DE2852033A1 - ROTARY ELEMENT AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING - Google Patents
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Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotationselement zur übertragung von Drehmomenten und Biegekräften, das beträchtlichen axialen und Drehmomentbelastungen zu widerstehen vermag sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a rotary element for transmission of torques and bending forces, the considerable capable of withstanding axial and torque loads and a method of manufacturing the same.
Herkömmliche Rotationselemente zur Übertragung von KSften, wie beispielsweise Rotoren oder Antriebswellen sind im allgemeinen aus Metall hergestellt, da man von diesen Metallrotoren oder -antriebswellen glaubt, daß sie eine große Dauerhaftigkeit besitzen. Kürzlich ist jedoch ein beträchtliches Interesse aufgetreten, das Gewicht derartiger Rotationselemente,besonders in Fahrzeugen, zu verringern, um dnmit den Brennstoffwirkungsgrad, mit welchem diese Elemente angetrieben werden, zu erhöhen. Dementsprechend wird unter dem Gesichtspunkt des Kraftstoffwirkungsgrades einem Rotor oder einer Antriebswelle geringen Gewichtes erhebliches Interesse zugewandt. Ein RotorConventional rotary elements for the transmission of Kfts, such as For example rotors or drive shafts are generally made of metal, since one of these metal rotors or -driveshafts believes they have great durability own. However, recently there has been considerable interest, particularly the weight of such rotating elements in vehicles, to reduce fuel efficiency with which these elements are driven to increase. Accordingly, from the viewpoint of fuel efficiency a rotor or a drive shaft of light weight turned to considerable interest. One rotor
,sind oder eine Antriebswelle, die nicht nur leichter sondern auch eine größere axiale Steife besitzen, würden außerdem erlauben, eine solche Welle mit einer höheren kritischen Geschwindigkeit zu treiben,als dieses mit einer ganz aus Metall bestehenden Welle möglich ist., or a drive shaft that is not only lighter but also Having a greater axial stiffness would also allow such a shaft to travel at a higher critical speed to drive than this is possible with a shaft made entirely of metal.
In der Vergangenheit sind einige Versuche gemacht worden, leichtere Antriebswellen zu entwickeln. So ist es beispielsweise bekannt, Metallrohre durch schraubenförmig umgelegte Fasern zu verstärken, die anschließend mit einem Harz, wie beispielsweise einem Epoxy-Harz imprägniert werden, wodurch ein zusammengesetzter Aufbau besteht, der einen Metallteil und einen Kunststoffteil besitzt, der durch kontinuierliche Faserwicklungen verstärkt ist. Ein zusammengesetzter Aufbau dieser Art ist in der Lage, höheren Umfangsgeschwindigkeiten zu widerstehen, wobei jedoch andere Nachteile auftraten.Some attempts have been made in the past to develop lighter drive shafts. This is how it is, for example known to reinforce metal pipes by helically folded fibers, which then with a resin, such as for example an epoxy resin are impregnated, whereby a composite structure consists, which has a metal part and a plastic part, which by continuous Fiber windings is reinforced. A composite structure of this type is capable of higher peripheral speeds to withstand, however, there were other disadvantages.
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Beispielsweise besitzen derartige schraubenförmig umwickelte Rotoren eine unzureichende axiale Steife für den Einsatz als Antriebswelle.For example, such helically wound rotors have insufficient axial stiffness for use as Drive shaft.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Rotationselement, das als Rotor oder Antriebswelle eingesetzt werden kann, zu schaffen, das trotz eines äußerst geringen Gewichtes große Kräfte zu übertragen vermag und eine hohe Rotationsgeschwindigkeit zuläßt.The invention is accordingly based on the object of a rotary element which is used as a rotor or drive shaft can be to create that is able to transmit large forces despite an extremely low weight and a allows high rotation speed.
