünschte Dicke erreicht ist, worauf das Harzmaterial gehärtet wird. Zonen oder Schichten sind um- |and in the published Japanese patent application 52-127542 (corresponding to U.S. Patent 4,089,190). According to the Japanese patent application, filaments containing a wear uncured resin material (e.g. an uncured thermosetting resin) wrapped around a mandrel, until the desired thickness is reached, whereupon the resin material is hardened. Zones or layers are around |

fangsmäßig innerhalb der Wandung der Welle in bestimmten, j dort beschriebenen Winkelbeziehungen angeordnet. ;catch-wise within the wall of the shaft in certain, j Angular relationships described there arranged. ;

Die vorstehend genannte US-PS 4 041 599 schlägt die Befestigung einer Antriebswelle aus mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Epoxyharz unmittelbar an einem Universal-Gelenkansatz mittels einer bestimmten Verbindungsmethode vor.The aforementioned U.S. Patent No. 4,041,599 suggests the attachment a drive shaft made of epoxy resin reinforced with carbon fibers directly on a universal joint attachment using a specific connection method.

Faserverstärkte Verbundwellen weisen Vorteile gegenüber metallischen Wellen auf, da sie leichter im Gewicht, beständiger gegen Korrosion, stärker, haltbarer und indifferenter sind.Fiber-reinforced composite shafts have advantages over metallic shafts, since they are lighter in weight and more stable against corrosion, stronger, more durable and more indifferent.

In der DE-PS (Patentanmeldung P 29 11 167.9)In DE-PS (patent application P 29 11 167.9)

2Ό (j_er Anmelderin wird eine faserverstärkte zusammengesetzte Antriebswelle beschrieben, die verbesserte Gebrauchseigenschaften sowie die notwendige Festigkeit und Haltbarkeit aufweist, um den unterschiedlichen Belastungen und Beanspruchungen, die während des Betriebs des Fahr- ' zeugs auftreten, gewachsen zu sein. '2Ό _(s j Applicant is a fiber-reinforced composite drive shaft described which has improved use properties as well as the necessary strength and durability to the various loads and stresses during operation of the vehicle to be 'grown zeugs occur.'

Da das direkte Schweißen oder Kleben einer aus Harz bestehenden Welle an Metall normalerweise keine ausreichend feste und dauerhafte Verbindung auf beständiger und zuverlässiger Basis hervorbringt, wird durch die Verwendung metallischer Anschlußhülsen, die an den Enden der Welle gemäß der Erfindung befestigt sind, ein Mittel verfügbar gemacht, um eine sichere Schweißverbindung ähnlich der , bei üblichen metallischen Wellen verwendeten zu erreichen.Since welding or gluing a resin shaft directly to metal is usually not sufficient Establishing a solid and permanent connection on a stable and reliable basis is achieved through the use of metallic connecting sleeves that are attached to the ends of the shaft are attached according to the invention, a means made available to secure a welded joint similar to that used with conventional metallic shafts.

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Die hohen Drehmomentbelastungen, die durch die Fahrzeugantriebswelle übertragen werden, erfordern, daß eine extrem starke und dauerhafte drehmomentübertragende Verbindung zwischen den Hülsen und dem Wellenkörper hergestellt wird. Frühere Vorschläge zur Befestigung der Hülsen unter Verwendung von Klebstoffen oder durch Wickeln der Filamentbündel um umfangsmäßig angeordnete Nuten an der Hülsenaußenfläche können nicht herangezogen werden, um eine Verbindung mit der erforderlichen Festigkeit und Dauerhaftigkeit zu gewährleisten. iThe high torque loads imposed by the vehicle driveshaft require an extremely strong and permanent torque transmitting connection is made between the sleeves and the shaft body. Previous suggestions for attaching the sleeves using adhesives or by wrapping the filament bundles around circumferentially arranged grooves the outer surface of the sleeve cannot be used to establish a connection with the required strength and strength To ensure durability. i

