DE4009031A1 - Hohlwelle aus faserverstaerktem kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Antriebswellen aus Faserkunststoffverbunden sind für die Automobilindu­ strie in vielerlei Hinsicht interessant. Sie besitzen alle Eigenschaften, um sie als Ersatz von Stahl- oder Aluminiumwellen sinnvoll erscheinen zu lassen. Ihre besondere Vorteile liegen in der Gewichtsersparnis, der Korrosionsfreiheit und den gegenüber Metallwellen besseren akustischen Eigenschaften. Problematisch ist jedoch die Drehmomenteinleitung in das durch die Faserstruktur stark anisotrope Material der Wellen. Die be­ kannten Anschlußmittel sind sehr komplex und können nur mit erheblichem Aufwand an den Wellen befestigt werden.

So erfordert beispielsweise die Herstellung der Anschlußverbindung für Faserkunststoffrohre gemäß der DE-A 30 07 896 die Einhaltung extrem enger Toleranzen. Zudem ist die Anschlußverbindung in Metallausführung ge­ staltet, so daß der Leichtbauvorteil des Faserkunststoffrohres teilweise wieder zunichte gemacht wird. Das Rohr und die Anschlußverbindung können auch nicht in einem einzigen Fertigungsschritt erstellt werden, sondern es ist ein separater Montagevorgang erforderlich.

Mit der Erfindung soll eine Hohlwelle ohne Metallteile geschaffen werden, bei der die Anschlußmittel für die Krafteinleitung im Zuge der Wellen­ fertigung entstehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Bei der erfindungsgemäßen Hohlwelle werden Verbindungselemente, beispiels­ weise Kreuzgelenke oder Gelenkscheiben, mittels Verschraubung an der Welle befestigt. Hierzu sind endseitig auf dem Wellenteil mehrere vorgefertigte Rohre umfänglich gleichmäßig verteilt. Die Rohre bestehen vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff und enthalten jeweils einen Spreizdübel.

Bei der Fertigung der Hohlwelle werden zunächst Faserlagen entsprechend ca. 2/3 der Wanddicke des Wellenteils auf einen Dorn gewickelt und die Rohre auf dem noch nicht ausgehärteten Material exakt plaziert. Mit dem weiteren Wickelvorgang werden die Rohre dann überwickelt und damit befestigt.

Nach dem Aushärten des Wellenteils und dem Abziehen vom Wickeldorn werden in die Rohre Spreizdübel eingesetzt, in die Schrauben zum Befestigen von Verbindungselementen (Kreuzgelenke, Flansche u. ä.) eingeschraubt werden können. Die Rohre sind so ausgelegt, daß sie den hohen Innendruck, der beim Einbringen der Schrauben vom Spreizdübel erzeugt wird, aufnehmen können. Die Kraftübertragung von der Hohlwelle auf die Verbindungselemente erfolgt primär über Reibschluß und nicht über eine Scherbeanspruchung der Schrauben. Hierzu müssen die Schrauben mit einem hohen Drehmoment angezogen werden.

Weiterhin läßt sich die Befestigung der Rohre auf dem Wellenteil ver­ bessern, wenn sie in einem Stützkörper, insbesondere in einem Stützkörper aus faserverstärktem Kunststoff eingebettet werden, da hierdurch das Hohlliegen der Rohre zwischen den gewickelten Faserlagen ausgeschlossen ist. Nach günstiger wirkt es sich aus, wenn um die Rohre Rovingschlaufen gelegt werden, die mit den Faserlagen verkleben.

Die erfindungsgemäße Hohlwelle ist einfach aufgebaut und in einem Arbeits­ schritt kostengünstig zu fertigen. Wuchtprobleme treten praktisch nicht auf. Durch die besondere Ausgestaltung und Anordnung der Anschlußmittel lassen sich auch Zug- und Druckkräfte übertragen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Hohlwelle gemäß den Fig. 1 und 2 besteht aus einem rohrförmigen Wellenteil (1) aus faserverstärktem Kunststoff, welches nach an sich bekannten Verfahren hergestellt ist, indem mit durch Strahlung oder Temperaturerhöhung härtbaren Kunststoffen oder mit thermoplastischen Kunststoffen getränktes Fasermaterial auf einen Dorn aufgewickelt wird.

