DE69429911T2

DE69429911T2 - Antriebswelle

Info

Publication number: DE69429911T2
Application number: DE69429911T
Authority: DE
Inventors: Yukitane Kimoto; Yutaka Ochi; Yasuyuki Toyoda
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2014-11-30
Also published as: KR100317474B1; CA2155099A1; DE69429911D1; EP0683328A1; AU1077195A; KR960700417A; US20010001769A1; WO1995015444A1; ES2173164T3; EP0683328A4; EP0683328B1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich gemäß dem Oberbegriff in Anspruch 1 auf eine Antriebswelle für Automobile und dergleichen.

Hintergrund der Technik

Heutzutage ist die Gewichtsreduktion in Automobilen für die Treibstoffindustrie, den Umweltschutz etc. sehr gefragt. Die Verwendung von Antriebswellen aus faserverstärktem Kunststoff (FRP) wird als ein Mittel zur Erreichung dieses Ziels in Betracht gezogen, wobei manche dieser Antriebswellen bereits in der Praxis ihren Einsatz gefunden haben. Eine FRP-Antriebswelle dieser Art verfügt über einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP und Metallgelenke, die an die Enden dieses Hauptkörpers angefügt sind.
Eine Automobilantriebswelle, die dazu dient, das im Motor erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder zu übertragen, muss über eine Torsionsfestigkeit von etwa 100-400 kp.m verfügen. Weiters ist eine kritische Rotation von etwa 5.000 bis 15.000 U/min erforderlich, um Resonanz bei der Hochgeschwindigkeitsrotation zu vermeiden. Um diesen grundlegenden Erfordernissen zu entsprechen, werden verschiedene Parameter, so etwa Art, Menge und Richtung der Verstärkungsfasern, die geschichtete Struktur, der Innen- und Außendurchmesser sowie die Wandstärke, beim Design des Hauptkörpers, der aus FRP besteht, genau in Betracht gezogen.
So sind z. B. bei der Richtungsbestimmung der Verstärkungsfasern die folgenden Fakten mit einzubeziehen: hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt der Drehfestigkeit werden die Verstärkungsfasern am effektivsten in einem Winkel von ±45º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers angeordnet. Hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt der Drehknickfestigkeit beträgt der effektivste Winkel für die Anordnung der Verstärkungsfasern in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers ±80-90º. Unter dem Gesichtspunkt der kritischen Rotation sollten die Verstarkungsfasern in einer Richtung angeordnet werden, die möglichst nahe der axialen Richtung verlauft, um den Biege-Elastizitatsmodul zu erhöhen, um dadurch eine hohe Biegeresonanzfrequenz zu erreichen.
Somit hängt die effektivste Richtung zur Verstärkung von den grundlegenden in Betracht zu ziehenden Erfordernissen ab, so etwa der Drehfestigkeit oder der kritischen Rotation, was bedeutet, dass die Schichtstruktur durch die passende Kombination von Richtungen, die unter dem Gesichtspunkt der tatsächlichen Erfordernisse am besten geeignet sind, bestimmt wird Die Drehfestigkeit kann auch in Dimensionen wie etwa Außendurchmesser und Wandstärke beschrieben werden, so dass, wenn eine Antriebswelle konstruiert wird, erste Priorität normalerweise auf die kritische Rotation gelegt wird, die in hohem Maße von der Richtung der Verstarkungsfasern abhängt, weiters ist die Proportion dieser Schichten, in welchen die Verstarkungsfasern in einem kleinen Winkel in Bezug auf die Achse der Welle angeordnet sind, relativ groß Dies zieht jedoch folgende Probleme nach sich.
Sicherheitsgarantie für Passagiere im Falle eines Zusammenstoßes ist von nicht geringerer Bedeutung als Gewichtsreduktion Die derzeit vorherrschende Vorstellung im Automobildesign bezüglich der Sicherheitsgarantie besteht hauptsächlich in einer Körperstruktur, die für einen Zusammenstoß geeignet ist, wobei die Stoßenergie (Druckbelastung) zum Zeitpunkt des Zusammenstoßes von der Zerstörung des Körpers durch Druck absorbiert und dabei die rasche Beschleunigung, die auf die Passagiere wirkt, gemindert wird Es ist jedoch festzuhalten, dass die Festigkeit des Körpers der Antriebswelle, wenn diese in Einklang mit obiger Vorstellung, welche der kritischen Rotation absolute Pnoritat einräumt, konstruiert wird, in Bezug auf die axiale Druckbelastung bedeutsam erhöht werden muss Dies fuhrt zu einer Verschlechterung der Stoßenergie-absorbierenden Wirkung Somit fungiert die Antriebswelle als eine Art Verstrebung, wenn der Körper aufgrund eines Zusammenstoßes bricht und sich dieser Bruch in die Antriebswelle fortsetzt.
Zur Lösung dieses Problems schlagen das offengelegte japanische Patent Nr. 3-37416 und die DE-A-3.920.793 eine Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vor, in welcher die Gelenke sich axial entlang der Gelenksflächen zwischen dem Hauptkörper und diesen Gelenken bewegen dürfen und die Gelenke dabei den Hauptkörper zwingen, sich beginnend an seinen Enden bis zu seinem Bruch langsam auszudehnen, um schließlich die Antriebswelle zu Bruch zu bringen. Bei dieser herkömmlichen Antriebswelle ist es nötig, dass der Hauptkörper und die Gelenke durch dazwischen liegende, kompliziert geformte Zähne, ein Trennmittel etc. verbunden sind, um die Bewegung der Gelenke zu sichern, was in einer ziemlich komplizierten Struktur resultiert. Weiters ist auch ein kompliziertes Herstellungsverfahren nicht zu umgehen. Darüber hinaus sollten Gelenke in einer Antriebswelle dieser Konstruktion durch Presspassung angefügt werden, der Hauptkörper muss stark genug sein, der im Presspassungsprozess angewendeten Kraft stand zu halten. Die Wirkung einer derartig großen Kraft auf den Hauptkörper erschwert es aber dem Hauptkörper, sich durch die Druckbelastung auszuedehnen und zu brechen. Aus diesem Grund ist es ziemlich schwierig, gleichzeitig die oben angeführten grundlegenden Erfordernisse und die im Gegensatz dazu stehenden Erfordernisse, die mit Ausdehnung und Bruch zusammenhängen, zu erfüllen.
Das offengelegte japanische Patent Nr. 4-339022 offenbart eine Antriebswelle, in welcher bei Einwirkung einer axialen Druckbelastung die Gelenke dazu gebracht werden, sich entlang der Gelenksfläche zwischen dem Hauptkörper und diesen Gelenken zum Inneren des Hauptkörpers zu bewegen, wobei die Stoßenergie durch den Bewegungswiderstand absorbiert wird. In einer solchen Konstruktion ist es absolut nötig, dass die Außendurchmesser der Gelenke kleiner sind als die Innendurchmesser des Hauptkörpers, was die Konstruktionsfreiheit in diesem Zusammenhang einschränkt. Des Weiteren ist die Bewegung auf die Länge der Gelenke beschränkt, so dass der Effekt der Stoßenergieabsorption nicht sehr stark ist.
Aus diesem Grund können konventionelle Antriebswellen in Bezug auf gewisse grundlegende Erfordernisse nicht als gut ausgeglichen bezeichnet werden, so etwa Drehkraft, kritische Rotation etc. sowie die Sicherheitsgarantie für die Passagiere bei Zusammenstößen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Antriebswelle bereitzustellen, in welcher die oben angeführten Probleme in konventionellen Antriebswellen gelöst sind und welche im Falle eines Zusammenstoßes verlässlich einen Bruch verursachen, der sich in die Antriebswelle mit dem Bruch des Autokörpers fortsetzt, wodurch der Energieabsorbierende Effekt des Autokörpers voll zur Geltung kommen kann.
Um das oben angeführte Ziel zu erreichen, wird gemäß vorliegender Erfindung eine Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, welche durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 charakterisiert ist.