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgäbe zugrunde, eine neue, aus faserverstärktem Harz bestehende Welle verfüg- j bar zu machen, die die Probleme der vorstehend genannten Art auf ein Mindestmaß verringert oder verhütet und zur f Verwendung als Antriebswelle in Kraftübertragungssystemen von Fahrzeugen geeignet ist. Außerdem sollen neue Verfahren und Vorrichtungen geschaffen werden, mit denen metallische Verbindungshülsen an den Enden von aus faserverstärktem Harz bestehenden Wellen so befestigt werden können, daß die Wellen hohe Drehkräfte zu übertragen ver- [ mögen. jThe present invention was based on the object of making a new shaft made of fiber-reinforced resin available which minimizes or prevents the problems of the type mentioned above and which is suitable for use as a drive shaft in power transmission systems of vehicles. In addition, new methods and apparatus are to be created can be used to metallic connecting sleeves at the ends of the existing fiber-reinforced resin shafts mounted so as to transmit the wave high rotational forces comparable [like. j

Die Lösung dieser Aufgaben wird gemäß der Erfindung erreicht durch eine rohrförmige, faserverstärkte Verbundwel-: Ie und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei der WeI-lenkörper aus mehreren zu einem zusammenhängenden Stück ^! vereinigten, in Umfangsrichtung verlaufenden Lagen aus erstarrtem faserverstärktem Harzmaterial besteht. Eine Metallhülse ist in wenigstens einem Ende des Wellenkörpers befestigt. Eine Vielzahl von im wesentlichen spitzen Stiften ragt von der Hülse radial nach außen. Die Stifte wer- ; den durch faserverstärktes Harzmaterial umgeben, wobei ' eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem WeI- j lenkörper und der Hülse gebildet wird. Die Welle wird gebildet, indem die Stifte in der Hülse verankert werden, i die Hülse auf einen Abschnitt eines Doms geschoben und jThe solution to these objects is achieved according to the invention by a tubular, fiber-reinforced composite shaft and a method for its production, the shaft body consisting of several to form a coherent piece ^! united, circumferential layers of solidified fiber-reinforced resin material. A metal sleeve is secured in at least one end of the shaft body. A plurality of substantially pointed pins protrude radially outward from the sleeve. The pens are; which are surrounded by fiber-reinforced resin material, whereby a torque-transmitting connection is formed between the shaft and the sleeve. The shaft is formed by anchoring the pins in the sleeve, i sliding the sleeve onto a section of a mandrel, and j

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Fasemrafceriai um den Dorn und die Hülsen so gewickelt wird, daß die Stifte davon umschlossen sind. Anschließend wird : das Harzmaterial ausgehärtet und der Dorn entfernt.Fasemrafceriai is wrapped around the mandrel and the sleeves in such a way that that the pins are enclosed by it. Then: the resin material cured and the mandrel removed.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Be-, zugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. In j diesen Abbildungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs-j ziffern bezeichnet.Further objects and advantages of the invention will be explained below with reference to a preferred embodiment under loading, referring to the illustrations. In these figures, the same parts have the same reference j numbers.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine gemäß der Erfindung gebildete Antriebswelle»Fig. 1 shows a longitudinal section through a drive shaft formed according to the invention »

Fig. 2 1st ein Querschnitt durch die Antriebswelle längs der Linie 2-2 von Fig. 1.Fig. 2 is a longitudinal cross-section through the drive shaft the line 2-2 of FIG. 1.

Fig. 3 ist ein fragmentarischer Längsschnitt durch einen Hülsenteil der auf einen Dorn geschobenen Antriebswelle.Fig. 3 is a fragmentary longitudinal section through a sleeve portion of the drive shaft pushed onto a mandrel.

Eine Antriebswelle 10 gemäß der Erfindung weist einen Wellenkörper 12 aus verstärktem Harz mit zylindrischem Quer- . schnitt und eine vorzugsweise an jedem Ende des Wellenkörpers befestigte metallische Verbindungshülse 14 auf* Die Änschlüßhülse 14 ist allgemein zylindrisch- und aus einem geeigneten Metall, beispielsweise aus Stahl oder « Aluminium, geformt. Die Hülse weist eine innere ringförmige Oberfläche 16 mit gleichbleibendem Durchmesser auf, die im wesentlichen eng an einer innenfläche 18 des in Längsrichtung einwärts davon angeordneten Wellenkörpers anliegt, wie Fig. 1 zeigt.A drive shaft 10 according to the invention has a shaft body 12 made of reinforced resin with a cylindrical transverse. cut and a metallic connecting sleeve 14 attached preferably to each end of the shaft body. The connecting sleeve 14 is generally cylindrical and formed from a suitable metal, for example steel or aluminum. The sleeve has an inner, annular surface 16 of constant diameter which is substantially tight against an inner surface 18 of the shaft body disposed longitudinally inwardly thereof, as shown in FIG.