Es wurde herausgefunden, daß ein zusammengesetzter Aufbau zur Übertragung der Drehmoment- und Biegelasten besonders geeignet ist, bei welchem die Axialbelastungen im wesentlichen von gleichgerichteten Verstärkungsfasern aufgenommen werden. Diese Verstärkungsfasern sind in einem Harz eingebettet. Das Primärdrehmoment wird von einem Metallrohr aufgenommen. Das Metall und die Fasern bilden einen zusammengesetzten Aufbau, bei welchem die Fasern in einem vorbestimmten Winkel ausgerichtet sind, um so die wesentlichen Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften des faserverstärkten Harzes und den physikalischen Eigenschaften des Metallrohres zu kompeniseren, wie beispielsweise den Unterschied in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallrohres und dem thermischen Ausdehnungskoeffizient der Fasern des faserverstärkten Harzes. Somit wird ein Metallrohrkern vorgeschlagen, der vorzugsweise aus Aluminium besteht, auf dessen Oberfläche zunächst eine Metallkleberschicht aufgebracht ist. Oben auf die Kleberschicht werden wechselweise Schichten aus mit Harz imprägnierten, gleichgerichteten Fasern aufgebracht, die bevorzugt aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen und gewebten Glasfasern, wobei man mit einer Schicht aus gewebten Glasfasern beginnt. Dieser Schicht folgt eine weitere aus mit Harz imprägnierten, kontinuierlichen gleichgerichteten Verstärkungsfasern, wobei man den wechselweisen Aufbau fort-It has been found that a composite structure is particularly useful for transmitting the torque and bending loads is suitable in which the axial loads are absorbed essentially by rectified reinforcing fibers will. These reinforcing fibers are embedded in a resin. The primary torque is absorbed by a metal tube. The metal and the fibers form a composite structure in which the fibers in a predetermined Angles are aligned so as to make the essential differences in the physical properties of the fiber-reinforced Resin and the physical properties of the metal pipe, such as the difference in the thermal expansion coefficient of the metal pipe and the thermal expansion coefficient of the fibers of the fiber-reinforced Resin. Thus, a metal tube core is proposed, which preferably consists of aluminum, on the surface of which a metal adhesive layer is first applied. Above Alternating layers of resin-impregnated, rectified fibers are applied to the adhesive layer preferably made of carbon or graphite and woven glass fibers, with a layer of woven glass fibers begins. This layer is followed by another made of resin-impregnated, continuous, rectified reinforcing fibers, where one continues the alternating structure
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setzt, jedoch mit einer Schicht aus Harz imprägnierten, kontinuierlichen gleichgerichteten Verstarkungsfasern endet. Jede nachfolgende Schicht Harz imprägnierter, kontinuierlicher gleichgerichteter Verstarkungsfasern ist so ausgerichtet, daß die Fasern einen Winkel von zwischen etwa 5° bis etwa 20° zur Längsachse des Metallrohres bilden, während die entsprechende nächste Schicht entgegengesetzt ausgerichtet ist. Ein solches Rohr wird vorzugsweise hergestellt, indem man um den Metallkern im wesentlichen rechteckförmige Schichten aus faserverstärkten Materialien legt, wodurch eine im wesentlichen zylindrische -Welle entsteht, die eine gleichförmige Dicke der faserverstärkten Harzschicht auf der Oberfläche des Kernes trägt.sets, but ends with a layer of resin-impregnated, continuous unidirectional reinforcing fibers. Each subsequent layer of resin impregnated, continuous unidirectional reinforcing fibers is oriented so that the fibers make an angle of between about 5 ° to about 20 ° to the Form the longitudinal axis of the metal pipe, while the corresponding next layer is oriented in opposite directions. One such Pipe is preferably made by placing substantially rectangular layers of fiber-reinforced around the metal core Materials, creating a substantially cylindrical wave that has a uniform thickness of the fiber reinforced resin layer on the surface of the core wearing.
Es wurde festgestellt, daß die faserverstärkte Schicht einer zusammengesetzten rohrförmigen Welle nicht eine gleichmäßige Dicke über die gesamte Länge der Welle haben muß, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Übertragung der Torsions- und Biegekräfte besitzen muß. Vielmehr ist die größte Stärke an faserverstärktem Harz im wesentlichen im mittleren Teil des rohrförmigen Aufbaues erforderlich, während weniger VerstärkungsmaterM an dem äußeren Ende vorliegen muß.It was found that the fiber reinforced layer is a composite tubular shaft does not have to have a uniform thickness over the entire length of the shaft to achieve the required must have mechanical properties with regard to the transmission of torsional and bending forces. Much more is essentially the greatest strength of fiber reinforced resin required in the middle part of the tubular structure, while less reinforcing material on the exterior Must be at the end.