In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ist auch ein zweites Metallgelenk vorgesehen, welches an das andere Ende des Hauptkörpers angefügt ist, wobei der Hauptkörper eine zweite Unterschicht umfasst, die am anderen Ende des Hauptkörpers so ausgebildet ist, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden ist und innerhalb davon liegt, wobei das zweite Gelenk über einen Druckbelastung übertragenden Abschnitt verfügt, der so ausgebildet ist, dass er auf eine Grenzfläche zwischen Hauptschicht und zweiter Unterschicht eine Druckbelastung, die in axialer Richtung des zweiten Gelenks axial wirkt, konzentriert und somit den Hauptkörper und die zweite Unterschicht an dieser Grenzfläche voneinander trennt, worin das zweite Gelenk einen Sägezahneinschnitt auf einer Fläche des zweiten Gelenks umfasst, der sich in axialer Richtung davon erstreckt, und wobei eine Verbindung zwischen dem zweiten Gelenk und der zweiten Unterschicht durch Presspassung hergestellt wird.
In einer werteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Antriebswelle bereitgestellt, die einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP sowie Gelenke umfasst, die an das eine oder andere Ende des Hauptkörpers angefügt sind, wobei der Hauptkörper eine Hauptschicht umfasst, die sich über die gesamte Lange des Hauptkörpers erstreckt, sowie spiralförmig gewundene Verstarkungsfasern und Unterschichten, die am einen oder anderen Ende des Hauptkörpers so ausgebildet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, weiters umschnürte Verstarkungsfasern, wobei die am einen oder anderen Ende ausgeführten Gelenke jeweils mit einem Druckbelastung übertragenden Abschnitt ausgerüstet sind, der darauf ausgerichtet ist, eine Druckbelastung, die in axialer Richtung des Gelenks wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht und deren Unterschicht zu konzentrieren, um auf diese Weise die Hauptschicht und die Unterschicht auf dieser Grenzfläche voneinander zu trennen
In einer werteren bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Antriebswelle einen zylindnschen Hauptkörper aus FRP sowie Gelenke, die jeweils an das eine und das andere Ende dieses Hauptkörpers angefügt sind, wobei der Hauptkörper eine Hauptschicht umfasst, die sich über die Gesamte Lange desselben erstreckt, sowie Verstarkungsfasern, die spiralförmig in einem Winkel von ± 5-30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers gewunden sind, weiters Unterschichten, die am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers ausgebildet sind, so dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, und umschnürte Verstarkungsfasern, wobei die am einen oder anderen Ende des Hauptkörpers ausgeführten Gelenke jeweils mit einem Druckbelastung übertragenden Abschnitt ausgerüstet sind, der darauf ausgerichtet ist, eine Druckbelastung, die in axialer Richtung des Gelenks wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht und deren Unterschicht zu konzentrieren, um auf diese Weise die Hauptschicht und die Unterschicht auf dieser Grenzfläche voneinander zu trennen.
In den oben angeführten Konstruktionen ist es wünschenswert, dass der Druckbelastung übertragende Abschnitt über eine Neigung zur Gelenksfläche zwischen dem Gelenk und dem Hauptkörper hin abfallt oder dass sein äußerer Durchmesser nicht großer ist als der äußere Durchmesser der Unterschicht und er der äußeren Endfläche der Unterschicht gegenüber steht Beim Einrichten der vorstehenden Oberfläche ist es möglich, dass sich die vorstehende Oberfläche kontinuierlich um den Umfang des Gelenks herum erstreckt oder dass sie in eine Vielzahl von Teilen unterteilt ist Im Fall der ersteren Struktur wäre es erstrebenswert, die Außenendfläche des Hauptkörpers teilweise abzufasen.
In einer werteren Ausführungsform dieser Erfindung ist eine Antriebswelle vorgesehen, welche einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP umfasst sowie Gelenke aus Metall, die an das eine und das andere Ende dieses Hauptkörpers angefügt sind, wobei der Hauptkorper Folgendes umfasst
a) eine Hauptschicht, die sich über die gesamte Lange des Hauptkörpers erstreckt und spiralförmig in einem Winkel von ± 5-30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers gewundene Verstarkungsfasern, und
b) Unterschichten, die an dem einen und dem anderen Ende des Hauptkörpers so ausgerichtet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, und umschnürte Verstarkungsfasern umfassen, wobei die Gelenke am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers Folgendes umfassen
c) Gelenksflächen in Kontakt mit dem Innenumfang der Unterschichten, und
d) Druckbelastung übertragende Abschnitte, welche angrenzend an die Gelenksflachen liegen, wobei jeder einzelne darauf ausgerichtet ist, eine Druckbelastung, die axial in Richtung der Gelenke wirkt, auf die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht und der Unterschicht zu konzentrieren, um dadurch die Hauptschicht an dieser Grenzflache von der Unterschicht zu trennen, wobei jeder in Richtung zur jeweiligen Gelenksflache hin abfallt
In einer werteren bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung handelt es sich um eine Antriebswelle, welche einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP umfasst sowie Metallgelenke, welche an das eine und das andere Ende des Hauptkörpers angefügt sind, wobei der Hauptkörper Folgendes umfasst:
a) eine Hauptschicht, die sich über die gesamte Länge des Hauptkörpers erstreckt und spiralförmig in einem Winkel von ± 5-30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers gewundene Verstärkungsfasern; und
b) Unterschichten, die an dem einen und dem anderen Ende des Hauptkörpers so ausgerichtet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, und umschnürte Verstärkungsfasern umfassen,
wobei die Gelenke am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers Folgendes umfassen:
c) Gelenksflächen in Kontakt mit dem Innenumfang der Unterschichten; und
d) Druckbelastung übertragende Abschnitte, welche angrenzend an die Gelenksflächen liegen, wobei jeder einzelne darauf ausgerichtet ist, eine Druckbelastung, die axial in Richtung der Gelenke wirkt, auf die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht und der Unterschicht zu konzentrieren, um dadurch die Hauptschicht an dieser Grenzfläche von der Unterschicht zu trennen, wobei diese Abschnitte jeweils über eine vorstehende Oberfläche verfügen, deren Außendurchmesser nicht größer ist als der Außendurchmesser der Unterschichten und die der Außenendfläche der jeweiligen Unterschicht gegenüber stehen. In diesem Fall können sich die aufrechten Flächen auch ringartig um den Umfang der Gelenke herum erstrecken, es kann aber auch eine Vielzahl aufrechter Flächen um den Umfang herum angeordnet sein. Im Fall der ersteren Ausführungsform wäre es wünschenswert, die Außenendflächen des Hauptkörpers vorher teilweise abzufasen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung sieht eine Antriebswelle vor, die einen zylindrischen Hauptkörper und ein Gelenk, das an ein Ende des Hauptkörpers angefügt ist, umfasst, wobei der Hauptkörper eine Hauptschicht umfasst, die sich über die gesamte Länge desselben erstreckt und eine Unterschicht, die am Ende des Hauptkörpers so ausgebildet ist, dass sie mit diesem einstückig verbunden ist und innerhalb der Hauptschicht liegt, wobei das Gelenk mit Keilmitteln ausgestattet ist, die eine Druckbelastung, die in die axiale Richtung des Gelenkes wirkt, auf die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht und der Unterschicht richten und dadurch die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander trennen.