Das innere Ende 20 verjüngt sich in Längsrichtung und ra dial einwärts (Fig. 3), wobei eine zugeschärfte Kante 24 für die,Aufnahme von Windungen des verstärkten Harzmaterials gebildet wird. Hierauf wird später näher eingegangen. The inner end 20 tapers longitudinally and ra dial inward (Fig. 3), wherein a sharpened edge 24 is formed for receiving turns of the reinforced resin material. This will be discussed in more detail later.

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Die Hülse 14 ist mit einer Vielzahl von radial nach außen ragenden Stiften 26 besetzt. Die Stifte 26 sind mit dem zylindrischen Körper der Hülse in einem Stück gearbeitet und bestehen somit aus dem gleichen Metall. Die Herstellung der Hülse und Stifte kann nach beliebigen geeigneten Verfahren, beispielsweise durch Pressen, maschinelle Bearbeitung oder Schweißen, erfolgen.The sleeve 14 is with a plurality of radially outward protruding pins 26 occupied. The pins 26 are machined in one piece with the cylindrical body of the sleeve and thus consist of the same metal. The manufacture of the sleeve and pins can be any suitable Processes, for example by pressing, machining or welding, take place.

Die Stifte sind vorzugsweise in Reihen, die sich in Längs-j richtung und umfangsmäßig mit Abstand zueinander erstrek- ι ken, angeordnet, wobei jedoch jede beliebige geeignete Anordnung verwendet werden kann. Jeder Stift verjüngt sich; radial auswärts und ist an seiner äußeren Spitze im we- ; sentlichen zugespitzt. Die Stifte sind nicht scharf züge- .The pins are preferably in rows that are longitudinally j direction and circumferentially at a distance from one another ken, but any suitable arrangement may be used. Each pen tapers; radially outwards and is at its outer tip in the we-; essential pointed. The pencils are not sharply drawn.

spitzt, sondern leicht abgerundet, so daß sie stumpf sind und dadurch verhindern, daß Fasern während des Wickeins durchgeschnitten werden. Die Spitzen der Stifte sind somit klein genug, um zu verhindern, daß sich eine Faser daran ; aufhängt. Während die Fasern, die den Körper 12 bilden, um die Hülse gewickelt werden, werden vielmehr die mit den Stiften 26 in Berührung kommenden Fasern zu einer Seite I der Stifte und radial einwärts längs der Seite des Stifts ; verschoben, bis sie die Oberfläche der Hülse oder vorher um die Hülse gewundene Fasern berühren. Hierdurch wird !pointed, but slightly rounded, so that they are blunt and thereby prevent fibers from falling during winding be cut through. The tips of the pins are thus small enough to prevent a fiber from attaching to them; hangs up. While the fibers that make up the body 12, rather, the fibers coming into contact with the pins 26 become one side I the pin and radially inward along the side of the pin; moved until they touch the surface of the sleeve or fibers previously wound around the sleeve. This will!

sichergestellt, daß die Fasern straff gewunden* werden/ ^: ohne daß sie sich an den Stiften selbst aufhängen, wie es im Falle von Stiften mit flachen Außenflächen geschehen ;ensures that the fibers are wound tightly * / ^: without them hanging on the pins themselves, as happens in the case of pins with flat outer surfaces;

könnte. _t could. _t

Während der Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform jDuring the manufacture of a preferred embodiment j

der Welle wird ein Paar Anschlußhülsen 14 in Längsrichtung ιthe shaft is a pair of connecting sleeves 14 in the longitudinal direction ι

hintereinander mit Abstand zueinander auf einen zylindri— '' one behind the other at a distance from one another on a cylindri- ''

sehen Dorn 41 geschoben (Fig. 3), wie in den DE-PSen jsee mandrel 41 pushed (Fig. 3) , as in DE-PSs j