Es wird dementsprechend allgemein gemäß der Erfindung ein rohrförmiger Aufbau für ein Torsionselement beschrieben, mittels welchem sich Torsions- und Biegebelastungen übertragen lassen, wobei um einen Metallkern,der vorzugsweise aus Aluminium besteht, zunächst eine Schicht aus Metallkleber gelegt wird. Auf die Metallkleber bringt man wechselweise Schichten aus mit Harz imprägnierten, gleichgerichteten Verstärkungsfasern, im besonderen aus Kohlenstoff oder Graphit und aus gewebten Faserglas auf, wobei man mit einer Schicht aus gewebten Faserglas beginnt, der eine Schicht aus mit HarzAccordingly, it becomes generally a in accordance with the invention tubular structure for a torsion element described, by means of which torsional and bending loads are transmitted let, being around a metal core, which is preferably made of If there is aluminum, a layer of metal adhesive is first placed. One applies alternately to the metal adhesive Layers of resin-impregnated, rectified reinforcing fibers, especially carbon or graphite and woven fiberglass starting with a layer of woven fiberglass, the one layer made of resin
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imprägnierten, gleichgerichteten Verstärkungsfasern folgt, worauf man wechselweise das Aufbringen der Schichten fortsetzt,
jedoch mit einer Schicht endet, aus mit Harz imprägnierten, kontinuierlichen gleichgerichteten Verstärkungsfasern. Jede der aufeinanderfolgenden Schichten der mit
Harz imprägnierten, kontinuierlichen gleichgerichteten Fasern besitzt eine Faserorientierung in einem Winkel von etwa 5°
bis 20 in bezug auf die Längsachse des Metallrohres, wobei die jeweils nächste Schicht hinsichtlich der vorangehenden
in bezug auf die Längsachse des Metallrohres mit ihren Fasern nach der gegenüberliegenden Seite ori-entiert ist. Die Fasern
in der gewebten Faserglasschicht sind jeweils bei 0° bzw. im Hinblick auf die Längsachse des rohrförmigen Metallkernes
ausgerichtet. Es ist jedoch wichtig, daß die Anzahl der
Schichten über die Länge des rohrförmigen Kernes sich verändert, so daß die Wanddicke über die Länge der rohrförmigen Metallwelle
im wesentlichen im mittleren Bereich der Welle am stärksten ist.Impregnated, unidirectional reinforcing fibers follows, whereupon the application of the layers is continued alternately, but ends with a layer of resin-impregnated, continuous unidirectional reinforcement fibers. Each of the successive layers of the with
Resin-impregnated, continuous rectified fibers have a fiber orientation at an angle of about 5 ° to 20 with respect to the longitudinal axis of the metal pipe, the next layer with respect to the previous one with its fibers on the opposite side ori- is entertained. The fibers in the woven fiberglass layer are each aligned at 0 ° or with respect to the longitudinal axis of the tubular metal core. However, it is important that the number of
Layers over the length of the tubular core changes, so that the wall thickness over the length of the tubular metal shaft is thickest essentially in the central region of the shaft.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung
werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen deutlich. Dabei zeigt im einzelnen:Further features, advantages and details of the invention
are based on the following description of various exemplary embodiments with reference to the attached
Drawings clearly. It shows in detail:
Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Darstellung der Zuordnung der wechselweise aufgebrachten Schichten zu dem Metallkernf 1 shows a partially cut-open, perspective illustration of the assignment of the alternately applied layers to the metal core f
Fig. 2 die Draufsicht auf eine bevorzugte geometrische Ausführungsform der gemäß der Erfindung verwendeten Schichten,Fig. 2 is a plan view of a preferred geometric embodiment of the one used according to the invention Layers,
Fig. 3 die Drausicht auf eine andere geometrische Ausführungsform der gemäß der Erfindung verwendeten Schichten,3 shows a top view of another geometric embodiment of the one used according to the invention Layers,
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Fig. 4 eine weitere Draufsicht auf eine andere geometrische Form der Schichten, die gemäß der Erfindung Verwendung finden,FIG. 4 shows a further plan view of another geometric shape of the layers which, according to FIG Invention find use,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch die bevorzugte Schichtung entlang der Schnittlinie 5-5 der Fig. 2 undFIG. 5 is a vertical section through the preferred layering along section line 5-5 of FIG Fig. 2 and
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der rohrförmigen Welle gemäß der Erfindung, die teilweise aufgeschnitten ist, zur Darstellung der Fasern in den Verstärkungsschichten.Fig. 6 is a perspective view of the tubular shaft according to the invention, partially is cut open to show the Fibers in the reinforcement layers.