Eine andere Ausführungsform umfasst eine Antriebswelle mit einem zylindrischen Hauptkörper aus FRP und Gelenke, die an das eine und das andere Ende dieses Hauptkörpers angefügt sind, wobei der Hauptkörper eine Hauptschicht umfasst, die sich über die gesamte Länge desselben erstreckt, sowie eine Unterschicht, die an einem Ende des Hauptkörpers so ausgebildet ist, dass sie mit diesem einstückig verbunden ist und innerhalb der Hauptschicht liegt, wobei das Gelenk am vorher angeführten einen Ende mit Keilmitteln ausgestattet ist, die eine Druckbelastung, die in die axiale Richtung des Gelenks wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Haupt- und Unterschicht richten, wodurch die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander getrennt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform handelt es sich um eine Antriebswelle, die einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP und Gelenke, die am einen und anderen Ende des Hauptkörpers angefügt sind, umfasst, wobei der Hauptkörper eine Hauptschicht, die sich über die gesamte Länge desselben erstreckt, und spiralförmig gewundene Verstärkungsfasern umfasst, wobei Unterschichten am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers so ausgebildet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, wobei die Gelenke am einen und am vorher erwähnten anderen Ende mit Keilmitteln ausgestattet sind, die eine Druckbelastung, die axial in Richtung der Gelenke wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht und Unterschichten richten, um dadurch die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander zu trennen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Antriebswelle vorgesehen, die einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP und Gelenke, die am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers angefügt sind, umfasst, wobei der Hauptkörper eine Hauptschicht umfasst, die sich über die gesamte Länge desselben erstreckt, und spiralförmig in einem Winkel von ± 5-30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers gewundene Verstarkungsfasern, sowie Unterschichten, die am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers so ausgebildet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, und umschnürte Verstarkungsfasern, wobei die Gelenke am einen und am zuvor erwähnten anderen Ende mit Keilmitteln ausgestattet sind, die eine Druckbelastung, die axial in Richtung der Gelenke wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht und Unterschichten richten, um dadurch die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander zu trennen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird eine Antriebswelle bereitgestellt, welche einen zylindrischen Hauptkörper aus FRP umfasst sowie Gelenke aus Metall, die an das eine und das andere Ende dieses Hauptkörpers angefügt sind, wobei der Hauptkörper Folgendes umfasst
a) eine Hauptschicht, die sich über die gesamte Lange des Hauptkörpers erstreckt, und spiralförmig in einem Winkel von ± 5-30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers gewundene Verstarkungsfasern, und
b) Unterschichten, die an dem einen und dem anderen Ende des Hauptkörpers so ausgerichtet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen, und umschnürte Verstarkungsfasern umfassen, und die Gelenke am einen und am anderen Ende des Hauptkörpers, welche umfassen
c) Gelenksflächen in Kontakt mit dem Innenumfang der Unterschichten, und
d) Keilmittel, welche angrenzend an die Gelenksflächen liegen, wobei jedes einzelne darauf ausgerichtet ist, eine Druckbelastung, die axial in Richtung der Gelenke wirkt, auf die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht und der Unterschicht zu konzentrieren, um dadurch die Hauptschicht an dieser Grenzfläche von der Unterschicht zu trennen, wobei ihre vorderen Enden der Grenzfläche zwischen Hauptschicht und Unterschichten gegenüber stehen.
Die zuvor erwähnten Keilmittel weisen einen ringartigen Keil, der sich entlang der Grenzfläche zwischen Hauptschicht und Unterschicht erstreckt, oder eine Vielzahl von Keilen, die entlang der Grenzfläche angeordnet sind, auf.
In den oben angeführten Konstruktionen wird die Verbindung zwischen Hauptkörper und Gelenken durch Presspassung hergestellt. Die Gelenke verfügen über einen Sägezahneinschnitt, welcher sich in axialer Richtung derselben auf der Verbindungsfläche zwischen Gelenken und Hauptkörper erstreckt. Weiters ist es wünschenswert, den Hauptkörper mit einem Dämpfer auszustatten.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, welche den wesentlichen Teil der Antriebswelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grafisch wiedergibt;
Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, eines in der in Fig. 1 gezeigten Antriebswelle verwendeten Gelenks;
Fig. 3 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des wesentlichen Teils der in Fig. 1 dargestellten Antriebswelle, die aufzeigt, wie ein Bruch sich in die Antriebswelle fortsetzt;
Fig. 4 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des wesentlichen Teils einer Antriebswelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des wesentlichen Teils der in Fig. 4 dargestellten Antriebswelle, die aufzeigt, wie ein Bruch sich in die Antriebswelle fortsetzt;
Fig. 6 ist eine schematische, leicht perspektivische Ansicht des wesentlichen Teils der Antriebswelle mit einem nicht gebrochen Ende, das ein Gelenk, das sich von dem in Fig. 2 gezeigten unterscheidet, umfasst;
Fig. 7 ist eine schematische Vorderansicht des wesentlichen Teils der Antriebswelle mit einem nicht gebrochenen Ende, wobei die Konfiguration des Hauptkörpers sich von der der in Fig. 4 abgebildeten unterscheidet;
Fig. 8 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des wesentlichen Teils einer Antriebswelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, eines in der Antriebswelle aus Fig. 8 verwendeten Gelenks;
Fig. 10 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des wesentlichen Teils der in Fig. 8 dargestellten Antriebswelle, die aufzeigt, wie sich ein Bruch in die Antriebswelle fortsetzt;
Fig. 11 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des als solcher nicht durch Anspruch 1 abgedeckten Teils einer Antriebswelle gemäß einer Ausführungsform des Gelenks, das an das nicht gebrochene Ende der Antriebswelle, welche als solche nicht durch Anspruch 1 abgedeckt ist, angefügt ist;
Fig. 12 ist eine schematische Vorderansicht, teilweise im Längsschnitt, des wesentlichen Teils eines Hauptkörpers mit einer Unterschicht, welche eine andere Konfiguration aufweist;
Fig. 13 ist ein schematischer Querschnitt des wesentlichen Teils eines Dämpfers, der in der Antriebswelle dieser Erfindung seine Anwendung findet;
Fig. 14 ist eine schematische Seitenansicht der gesamten Konfiguration des in Fig. 13 abgebildeten Dämpfers; und
Fig. 15 ist ein schematischer Querschnitt des wesentlichen Teils eines Dämpfers, der sich von dem in Fig. 13 abgebildeten unterscheidet.