(Patentanmeldung P 29 11 238.7) und ^r (Patent application P 29 11 238.7) and ^r

(Patentanmeldung P 29 11 213.8) der Anmelderin '. (Patent application P 29 11 213.8) by the applicant '.

beschrieben. Die Hülsen liegen im wesentlichen satt, aber |described. The sleeves are essentially full, but |

im wesentlichen genügend lose am Dorn an, um davon abge-essentially loose enough on the mandrel to be able to

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streift werden zu können. Eine geeignete Klemmanordnung hält die Hülsen 14 in ihrer Lage. Der Dorn wird mit einem Trennmittel umhüllt, damit kein Harz oder Klebstoff daran haften bleibt. Anschließend wird der Wellenkörper 12 um den Dorn und die Hülsen geformt.to be able to be touched. A suitable clamping arrangement holds the sleeves 14 in place. The thorn comes with a Release agent encased so that no resin or glue sticks to it. Then the shaft body is 12 µm shaped the mandrel and the sleeves.

Die Herstellung des Wellenkörpers 12 erfolgt vorzugsweise in einer Weise, die ausführlicher in den bereits genannten ; DE-Patentschriften beschrieben wird. Kurz gesagt werden Schichten eines faserverstärkten, harzimprägnierten Materials vorzugsweise in Form von Bündeln aus im wesentlichen parallelen Endlosfilamenten aufgebracht, die ein nicht-erstarrtes (d.h. flüssiges, weiches und klebriges oder geschmolzenes) Harzmaterial tragen. Die Bündel können in ein ungehärtetes flüssiges hitzehärtbares Harz, beispielsweise ein Epoxyharz, getaucht und dann in mehreren Windungen um den Dorn gewickelt werden, bis eine Schicht der gewünschten Dicke ausgebildet ist. Bezüglich weiterer Einzelheiten über mögliche Vorrichtungen zum Anklemmen der Hülsen und Aufwickeln der Filamentbündel wird auf die US-PSen 3 661 670, 3 202 560 und 3 231 442, auf die hier Bezug genommen wird, verwiesen.The production of the shaft body 12 is preferably carried out in a manner which is described in more detail in the already mentioned; DE patents is described. To be briefly said Layers of a fiber-reinforced, resin-impregnated material preferably applied in the form of bundles of substantially parallel continuous filaments, which a carry non-solidified (i.e., liquid, soft, and sticky or molten) resin material. The bundles can dipped in an uncured liquid thermosetting resin such as an epoxy resin, and then in several Turns are wrapped around the mandrel until a layer of the desired thickness is formed. Regarding further Details about possible devices for clamping the sleeves and winding the filament bundles is given on the U.S. Patents 3,661,670; 3,220,560; and 3,231,442, incorporated herein by reference.

Der hier gebrauchte Ausdruck "Schicht" kennzeichnet einen Umfangsbereich in der Wand der rohrförmigen Antriebswelle, in dem die Faserverstärkung in einer ganz bestimmten Gestalt angeordnet ist und der sich von den benachbarten Zonen oder Bereichen hinsichtlich der Gestalt und/oder Zusammensetzung der Faserverstärkung unterscheidet. Eine Einzelschicht kann eine Mehrfachausrichtung oder einen Mehrfaehaufbau der FaserverStärkung in einer gegebenen Konfiguration aufweisen. Der Ausdruck "Schicht" umfaßt ^! eine Ausrichtung, bei der die FaserverStärkung in einem gegebenen Winkel und im gleichen, jedoch entgegengesetzt dazu verlaufenden Winkel angeordnet ist, wobei die Schicht beliebig in mehreren Schritten aufgebaut sein kann. |The term "layer" used here denotes a peripheral area in the wall of the tubular drive shaft in which the fiber reinforcement is arranged in a very specific shape and which differs from the adjacent zones or areas with regard to the shape and / or composition of the fiber reinforcement. A single layer can have multiple alignment or construction of fiber reinforcement in a given configuration. The term "layer" includes ^! an orientation in which the fiber reinforcement is arranged at a given angle and at the same, but opposite, angle, the layer being able to be built up in any number of steps. |