Die gemäß der Erfindung beschriebene Antriebswelle besitzt einen Metallkern 25 in der Form eines zylindrischen, hohlen Rohres, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Damit die Antriebswelle das erforderliche Gewicht und die gewünschte Festigkeit besitzt, wird der Metallkern vorzugsweise aus Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt. Bevorzugt werden für die Herstellung des Kernes 25 die folgenden Aluminiumlegierungen verwendet: 2024, 7075, 7078 und 6061, wobei es sich bei diesen Spezifikationen um amerikanische Legierungszusammensetzungsangaben handelt. Im besonderen besitzen diese legierungen vorzugsweise eine T-6 Aushärtung. Aluminiumle— gierungen mit den vorgenannten Zusammensetzungen und der vorgenannten Härte sind handelsüblich verfügbar und können mittels herkömmlicher Verfahren zu Rohren geformt werden, die durch Ziehen oder Extrudieren von dickwandigen, zylindrischen Elementen, entsprechend der erforderlichen Dimensionen geformt werden.The drive shaft described according to the invention has a metal core 25 in the form of a cylindrical, hollow Tube, as shown in FIG. So that the drive shaft has the required weight and the desired Having strength, the metal core is preferably made of aluminum or magnesium alloy. Preferred the following aluminum alloys are used for the manufacture of the core 25: 2024, 7075, 7078 and 6061, where these specifications are American alloy compositions acts. In particular, these alloys preferably have a T-6 hardening. Aluminum alloy Alloys with the aforementioned compositions and the aforementioned hardness are commercially available and can are formed into tubes by conventional methods, which are formed by drawing or extruding thick-walled, cylindrical Elements to be shaped according to the required dimensions.
Bei der Herstellung des zusammengesetzten rohrförmigen Elementes der Erfindung ist es von großer Wichtigkeit, daß der Metallkern 25 vollständig sauber ist. Um jede mögliche Ober-In making the composite tubular element of the invention, it is of great importance that the Metal core 25 is completely clean. To avoid any possible upper
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flächenverschmutzung zu vermeiden, wird die endgültige Reinigung des Metallkernes 25 mit einem Material wie Alkohol oder Fluorchlorkohlenstoff durchgeführt, um Spuren von Öl, Fett usw. zu entfernen.The final cleaning is to avoid surface pollution of the metal core 25 with a material such as alcohol or chlorofluorocarbon carried out to remove traces of oil, fat etc. to remove.
Der Metallkern 25 ist gemäß der Erfindung mit einer Umhüllung van mit Harz imprägnierten, kontinuierlichen gleichgerichteten Verstärkungsfasern und gewebten Glasfasern umgeben, die mit dem Kern 25 verbunden sind, so daß ein im wesentlichen einstückig ausgebildetes Element gebildet ist. Diese Schicht aus mit Harz imprägniertem Fasermaterial besteht aus einzelnen Schichten dieser Materialien. Es wird jedoch besonders bevorzugt, daß die beiden Schichten aus faserverstärktem Harzmaterial schließlich miteinander verbunden werden, indem man das darin enthaltene Harz aushärten läßt.The metal core 25 is according to the invention with a coating of resin-impregnated, continuous rectified Reinforcing fibers and woven glass fibers surround that with are connected to the core 25, so that a substantially integrally formed element is formed. This layer made of fiber material impregnated with resin consists of individual layers of these materials. However, it is particularly preferred that the two layers of fiber reinforced resin material are finally bonded together by allowing the resin contained therein to harden.
Bei der Herstellung des zusammengesetzten Aufbaues des rohrförmigen Elementes wird zunächst eine Anzahl von Schichten zusammengestellt, die im wesentlichen die gleiche Form besitzen. Somit wird eine Schicht, wie beispielsweise die Schicht 26 aus einer Fläche aus einem gleichgerichteten kontinuierlichen faserverstärktem Material herausgeschnitten, das mit einem Kunstharz imprägniert ist. Vorzugsweise bestehen die Fasern in diesem faserverstärktem Schichtmaterial aus Kohlenstoff oder Graphit, und der Einfachheit halber werden diese Fasern nachfolgend als Graphitfasern bezeichnet. Wie die Fig. zeigen, besitzt die Schicht 26 ein vorbestimmtes Muster, dessen Länge vorzugsweise etwas langer ist als die axiale Länge der faserverstärkten Schicht in dem endgültigen zusammengesetzten rohrförmigen Element. Der Grund für diese Übergröße ist eine Erleichterung bei der Herstellung, die im Laufe der nachfolgenden Beschreibung noch deutlich wird. Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, ist die bevorzugte geometrische FormWhen making the composite structure of the tubular Element is first put together a number of layers that have essentially the same shape. Thus, a layer such as layer 26 is made up of a surface of a rectified continuous fiber-reinforced material that is impregnated with a synthetic resin. Preferably the Fibers in this fiber-reinforced sheet material made of carbon or graphite, and for the sake of simplicity these are Fibers hereinafter referred to as graphite fibers. Like fig. show, the layer 26 has a predetermined pattern, the length of which is preferably slightly longer than the axial length of the fiber reinforced layer in the final composite tubular element. The reason for this oversize is one Ease of manufacture, which will become clear in the course of the following description. As can be seen from the 1 and 2, is the preferred geometric shape