Beste Ausführungsweise der Erfindung

Diese Erfindung wird nun detaillierter in Bezug auf eine Ausführungsform derselben beschrieben. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Antriebswelle mit einem zylindrischen Hauptkörper 1 aus FRP, das durch Verstärkung eines härtbaren Harzes, wie z. B. Epoxidharz, Polycarbonat-Harz oder Polyetherimid-Harz, durch Verstärkungsfasern mit hoher Festigkeit und hohem Elastizitätsmodul, wie z. B. Kohlefasern, Glasfasern oder Polyaramid-Fasern, gewonnen wird. Metallgelenke 2 werden an das eine und das andere Ende des Hauptkörpers durch Presspassung angefügt. Diese Antriebswelle ist in Bezug auf die Längsrichtung über deren Halbierungspunkt symmetrisch.
Der Hauptkörper 1 verfügt über eine Hauptschicht 1a mit einem einheitlichen Innendurchmesser, der sich über die gesamte Länge desselben erstreckt, und umfasst Verstärkungsfasern, die spiralförmig in einem Winkel von ± 5-30º in Bezug auf die axiale Richtung gewunden sind, sowie Unterschichten (Schichten, in welchen Verstärkungsfasern in einem Winkel von ± 80-90º in Bezug auf die axiale Richtung angeordnet sind) 1b, die an den Enden des Hauptkörpers 1 so ausgebildet sind, dass sie mit der Hauptschicht einstückig verbunden sind und innerhalb davon liegen und umschnürte Verstärkungsfasern umfassen. Die Hauptschicht 1a dient hauptsächlich dazu, den Biege-Elastizitätsmodul in der axialen Richtung des Hauptkörpers 1 zu verbessern, um somit Biegungsresonanzfrequenz, kritische Rotation und Drehfestigkeit der Antriebswelle zu erhöhen. Die Unterschichten 1b dienen hauptsächlich dazu, den Enden des Hauptkörpers 1, an welchen die Gelenke durch Presspassung angefügt sind, eine Festigkeit zu verleihen, die ausreicht, um der Kraft, die während der Presspassung angewendet wird, standzuhalten, um dabei das Fortsetzen eines Bruchs, wie dies nachfolgend beschrieben wird, zu vermeiden, sowie die Drehkraft von den Gelenken 2 auf den Hauptkörper 1 zu übertragen. Der Hauptkörper 1 kann z. B. nach einem Faserwickelverfahren ausgebildet werden.
Das heißt, ein Bündel aus mit Harz imprägnierten Verstärkungsfasern wird an einem Ende eines Dorns aufgewickelt, um eine Unterschicht einer gewünschten Dicke und in einer gewünschten Länge zu erzeugen, daraufhin wird das Bündel aus mit Harz imprägnierten Verstärkungsfasern, wie es ist, an das andere Ende des Dorns gepasst, um dort am anderen Ende in einer ähnlichen Art und Weise eine Unterschicht auszubilden. Im Anschluss daran wird ein Bündel aus mit Harz imprägnierten Verstärkungsfasern spiralförmig gewunden, während das Bündel aus mit Harz imprägnierten Schichten zwischen dem einen und dem anderen Ende hin und her bewegt wird, so dass sich eine Hauptschicht mit einer erwünschten Dicke ausbildet. Ist die Ausbildung der Hauptschicht abgeschlossen, ist es möglich, die Hauptschicht mit einer Schicht eines Bündels mit Harz imprägnierter Verstärkungsfasern zu umschnüren, wobei überschüssiges Harz ausgepresst wird, um den Volumsgehalt der Verstärkungsfasern zu erhöhen, wodurch auch die verschiedenen Arten von Festigkeit, Elastizitätsmodul etc. des Hauptkörpers noch zusätzlich verbessert werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Schichten kontinuierlich auszubilden, ohne das Bündel Verstärkungsfasern während des Vorgangs abzuschneiden, Nach der Bildung der Schichten wird das Harz gehärtet oder verfestigt, wobei eine Rotation der Schichten währenddessen bevorzugt wird. Daraufhin wird der Dorn herausgezogen, und es ergibt sich dadurch der Hauptkörper.
Jedes Gelenk 2 steht sich in Kontakt mit der Innenseite der Unterschicht 1a und verfügt über eine Verbindungsfläche 2a, die etwas kürzer als die entsprechende Unterschicht 16 ist. Der Außendurchmesser dieses Gelenkabschnitts, an welchem die Verbindungsfläche 2a ausgebildet wird, ist etwas größer als der Innendurchmesser des Hauptkörpers 1 vor der Presspassung. Somit wird, wenn das Gelenk 2 in die Verbindungsfläche 2a des Gelenks gezwungen wird, eine Druckbelastung auf die Verbindungsfläche 2a des Gelenks sowie eine Umfangs-Zugspannung auf den Hauptkörper ausgeübt. Durch diese Druckbelastung sowie die Umfangs-Zugspannung werden der Hauptkörper 1 und die Gelenke 2 fest miteinander verbunden. An jedem Ende des Hauptkörpers gibt es innen eine Unterschicht 16 sowie eine Hauptschicht 1a an der Außenseite, so dass die im Hauptkörper als Resultat der Presspassung entstandene Umfangs-Zugspannung hauptsächlich von der Unterschicht 1b getragen wird. Die Verformung des Hauptkörpers 1 ist am Innenumfang am größten und schwächt sich zum Außenumfang hin ab. Aufgrund der verschnürten Verstärkungsfasern verfügt die Unterschicht, welche sich innerhalb der Hauptschicht 1a befindet, über eine relativ hohe Zugbruchduktilität, während die Hauptschicht 1a eine relativ geringe Zugbruchduktilität aufweist, was darin resultiert, dass sich die Verbindung in einem relativen effektiven Zustand befindet.
Je größer der Unterschied zwischen Außendurchmesser dieses Abschnitts des Gelenks 2, an welchem die Verbindungsfläche 2a ausgebildet wird, und dem Innendurchmesser des Hauptkörpers 1 vor der Verbindung, d. h. vor der Presspassungsgrenze, ist, desto größer ist auch die Verbindungskraft, die man erhält, und desto stärker verbessert sich auch die Drehfestigkeit. Je größer dieser Unterschied ist, um so besser ist dies für die Übertragung der Drehleistung. Die verbindende Kraft variiert auch mit der Flächengröße, der Flächenbeschaffenheit etc. der Verbindungsfläche 2a. Für gewöhnlich wird das Verhältnis der Presspassungsgrenze zum Innendurchmesser des Hauptkörpers 1 innerhalb eines Bereichs zwischen 0,001-0,02 bestimmt, und die Länge der Verbindungsfläche 2a, gemessen entlang der axialen Richtung des Hauptkörpers 1, wird mit nicht weniger als 1/10 des Innendurchmessers des Hauptkörpers 1 festgelegt. Wie in Fig. 2 dargestellt ist auch ein Sägezahneinschnitt 2e vorgesehen, der sich entlang der axialen Richtung des Gelenks erstreckt. Des Weiteren wäre es zweckdienlich, die verbindenden Kräfte zu erhöhen, die Presspassung durch Verbesserung der Gleitung zu erleichtern, den Spalt zwischen der Verbindungsfläche 2a und der Innenfläche der Unterschicht 1b zu füllen, oder die Verbindungsfläche 2a mit Klebemittel zu bedecken, um die Verbindungsfläche 2a vor Atmosphärenluft zu schützen.