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- 10 Die Fasern verstärken die hitzegehärtete Harzmatrix und ' ,- 10 The fibers reinforce the thermoset resin matrix and ',

verleihen der Welle die erforderlichen Eigenschaften in bezug auf Festigkeit und Haltbarkeit. In dieser Beziehung : werden Glasfasern (z.B. Ε-Glas oder S-Glas) und Kohlen- ; stoff-Fasern (d.h. amorphe oder graphitische Fasern) bevorzugt. Die Kohlenstoff-Fasern enthalten im allgemeinen ^; wenigstens 90 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 95 Gew.-% i Kohlenstoff. Darüber hinaus haben bevorzugte Kohlenstoff- 'give the shaft the required properties in terms of strength and durability. In this regard: are glass fibers (e.g. Ε-glass or S-glass) and carbon; fabric fibers (ie amorphous or graphitic fibers) are preferred. The carbon fibers generally contain ^; at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, carbon. In addition, preferred carbon '

Fasern einen Young-Elastizitätsmodul von wenigstens |Fibers have a Young's modulus of at least |

ο ■ο ■

172.375 N/mm , beispielsweise von etwa 206.850 bis ; 413.700 N/mm².172,375 N / mm, for example from about 206,850 to; 413,700 N / mm ² .

Die Lagen der Filamentbündel sind in verschiedener Richtung relativ zur Längsachse der Antriebswelle gewickelt und können bis zu verschiedenen Dicken aufgebaut werden. ; Vorzugsweise wird eine Anfangsschicht aus Glasfasern in '■ einem Winkel von t 30 bis t 50° relativ zu einer Linie parallel zur Längsachse der Welle aufgebracht. Als nächstes wird eine Glasfaserlage in einem Winkel von 0 bis - 15° aufgebracht und anschließend eine Kohlenstoff-Faserschicht in einem Winkel von 0 bis ± 15°. Dann wird j eine Glasfaserschicht in einem Winkel von etwa ± 60 bis | 90 aufgebracht. Natürlich können die Zahl und die Zusammensetzung der Schichten sowie ihre Ausrichtung und ! Dicke in Abhängigkeit von den Eigenschaften, die der r Welle verliehen werden sollen, variieren.The layers of the filament bundles are wound in different directions relative to the longitudinal axis of the drive shaft and can be built up to different thicknesses. ; Preferably, an initial layer of glass fibers in '■ an angle of t 30 to t 50 ° is applied relative to a line parallel to the longitudinal axis of the shaft. Next, a glass fiber layer is applied at an angle of 0 to - 15 ° and then a carbon fiber layer at an angle of 0 to ± 15 °. Then j becomes a fiberglass layer at an angle of about ± 60 to | 90 applied. Of course, the number and composition of the layers as well as their orientation and! Thickness will vary depending on the properties to be imparted to the wave.

Anstelle des Fadenwickeins (z.B. Naßwickeln oder Prepreg- i Wickeln) können auch andere Rohrformungsverfahren beispielsweise Rollen des Rohres, Bandwickeln oder | Pultrusion, zur Anwendung kommen. In der erstgenannten Stufe werden verhältnismäßig breite Abschnitte eines harzimprägnierten Bandes zu Mustern vorgeschnitten, nach- ■ einander geschichtet und auf den Dorn gerollt. Nachdem ; die Schichten aufgebracht worden sind, wird das nicht- ■ erstarrte Harz gehärtet. In dieser Hinsicht kann das Harz < selbsthärtend oder aber ein Harz von der Art sein, das jInstead of thread winding (eg wet winding or prepreg winding), other tube forming processes, for example rolling the tube, tape winding or | Pultrusion, are used. In the first-mentioned stage, relatively wide sections of a resin-impregnated tape are precut into patterns, layered one after the other and rolled onto the mandrel. After this ; the layers have been applied, the non- solidified ■ resin is cured. In this regard, the resin may be <self-curing, or it may be a resin of the type which j