Als durch Strahlung oder Temperaturerhöhung härtbare Kunststoffe können alle Kunstharze verwendet werden, die durch freie Radikale vernetzt werden können, wie z. B. ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, modifizierte Epoxyharze, modifizierte Polyurethanharze oder Mischungen dieser Harze. Außerdem können mit Erfolg auch Gemische dieser Harze mit damit mischpolymerisierbaren ungesättigten Monomeren verwendet werden.

Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind beispielsweise Polyether und Polythioether, z. B. Polyphenylenether, Polysulfon, Polyethersulfon, Poly­ etherimid, Polyetherketon sowie Mischungen dieser Thermoplaste.

Als Fasermaterialien kommen strang- oder bandförmige Gebilde aus natürlichen und synthetischen organischen Fasern, wie z. B. Aramid, Poly­ amid-, Polyesterfasern und dergleichen sowie aus anorganischen Fasern, z. B. Glasfasern, Kohlenstoffasern usw. in Betracht. Unter diesen sind Glasfasern und Kohlenstoffasern besonders bevorzugt. Glasfasern sind mit üblichen Schlichten behandelt, die z. B. einen Haftvermittler auf Silan- oder Chrombasis enthalten.

Das Fasermaterial ist mehr oder weniger stark zur Achse des rohrförmigen Wellenteils geneigt orientiert. Im allgemeinen beträgt der Wickelwinkel etwa ±12° bis etwa ±45°. Bei diesen Wickelwinkeln ergeben sich genügend hohe Torsionsfestigkeiten und genügend hohe Längsbiegesteifigkeiten.

Es werden zunächst Faserlagen entsprechend ca. 2/3 der Wanddicke des Wellenteils (1) auf einen Dorn gewickelt und dann die Anschlußmittel an wenigstens einem Ende des Wellenteils angebracht. Diese bestehen aus Rohren (2) und werden in umfänglich gleichmäßiger Verteilung in das noch nicht ausgehärtete Wickelaminat eingedrückt. Das dargestellte Ausführungs­ beispiel enthält drei Rohre, die jeweils in einem Stützkörper (4) einge­ bettet sind. Um eine gute Haftung zwischen Rohr und Stützkörper bzw. den anschließend aufgewickelten Faserlagen (3) zu gewährleisten wird die Ober­ fläche der Rohre aufgerauht, z. B. durch Entfernen eines Abreißgewebes, oder es können Schlaufen (9) um die Rohre gewickelt werden (Fig. 3a + 3b). Für eine kraft- und formschlüssige Verbindung ist die Rohroberfläche derart gewickelt, daß ein schraubenförmiges Profil entsteht. Auf diese Weise wird Verdrehung und axiale Verschiebung gesichert. Vor dem Aufwickeln der Faserlagen (3) wird neben jedem Rohr ein Stützkörper (4) ausgebildet und damit die Entstehung von Hohlräumen zwischen den Faserlagen vermieden. Nach dem Aushärten und Abziehen der Hohlwelle vom Wickeldorn und ggf. der Durchführung von Trennschnitten an den Wellenenden werden in die Rohre (2) Spreizdübel (5) eingesetzt.

Die Hohlwelle wird in einen Antriebsstrang montiert, indem sie an den anschließenden Flansch (6) angeschraubt wird. Die Zentrierung erfolgt über Paßschrauben (7), einen Bund (8) an den Spreizdübeln (5) oder über eine Innenzentrierung in dem Wellenteil (1).

Claims (3)

1. Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff mit einem rohrförmigen, aus gewickelten Faserlagen aufgebauten Wellenteil und vorgefertigten, an den Enden des Wellenteils dauerhaft festgelegten Anschlußmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmittel aus jeweils einen Spreizdübel (5) enthaltenden Rohren (2) bestehen und in umfänglich gleichmäßiger Verteilung an den Enden des Wellenteils (1) mittels gewickelter Faserlagen (3) befestigt sind.

2. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.

3. Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) in einem Stützkörper (4) aus faserverstärktem Kunststoff eingebettet sind.