Das oben erwähnte Gelenk 2 umfasst eine ringartige Auskragung 2b, dessen Außendurchmesser etwas größer als der Innendurchmesser des Hauptkörpers 1 ist, sowie eine Neigung 2c, die von dieser Auskragung 2b zur Verbindungsfläche 2a hin abfällt. Die Auskragung 2b und die Neigung 2c stellen einen Druckbelastung übertragenden Abschnitt dar, welcher eine Druckbelastung, die in axialer Richtung des Gelenks 2 wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht 1a und Unterschicht 1b richtet, um somit die Hauptschicht 1a und die Unterschicht 1b voneinander zu trennen. Wünschenswerterweise liegt der Winkel, den die Neigung 2c mit dem Hauptkörper 1 ausbildet, zwischen 15-45º.
Richtet man eine axiale Druckbelastung auf die oben beschriebene Antriebswelle, so wird das Gelenk 2 gegen den Hauptkörper 1 gepresst, wodurch sich der Hauptkörper 1 unter der Wirkung der Neigung 2c auf die Auskragung 26 zwangsweise ausdehnt und somit eine Umfangs-Zugspannung erzeugt wird. Während die Unterschicht 1b, die innerhalb liegt, aufgrund ihrer hohen Zugbruchduktilität intakt bleibt, erfährt die Hauptschicht 1a, die außerhalb liegt, aufgrund ihrer relativ niedrigen Zugbruchduktilität einen Bruch. Dieser Bruch löst ein zwischenschichtiges Abblättern zwischen der Hauptschicht 1a und der Unterschicht 1b aus, d. h. die Hauptschicht 1a und die Unterschicht 1b werden voneinander getrennt. Von diesem Stadium an setzt sich der Bruch rapide fort. Die Unterschicht 1b, die an das Gelenk 2 angefügt ist, erfährt jedoch keinen Bruch, sondern bewegt sich axial durch den Hauptkörper 1, während sie die Hauptschicht 1a mit dem Gelenk 2 zerstört, während sie sich entlang bewegt.
Auf diese Weise wird durch den Bruch der Hauptschicht 1a die Axialenergie absorbiert. Der anfängliche Bruch des Hauptkörpers 1 wird durch die Neigung 2c des Gelenks 2 induziert, und die Auskragung 2c dehnt die Hauptschicht 1a zwangsweise aus. Unter diesem Gesichtspunkt liegt der Winkel, den die Neigung 2c in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers ausbildet, wünschenswerterweise zwischen 15-45º, wie schon zuvor ausgeführt.
Fig. 4 zeigt eine Antriebswelle gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung. In dieser Ausführungsform entspricht der Neigung 2c der ringartigen Auskragung 2b, wie in Fig. 1 dargestellt, eine vorstehende Oberfläche 2d, die der äußeren Axialendfläche der Unterschicht 1b gegenüber steht. Der Außendurchmesser der Auskragung 2b ist gleich dem der Unterschicht 1b. In dieser Antriebswelle, in welcher die Auskragung 2b und die vorstehende Oberfläche 2d einen Druckbelastung übertragenden Abschnitt ausbilden, wird eine Druckbelastung, die axial ausgerichtet ist, auf die Unterschicht 1b von der vorstehenden Oberfläche 2d, die dieser gegenüber steht, übertragen und daraufhin weiter auf die Hauptschicht 1a übertragen.
Aus diesem Grund wirkt, obwohl die Hauptschicht 1a einer Druckdeformation ausgesetzt wird, eine Scherbeanspruchung, die die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten zerstört, auf diese Grenzfläche, und zwar aufgrund des großen Unterschied in der Poissonschen Konstante zwischen der Hauptschicht 1a und der Unterschicht 16. Diese Beanspruchung, mit der durch die Druckbelastung zwischen den beiden Schichten erzeugten Scherbeanspruchung und der durch das Presspassen des Gelenks 2 erzeugten Zugspannung, ergibt eine Beanspruchung in zwei Richtungen, unter welcher die Grenzfläche bricht und davon ausgehend sich der Bruch der Hauptschicht 1a, wie in Fig. 5 dargestellt, fortsetzt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich aber von der oben beschriebenen Ausführungsform in der Weise, dass hier die Unterschicht 1b sich bewegt, während sie zwangsweise die Hauptschicht 1a ausdehnt, während die Auskragung 2b nichts zu dieser Ausdehnung beiträgt. Denselben Effekt kann man dadurch erzielen, dass man den Außendurchmesser der Auskragung 2b kleiner ausführt als den der Unterschicht 1b. Die vorstehende Oberfläche 2d kann an die äußere Axialendfläche der Unterschicht 1b angrenzen, dies muss aber nicht der Fall sein.
In der in Fig. 4 und 5 abgebildeten Ausführungsform ist es auch möglich, wie in Fig. 6 gezeigt, dass die Auskragung 2b aus einer Vielzahl von Auskragungen besteht, die um den Umfang herum auf dem Gelenk 2 angeordnet sind, um als Ganzes eine ringartige Konfiguration zu ergeben. Weiters, wie in Fig. 7 gezeigt, ist es auch möglich, die Außenendfläche des Hauptkörpers, die gegenüber der Auskragung 2b liegt, teilweise abzufasen. Dies lokalisiert die Beanspruchung, die auf die Unterschicht 1b wirkt, wenn die axiale Druckbelastung auf das Gelenk 2 in der axialen Richtung derselben gerichtet ist. Weiters wird auch die Scherbeanspruchung, die auf die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht 1a und die Unterschicht 1b wirkt, lokalisiert, was dazu führt, dass ein zwischenschichtiges Abblättern oder ein Bruch verursacht und dessen Fortsetzung in einer verlässlichen Form ausgelöst wird. Dies führt in weiterer Folge dazu, dass die Unabhängigkeit in Bezug auf die Anfangsbelastung für ein Abblättern oder einen Bruch erhöht wird.
Die Fig. 8 und 9 stellen eine Antriebswelle nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung dar. In dieser Ausführungsform ist der Hauptkörper 1 als eine Komponente ausgebildet, die mit der vorher beschriebenen Ausführungsformen völlig identisch ist, während die Konstruktion des Druckbelastung übertragenden Abschnitts des Gelenks 2 von jener in den zuvor angeführten Ausführungsformen abweicht.
Das Gelenk 2 weist eine ringartige Auskragung 2b auf, die angrenzend an die Verbindungsfläche 2a liegt und über einen etwas größeren Außendurchmesser als den Innendurchmesser des Hauptkörpers 1 verfügt. Auf dieser ringartigen Auskragung 2b ist ebenso ein ringartiger Keil 2f ausgebildet, dessen Spitze sich gegenüber der Grenzfläche zwischen Hauptschicht 1a und Unterschicht 1b befindet. Die Auskragung 2b und der Keil 2f bilden ein Keilmittel, das eine Druckbelastung, die in axialer Richtung des Gelenks 2 wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht 1a und Unterschicht 16 lenkt und dadurch die Hauptschicht 1a und die Unterschicht 1b an dieser Grenzfläche voneinander trennt. Anstelle eines ringartigen Keils ist auch eine Ausstattung mit einer Vielzahl an Keilen möglich, die in gleichen Abständen entlang der Grenzfläche zwischen den Schichten angeordnet sind. Der Keil kann einseitig oder zweiseitig ausgeführt sein. Wie jedoch in den Fig. 8 und 9 ersichtlich, ist eine einseitige Struktur, in welcher die Seite über einen externen Umfang verfügt, vorzuziehen. Wünschenswerterweise bildet die Seite in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers 1 einen Winkel im Bereich zwischen 15º und 45º aus.