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unter der Einwirkung von Wärme und/oder eines Härtemittels) aushärtet bzw. vernetzt wird.under the action of heat and / or a hardening agent) cures or is crosslinked.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung schiebt man die Hülse bzw. Hülsen 14 auf den Dorn, worauf man eine Anfangslage 32 aus Glasfasern um den Dorn und die Hülsen in einem Win-In the method according to the invention, the sleeve is pushed or sleeves 14 on the mandrel, whereupon an initial position 32 made of fiberglass around the mandrel and the sleeves in a wind-

kel von etwa ± 45 wickelt. Während die Fasern gewickelt i werden, kommen sie mit den Stiften 26 in Berührung. Durch j die konische Form der Stifte gleiten die Fasern jedoch j längs der Seiten der Stifte zum radial inneren Ende des TO freiliegenden Teils des Stifts nach unten. Die Fasern umschließen demgemäß gegenüberliegende Seiten der Stifte in ^: einer solchen Weise, daß eine relative Drehbewegung und j Längsbewegung zwischen den Fasern und der Hülse verhindert werden.angle of about ± 45 winds. While the fibers are being wound, they come into contact with the pins 26. However, because of the conical shape of the pins, the fibers slide j down the sides of the pins to the radially inner end of the TO exposed portion of the pin. The fibers accordingly enclose opposite sides of the pins in ^: such a manner as to prevent relative rotational movement and longitudinal movement between the fibers and the sleeve.

Anschließend wird eine Schicht 40 aus Glasfasern um die Schicht 32 in einem Winkel von etwa 0 gewickelt. Diese Fasern umschließen die Stifte 26 in einer Weise, die zusätzlich einer relativen Drehbewegung zwischen Hülse und Fasern widersteht.A layer 40 of glass fibers is then placed around the Layer 32 wrapped at about a zero angle. These fibers encircle the pins 26 in a manner that additionally resists relative rotational movement between the sleeve and fibers.

Als nächstes wird eine Schicht 42 aus Graphitfasern um die ι Schicht 40 im Winkel von etwa 0° gewickelt. Diese Fasern ' umschließen die Stifte und bewirken hierdurch "eine weitere: drehungsübertragende oder drehfeste Verbindung zwischen Hülse und Fasern. Diese Schicht 42 bedeckt im wesentlichen die radial außenliegenden Spitzen der Stifte 26.Next, a layer 42 of graphite fibers around the ι Layer 40 wrapped at an angle of about 0 °. These fibers' enclose the pins and thereby cause "another: Rotation-transmitting or non-rotatable connection between the sleeve and the fibers. This layer 42 essentially covers the radially outer tips of the pins 26.

Abschließend wird eine Schicht 44 aus Glasfasern im Winkel j von etwa 90° um die Schicht 42 gewickelt. Diese Schicht : 44 gewährleistet, daß die Stifte 26 vollständig bedeckt ! sind. ιFinally, a layer 44 of glass fibers at angle j wrapped around the layer 42 of about 90 °. This layer: 44 ensures that the pins 26 are completely covered! are. ι

.30 Es leuchtet ein, daß jede beliebige Zahl von Schichten.30 It is evident that any number of layers

"- oder Lagen in verschiedenen Winkeln und Dicken in Abhängig·? keit von den gewünschten Eigenschaften der Welle aufge- ["- or positions at different angles and thicknesses depending on ·? depends on the desired properties of the shaft.

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- 12 bracht werden kann.- 12 can be brought.

Anschließend wird das nicht-erstarrte Harz gehärtet, um die Schichten miteinander zu vereinigen und ein aus einem Stück bestehendes, zusammenhängendes Verbundmaterial zu bilden, worauf die Welle vom Dorn genommen wird.Then the non-solidified resin is hardened to to unite the layers and to form a one-piece, cohesive composite material form, whereupon the shaft is removed from the mandrel.