Bei Wirkung einer axialen Druckbelastung auf die vor beschriebene Antriebswelle wird das Gelenk 2 gegen den Hauptkörper 1 gepresst, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, und der Keil 2f wird in die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht 1a und der Unterschicht 1b getrieben. Wurde der Keil in die Grenzfläche zwischen der Hauptschicht 1a und der Unterschicht 1b getrieben, so entwickelt sich in der Hauptschicht 1a durch den Keileffekt eine Umfangs-Zugspannung. Da die Zugbruchduktilität der Hauptschicht 1a geringer als die der Unterschicht 1b ist, erfährt nur die Hauptschicht 1a einen Bruch, und zwischen der Hauptschicht 1a und der Unterschicht 16 tritt ein zwischenschichtiges Abblättern auf, d. h. die Hauptschicht 1a und die Unterschicht 1b werden voneinander getrennt. Wurde dieser Zustand erreicht, so setzt sich der Bruch der Hauptschicht 1a rasch fort. Die Unterschicht 16, die an das Gelenk 2 angefügt ist, erfährt jedoch keinen Bruch, sondern bewegt sich axial durch den Hauptkörper 1, während sie die Hauptschicht 1a mit dem Gelenk 2 zerstört, während sie sich entlang bewegt.
Auf diese Weise wird durch den Bruch der Hauptschicht 1a die Axialenergie absorbiert. Der anfängliche Bruch des Hauptkörpers 1 wird durch den Keil 2f des Gelenks induziert, und die Auskragung 2c dehnt die Hauptschicht 1a aus. Unter diesem Gesichtspunkt liegt der Winkel, den der Keil 2f mit der axialen Richtung des Hauptkörpers 1 ausbildet, wünschenswerterweise zwischen 15º und 45º.
In den vorab beschriebenen Ausführungsformen ist der Hauptkörper ist in Bezug auf dessen Längsrichtung über den Halbierungspunkt symmetrisch. Diese sollte jedoch nicht restriktiv konstruiert werden, da, wie nachfolgend beschrieben wird, es nicht immer notwendig ist, dass sich der Bruch des Hauptkörpers simultan von beiden Enden desselben fortsetzt. Obwohl dies vom Verfahren, in welchem die Gelenke angefügt werden, abhängig ist, besteht dennoch die Möglichkeit, eine Konstruktion anzunehmen, in welcher eines der beiden Enden über keine Unterschicht verfügt.
Weiters weisen die oben beschriebenen Gelenke einen Sägezahneinschnitt im Verbindungsabschnitt auf. Solch eine Verbindung kann an den Hauptkörper noch fester angefügt werden, was unter dem Gesichtspunkt der Übertragung von Drehleistung vorteilhaft erscheint.
Obwohl das Gelenk mittels Presspassung angefügt wird, ist es weiters möglich, ein Verbindungsverfahren zum Einsatz zu bringen, in welchem das Presspassen mit einem Kleber kombiniert wird.
In den oben beschriebenen Antriebswellen ist das Gelenk, das an ein Ende des Hauptkörpers angefügt wird, dasselbe, das mit dem anderen Ende des Hauptkörpers verbunden wird, d. h. dass diese Antriebswellen über den Halbierungspunkt in Bezug auf die Länge symmetrisch sind. Obwohl dies insofern vorteilhaft ist, als die Anzahl der Teilearten relativ gering ist, besteht ferner die Möglichkeit, ein Gelenk vorzusehen, das über keinen Druckbelastung übertragenden Abschnitt am anderen Ende des Hauptkörpers verfügt, da dies nicht unbedingt notwendig ist, damit sich der Bruch des Hauptkörpers simultan von beiden Enden desselben fortsetzt. Darüber hinaus, wie in Fig. 11 gezeigt, kann das Gelenk am anderen Ende des Hauptkörpers so ausgebildet sein, dass, obwohl es, als Ganzes gesehen, eine ähnliche Konfiguration zu der in Fig. 4 dargestellten aufweist, über eine Auskragung 2b verfügt, deren Außendurchmesser nicht kleiner ist als der des Hauptkörpers 1, und eine dadurch ausgebildete vorstehende Oberfläche 2d, deren Außenendflächen sowohl der Hauptschicht 1a wie auch der Unterschicht 16 gegenüber stehen. In diesem Fall übt die vorstehende Oberfläche 2d die Funktion eines Stoppers beim Presspassen wie auch einer Auflagerfläche zur Aufnahme der auf den Hauptkörper gerichteten Druckbelastung aus. In einigen Fällen kann kein Gelenk an das andere Ende des Hauptkörpers angefügt werden, statt dessen wird ein Gelenk über einen Flansch oder dergleichen mit dem Hauptkörper verbunden.
Unter dem Gesichtspunkt, dass sich der Bruch im Hauptkörper, wie vor beschrieben, fortsetzt, wäre es wünschenswert, die Unterschicht 1b derart auszubilden, dass ihr innerer Endabschnitt, der gegenüber des äußeren Endabschnitts positioniert ist, über eine keilförmige Längsschnitt-Konfiguration, z. B. wie in Fig. 1, verfügt. Wie in Fig. 12 dargestellt ist es auch für die Dicke der Unterschicht wünschenswert, dass sie von der axialen Außenendfläche zur axialen Innenendfläche hin stetig abnimmt.
Um Schwingungen, Lärm etc. bei der Verwendung in einem weitläufigen Frequenzbereich zu unterdrücken, ist es weiters empfehlenswert, einen eingebauten Dämpfer innerhalb des Hauptkörpers vorzusehen. Fig. 13 gibt ein Beispiel eines solchen Dämpfers. Der Dämpfer 3, der aus dickem Papier, Kunststofffilm, nicht-gewebtem Stoff aus Kunstfasern oder dergleichen gebildet wird, beinhaltet eine Vielzahl an Reibungseingriffsabschnitten 3a, die entlang der Innenumfangsfläche des Hauptkörpers angeordnet sind, einen zylindrischen Halteabschnitt 3a, der von der Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 1 in Abstand gehalten wird, sowie einen gewellten elastischen Stützabschnitt 3c, der zurückspringend die Reibungseingriffsabschnitte 3a stützt, indem er sie gegen die Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 1 presst. Wie in Fig. 14 als Ganzes abgebildet, ist der Dämpfer als ein zylindrischer Körper ausgebildet, der sich tendenziell in die durch die Pfeile gekennzeichneten Richtungen ausdehnt. Der Dämpfer ist in den Hauptkörper in einer Art und Weise eingebaut, dass die Reibungseingriffsabschnitte 3a verschiebbar über den elastischen Stützabschnitt 3c auf der Innenumfangsfläche des Hauptkörpers gehalten und gegen diesen gepresst werden. Fig. 15 gibt ein weiteres Beispiel eines Dämpfers. In diesem Dämpfer 3 fungieren die Scheitelabschnitte des gewellten elastischen Stützabschnitts 3c auch als Reibungseingriffsabschnitte 3a, wie dies in den Dämpfern der Fig. 13 und 14 gezeigt wird.

Beispiel 1

Der Hauptkörper wird nach einem Faserwickelverfahren hergestellt. Dies bedeutet, dass sechs Bündel Kohlefasern (mittlerer Durchmesser einer einzelnen Faser: 7 um, Anzahl der einzelnen Fasern: 12.000, Zugfestigkeit: 360 kp/mm² (1 kp = 9,81 N), Biege-Elastizitätsmodul: 23.500 kp/mm²) in einer geeigneten Weise angeordnet und mit Bisphenol-A- Epoxidharz, das einen Härter und einen Härtungsbeschleuniger enthält, imprägniert wurden, wobei die Bündel um einen Dorn mit einem Außendurchmesser vom 70 mm und einer Länge von 1.300 mm gewickelt wurden. Zu Beginn wurden acht Schichten an einen Endabschnitt mit einer Lange von 100 mm gewickelt, um einen Winkel von ± 80º in Bezug auf die axiale Richtung zu erreichen, um dadurch eine Unterschicht mit einer Dicke von 2,5 mm auszubilden Danach wurde die Prozedur am anderen Ende durchgefuhrt, um eine ähnliche Unterschicht am anderen Endabschnitt auszubilden, anschließend wurden vier Schichten über die gesamte Lange des Dorns in einem Winkel von ± 15º in Bezug auf die axiale Richtung gewickelt, um auf diese Weise eine Hauptschicht mit einer Dicke von 2,5 mm zu erzeugen Weiters wurde eine Schicht über die gesamte Lange des Dorns in einem Winkel von -80º in Bezug auf die axiale Richtung umschnürt.
Im Anschluss daran wurde Epoxidharz für 6 Stunden auf eine Temperatur von 180º erhitzt, um dadurch das Epoxidharz wahrend Rotation des Dorns zu harten Daraufhin wurde der Dorn herausgezogen und jeder Endabschnitt mit einer Lange von 50 mm wurde abgeschnitten und entfernt, wodurch man einen Hauptkörper 1, wie in Fig. 1 gezeigt, erhielt, dessen Endabschnitt einen Außendurchmesser von 80 mm umfasste sowie eine Unterschicht mit einem Außendurchmesser von 75 mm, einem Innendurchmesser von 70 mm und einer Lange von 1.200 mm.
Als nächstes wurde ein Metallgelenk 2, wie in Fig. 2 abgebildet, dessen Verbindungsfläche 2a einen Sägezahnemschnitt, einen Außendurchmesser von 70,5 mm und eine Lange von 40 mm aufwies, dessen Auskragung 2b einen Außendurchmesser von 80 mm umfasste, und dessen Neigung 2c einen Winkel von 30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers 1 bildete, an jedes Ende des oben angeführten Hauptkörpers durch Presspassen angefügt, wodurch sich eine Antriebswelle gemäß dieser Erfindung, wie in Fig. 1 dargestellt, ergab Der erforderliche Kraftaufwand für das Presspassen betrug 7.000 kp.
Im folgenden Schritt wurde die Antriebswelle einem Drehtest unterzogen Die Drehleistung der Antriebswelle wurde mit 350 kp.m, die kritische Rotation mit 8.000 U/min festgestellt, welche sich beide als ausreichend für eine Antriebswelle in einem Automobil bewiesen.
Bei Wirkung von axialer Druckbelastung auf die Antriebswelle wurden die Hauptschicht und die Unterschicht bei 10.000 kp voneinander getrennt, wodurch ein Bruch der Hauptschicht ausgelöst wurde. Nach dem Bruch fand ein fortschreitender Bruch, wie in Fig. 3 dargestellt, bei einer Belastung von 3.000 kp statt.

Beispiel 2

Eine Antriebswelle, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, wurde in derselben Art und Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, wenngleich ein Gelenk verwendet wurde, dessen Auskragung 2b einen Außendurchmesser von 75 mm hatte, welcher gleich dem der Unterschicht 1b war.
In einem Drehtest stellte man fest, dass die Antriebswelle eine Drehleistung von 350 kp.m und eine kritische Rotation von 8.000 U/min aufwies, welche sich beide als ausreichend für eine Antriebswelle in einem Automobil bewiesen.
Im Anschluss daran, bei Wirkung einer axialen Druckbelastung, wurden die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander bei 11.000 kp getrennt, und der Bruch der Hauptschicht begann. Nach dem Bruch fand ein fortschreitender Bruch, wie in Fig. 6 dargestellt, bei einer Belastung von 3.500 kp statt.