Die Welle 10 eignet sich in idealer Weise für die Verwen- ■ dung als Antriebswelle von Fahrzeugen. Hierbei dienen die ·■ Stifte 26 zur mechanischen Verriegelung oder Verzahnung des Wellenkörpers mit der Hülse, und sie verhindern eine relative Drehbewegung und Längsbewegung zwischen ihnen. ; Die_s Stifte 26 weisen in hohem Maße Scherfestigkeit auf und vermögen den hohen Drehmomentbelastungen, die während der Übertragung von Antriebskraft in einem Fahrzeug auf- ; treten, zu widerstehen.The shaft 10 is ideally suited for use as a drive shaft for vehicles. Here, the · ■ pins 26 serve to mechanically lock or teeth of the shaft body with the sleeve, and prevent relative rotational movement and longitudinal movement between them. ; The _s pins 26 have a high degree of shear strength and are capable of the high torque loads that occur during the transmission of propulsion power in a vehicle; kick, resist.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein axial äußerer Teil 36 der Hülse 14 freigelegt, vorzugsweise durch Entfernung von Teilen der Schichten.As shown in Fig. 1, an axially outer portion 36 of the sleeve 14 is exposed, preferably by removal of parts of the layers.

Die Hülsen 14 erleichtern die Verbindung der Welle mit Metallteilen, z.B. Metalljochen oder Kreuzköpfen in einem Kraftübertragungssystem von Fahrzeugen, da ein direkter. : Kontakt von Metall zu Metall möglich ist. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann es zweckmäßig sein, einen Klebstoff zwischen der Hülse 14 und der Anfangslage 32 des Fasermaterials aufzubringen, um die Verbindung zwischen ihnen zu verstärken.The sleeves 14 facilitate the connection of the shaft with metal parts, e.g. metal yokes or cross heads in one Power transmission system of vehicles, as a direct one. : Contact from metal to metal is possible. Although this is not necessary, an adhesive may be useful between the sleeve 14 and the initial layer 32 of the fiber material to raise the bond between them.

j Obwohl der Erfindungsgedanke der mechanischen Verblockung ^; und Verzahnung im Zusammenhang mit einem speziellen Wellenkörper beschrieben worden ist,- kann dieser Vorschlag na- j türlich auch bei Verbundwellen im allgemeinen, bei denen ; eine Faserverstärkung in einem Harzmatrixmaterial vorhanden js-t, verwirklicht werden. !j Although the inventive concept of mechanical locking ^; and toothing has been described in connection with a special shaft body, - this proposal can of course also be used for composite shafts in general, where; a fiber reinforcement present in a resin matrix material js-t can be realized. !

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Claims (10)

PatentansprücheClaims 1.) Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, faserverstärkten zusammengesetzten Welle oder Verbundwelle, dadurch gekennzeichnet, daß man1. ) Process for the production of a tubular, fiber-reinforced composite shaft or composite shaft, characterized in that one a) auf ein Segment eines Doms eine Metallhülse schiebt, die mit einer Vielzahl von im wesentlichen spitzen, radial nach außen ragenden Stiften besetzt ist,a) pushes a metal sleeve onto a segment of a dome, which is occupied by a large number of essentially pointed, radially outwardly projecting pins, b) Fasermaterial, das ein nicht-erstarrtes Harzmaterial trägt, auf den Dorn und die Hülse so aufbringt, daß es die Stifte umfaßt und eine drehkraftübertragende Verbindung zwischen Hülse und Fasermaterial gebildet wird,b) fiber material, which is a non-solidified resin material carries, on the mandrel and the sleeve so that it includes the pins and a torque transmitting Connection between sleeve and fiber material is formed, c) das Harzmaterial zum Erstarren bringt und hierdurch eine drehkraftübertragende Verbindung mit der Metallhülse bildet undc) solidifies the resin material and thereby forms a torque-transmitting connection with the metal sleeve and d) den Dorn entfernt.d) removed the mandrel. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit dem Aufbringen des Fasermaterials kurz vor dem in Längsrichtung äußeren Ende der Hülse aufhört und hier die Hülse unbedeckt läßt.2. The method according to claim 1, characterized in that the application of the fiber material is stopped shortly before the longitudinally outer end of the sleeve and here the sleeve is left uncovered. 030050/0766030050/0766 O _O _ 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Fasermaterials darin besteht, daß man eine Vielzahl von Schichten von Fasern aufbringt, wobei die Fasern wenigstens einiger Schichten in gegenseitig verschiedenen Winkeln relativ zur Längsrichtung der Welle ausgerichtet sind.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that the application of the fiber material consists in that one applies a plurality of layers of fibers, wherein the fibers of at least some layers at mutually different angles relative to the longitudinal direction aligned with the shaft. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Aufbringen des Fasermaterials die Stifte mit den Fasern vollständig bedeckt.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that when applying the fiber material, the pins completely covered with the fibers. 5. Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen, faserverstärkten zusammengesetzten Antriebswelle oder Verbundwelle, dadurch gekennzeichnet, daß man5. Process for the production of a tubular, fiber-reinforced composite drive shaft or composite shaft, characterized in that one a) auf ein Segment eines Dorns eine Metallhülse schiebt, die mit einer Vielzahl von konisch geformten, im wesentlichen zugespitzten Stiften besetzt ist, die an die Hülse angeformt sind und von dieser in Umfangsrichtung und Längsrichtung mit Abstand zueinander radial nach außen ragen,a) on a segment of a mandrel pushes a metal sleeve with a multitude of conically shaped, essentially tapered pins are occupied, which are formed on the sleeve and from this in the circumferential direction and in the longitudinal direction protrude radially outward at a distance from one another, b) Fasermaterial·, das ein nicht-erstarrtes Harzmaterial trägt, auf den Dorn und die Hülse so aufbringt, daß es die Stifte umfaßt und eine drehkraftübertragende Verbindung zwischen Hülse und Fasermateriäl· biidet,b) Applying fibrous material bearing a non-solidified resin material to the mandrel and the sleeve so that it encompasses the pins and forms a torque-transmitting connection between the sleeve and the fiber material, c) das Harzmaterial· zum Erstarren bringt undc) solidifies the resin material and d) den Dorn entfernt.d) removed the mandrel. 6. Rohrförmige, faserverstärkte zusammengesetzte Weile, gekennzeichnet durch einen Welienkörper (12) mit einer Vieizahl von zu einem zusammenhängenden Stück verbundenen Lagen (30, 40, 42, 44) aus erstarrtem faserverstärktem Harzmaterial·, eine in wenigstens ein Ende des We^enkörpers (12) eingesetzte Meta^tu^se (14) und eine Viel·- zahl· von im wesentiichen spitzen Stiften (26) , die mit der Hüise (14) verbunden sind und von dieser nach außen6. Tubular, fiber-reinforced composite shaft, marked by a Welienkörper (12) with a plurality of connected to a coherent piece Layers (30, 40, 42, 44) made of solidified fiber-reinforced Resin material, one in at least one end of the body (12) used meta ^ tu ^ se (14) and a lot - number of essentially pointed pins (26) which are connected to the sleeve (14) and outward from it 030050/0755030050/0755 3020Q243020Q24 . ragen, wobei die Stifte (26) vom faserverstärkten Harz- · material des Wellenkörpers (12) so umfaßt sind, daß eine drehkraftubertragende Verbindung zwischen der Hülse (14) · und dem Wellenkörper (12) entstanden ist.. protrude, the pins (26) from the fiber-reinforced resin · material of the shaft body (12) are included that a torque-transmitting connection between the sleeve (14) and the shaft body (12) has arisen. 7. Welle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (26) an ihren Außenenden zugespitzt sind.7. Shaft according to claim 6, characterized in that the Pins (26) are pointed at their outer ends. 8. Welle nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (26) konisch geformt sind.8. Shaft according to claim 6 and 7, characterized in that the pins (26) are conical in shape. 9. Welle nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Längsrichtung äußerer Teil der Hülse (14) aus dem Wellenkörper (12) naqh außen ragt.9. Shaft according to claim 6 to 8, characterized in that a longitudinally outer part of the sleeve (14) protrudes from the shaft body (12) near the outside. 10. Welle nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Vielzahl von Faserschichten (32, 40, 42, 44) besteht, wobei wenigstens einige Schichten in gegenseitig verschiedenen Winkeln relativ zur Längsrichtung der : Welle (10) ausgerichtet sind.10. Shaft according to claim 6 to 9, characterized in that it consists of a plurality of fiber layers (32, 40, 42, 44) with at least some layers in one another different angles relative to the longitudinal direction of the: shaft (10) are aligned. 030050/0755030050/0755