Beispiel 3

Ein Metallgelenk, wie in Fig. 9 abgebildet, mit einem Sägezahneinschnitt auf der Verbindungsfläche, dessen Verbindungsfläche 2a einen Außendurchmesser von 70,5 mm und eine Länge von 40 mm aufwies, dessen Auskragung 2b einen Außendurchmesser von 80 mm zeigte und dessen Keil 2f einen Winkel von 30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers 1 bildete, wurde an jedes Ende des Hauptkörpers 1 durch Presspassen angefügt, wodurch sich eine Antriebswelle gemäß dieser Erfindung, wie in Fig. 8 gezeigt, ausbildete. Die erforderliche Kraftaufwendung für das Presspassen betrug 7.000 kp.
In einem Drehtest stellte man fest, dass die Antriebswelle eine Drehleistung von 350 kp.m und eine kritische Rotation von 8.000 U/min aufwies, welche sich beide als ausreichend für eine Antriebswelle in einem Automobil bewiesen.
Im Anschluss daran, bei Wirkung einer axialen Druckbelastung, wurden die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander bei 10.000 kp getrennt, und der Bruch der Hauptschicht begann. Nach dem Bruch fand ein fortschreitender Bruch, wie in Fig. 10 dargestellt, bei einer Belastung von 3.500 kp statt.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Antriebswelle dieser Erfindung ist mit einem Druckbelastung übertragendem Abschnitt ausgestattet, der eine Druckbelastung, die in axialer Richtung des Gelenks wirkt, auf die Grenzfläche zwischen Hauptschicht und Unterschicht konzentriert, um dadurch die Hauptschicht und die Unterschicht voneinander zu trennen. Somit ist es mit Bezug auf die Ausführungsformen möglich, zum Zeitpunkt des Zusammenstoßes den Bruch der Antriebswelle verlässlich mit dem Bruch des Automobilkörpers fortsetzen zu lassen, während die grundlegenden Erfordernisse für das Auto, so etwa Drehleistung und kritische Rotation, erfüllt werden können, wodurch es möglich wird, dass die Energieabsorbierende Wirkung aufgrund der Körperstruktur, die für einen Zusammenstoß geeignet ist, in ausreichendem Maße zur Geltung kommt.

Claims

1. Antriebswelle, umfassend einen zylindrischen Hauptkörper (1) aus faserverstärktem Kunststoff (FRP) und ein erstes Gelenk (2), das an ein Ende des Hauptkörpers (1) angefügt ist, wobei der Hauptkörper (1) eine Hauptschicht (1a), die sich über seine gesamte Länge erstreckt, und eine Unterschicht (1b) umfasst, die so am genannten Ende des Hauptkörpers (1) ausgebildet ist, dass sie mit der Hauptschicht (1a) einstückig verbunden ist und innerhalb davon liegt, worin das erste Gelenk (2) über einen Druckbelastung übertragenden Abschnitt (2c, 2d, 2f) verfügt, der so ausgebildet ist, dass er auf die Welle eine Druckbelastung richtet, die in axialer Richtung des Gelenks (2) axial wirkt, und worin das erste Gelenk einen Sägezahneinschnitt (2c) auf einer Gelenksfläche (2a) zwischen dem ersten Gelenk und dem Hauptkörper aufweist, der sich in axialer Richtung davon erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem ersten Gelenk aus Metall und der Unterschicht durch Presspassung hergestellt ist und dass der Druckbelastung übertragende Abschnitt die Druckbelastung so lenkt, dass sie auf der Grenzfläche zwischen der Hauptschicht (1a) und der Unterschicht (1b) konzentriert wird, so dass der Hauptkörper (1a) und die Unterschicht (1b) dadurch an der Grenzfläche voneinander getrennt werden.

2. Antriebswelle nach Anspruch 1, worin die Antriebswelle weiters ein zweites Gelenk (2) aus Metall umfasst, das an das andere Ende des Hauptkörpers (1) angefügt ist, wobei der Hauptkörper (1) eine zweite Unterschicht (1b) umfasst, die am genannten anderen Ende des Hauptkörpers (1) so ausgebildet ist, dass sie mit der Hauptschicht (1a) einstückig verbunden ist und innerhalb davon liegt, wobei das zweite Gelenk (2) über einen Druckbelastung übertragenden Abschnitt verfügt, der so ausgebildet ist, dass er eine Druckbelastung, die axial in axialer Richtung des zweiten Gelenks (2) wirkt, auf eine Grenzfläche zwischen der Hauptschicht (1a) und der zweiten Unterschicht (16) richtet, um dadurch die Hauptschicht (1a) und die zweite Unterschicht (1b) an der Grenzfläche dazwischen voneinander zu trennen, worin das zweite Gelenk einen Sägezahneinschnitt auf einer Oberfläche des zweiten Gelenks aufweist, der sich in axialer Richtung davon erstreckt, und worin Verbindung zwischen dem zweiten Gelenk und der Unterschicht durch Presspassung hergestellt ist.

3. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, worin die Hauptschicht (1a), die sich über die gesamte Länge des Hauptkörpers (1) erstreckt, spiralförmig gewundene Verstärkungsfasern enthält, und die oder jede jeweilige Unterschicht (1b), die an dem oder jedem jeweiligen Ende des Hauptkörpers (1) so ausgebildet ist, dass sie mit der Hauptschicht (1a) einstückig verbunden ist und innerhalb davon liegt, umschnürte Verstärkungsfasern umfasst.

4. Antriebswelle nach Anspruch 3, worin die Verstärkungsfasern spiralförmig in einem Winkel von ±5-30º in Bezug auf die axiale Richtung des Hauptkörpers (1) gewickelt sind.

5. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das oder jedes Gelenk eine oder eine jeweilige Gelenksfläche (2a) umfasst, die mit dem Innenumfang der oder der jeweiligen Unterschicht (16) in Kontakt steht.

6. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis S. worin der oder jeder Druckbelastung übertragende Abschnitt einen oder einen jeweiligen geneigten Abschnitt (2c) aufweist, der zu einer oder einer jeweiligen Gelenksfläche zwischen dem oder jedem jeweiligen Gelenk (2) und der oder jeder jeweiligen Unterschicht (1b) abfällt.

7. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der oder jeder Druckbelastung übertragende Abschnitt eine oder eine jeweilige vorstehende Oberfläche (2d) aufweist, deren Außendurchmesser nicht größer als der Außendurchmesser der oder einer jeden jeweiligen Unterschicht ist und die einer Außenendfläche der oder einer jeden jeweiligen Unterschicht (1b) gegenüber steht.

8. Antriebswelle nach Anspruch 7, worin sich die oder jede jeweilige aufrechte Oberfläche (2d) ringartig um den Umfang des oder eines jeden jeweiligen Gelenks (2) herum erstreckt.

9. Antriebswelle nach Anspruch 8, worin die Oberfläche des oder eines jeden Endes des Hauptkörpers (1) teilweise abgefast ist.

10. Antriebswelle nach Anspruch 7, worin eine Vielzahl der vorstehenden Oberflächen (2d) um den Umfang des oder eines jeden Gelenks (2) herum angeordnet ist.

11. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der oder jeder Druckbelastung übertragende Abschnitt mit Keilmitteln (2f) ausgestattet ist.

12. Antriebswelle nach Anspruch 11, worin das oder jedes Keilmittel einen ringartigen Keil (2f) aufweist, der sich entlang einer kreisförmigen Linie erstreckt, die durch die oder jede jeweilige Grenzfläche zwischen der Hauptschicht (1a) und der oder jeder jeweiligen Unterschicht (16) an dem oder jedem Ende des Hauptkörpers (1) definiert ist.

13. Antriebswelle nach Anspruch 11, worin das Keilmittel eine Vielzahl von Keilen (2f) aufweist, die entlang einer kreisförmigen Linie angeordnet sind, die durch die oder jede jeweilige Grenzfläche zwischen der Hauptschicht (1a) und der oder jeder jeweiligen Unterschicht (1b) an dem oder jedem Ende des Hauptkörpers (1) definiert ist.

14. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin der Hauptkörper (1) einen Dämpfer (3) umfasst.