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für die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehene Schichten im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet, wobei Endlaschen 30 und 32 vorgesehen sind, die sich von der Basis des Dreieckes nach außen erstrecken. Die Breite der Endlaschen 30 und 32 ist etwa doppelt so groß wie der Umfang des rohrförmigen Kernes 25, so daß das Schichtmaterial im wesentlichen zweimal um den Kern 25 herumgeschlagen werden kann. Die Breite des imprägnierten Schichtmaterials, gemessen von der Spitze des Dreiecks bis zur Grundlinie soll hinreichend sein, damit die Schicht mehrfach um den Umfang des Metallkernes 25 gelegt werden kann. Vorzugsweise beträgt die Breite des imprägnierten Fasermaterials etwa das Sechsfache des Umfanges des Metallrohres 25.for the generally provided with the reference numeral 10 Layers are essentially triangular, with End tabs 30 and 32 are provided which extend outwardly from the base of the triangle. The width of the end flaps 30 and 32 is about twice as large as the circumference of the tubular core 25, so that the sheet material can be wrapped around the core 25 essentially twice. The width of the impregnated sheet material, measured from the top of the triangle to the base line should be sufficient so that the layer is several times around the perimeter of the metal core 25 can be placed. Preferably the width of the impregnated fiber material is about that Six times the circumference of the metal tube 25.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, können auch andere Muster bei der Herstellung der Schichten und schließlich des zusammengesetzten Rotors Verwendung finden. So kann jede Schicht in dem gewünschten Muster oder den gewünschten Muätern ausgeschnitten werden, indem man verschiedene geometrische Formen miteinander kombiniert. So ist das Muster 10 gemäß Fig. 2 durch Zusammensetzung von rechteckigen und dreieckigen Formen entstanden, die wechselweise ausgeschnitten und angeordnet sind. Das Schichtmuster 11 gemäß Fig. 3 erhält man, indem man mehrere Rechtecke aneinandersetzt, wobei jede nachfolgende Form ein wenig kurzer ist als das vorangehende Rechteck. Man erhält beispielsweise das Schichtmuster 12 der Fig. 4, indem man ein Trapez und ein Rechteck miteinander kombiniert.As FIGS. 3 and 4 show, other patterns can also be used in the manufacture of the layers and finally of the composite Find rotor use. So each layer can be cut out in the desired pattern or pattern by putting different geometric shapes together combined. Thus, the pattern 10 according to FIG. 2 was created by combining rectangular and triangular shapes, the are alternately cut out and arranged. The shift pattern 11 according to FIG. 3 is obtained by making several rectangles each subsequent shape is a little shorter than the preceding rectangle. One obtains, for example the layer pattern 12 of FIG. 4 by combining a trapezoid and a rectangle with one another.
Bei dem Hazrmaterial, mit welchem die Graphitfasern 22 der Schicht 26 imprägniert sind, handelt es sich um ein in Wärme aushärtendes Harz. Im Grunde ist das Harz von allen harzimprägnierten Schichten wärmehärtend. Geeignete, in Wärma aushärtende Harze sind beispielsweise Epoxy- und Polyester-Harze. In the Hazrmaterial with which the graphite fibers 22 of Layer 26 are impregnated, it is a thermosetting resin. Basically the resin of all is resin impregnated Thermosetting layers. Suitable resins which harden in heat are, for example, epoxy and polyester resins.
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Die Epoxy-Harze oder Polyepoxide, bei welchen es sich um hinlänglich bekannte Kondensationsprdukte handelt, sind Zusammensetzungen, die Oxiranringe enthalten, mit Verbindungen mit einem Gehalt an Hydroxylgruppen oder aktiven Wasserstoffatomen, wie Aminen und Aldehyden. Die üblichen Epoxy-Harz-Verbindungen sind diejenigen des Epichlorhydrins und Bisphenols und dessen Homologen.The epoxy resins or polyepoxides, which are Well known condensation products are compositions containing oxirane rings with compounds containing hydroxyl groups or active hydrogen atoms such as amines and aldehydes. The usual epoxy resin compounds are those of epichlorohydrin and bisphenol and their homologues.
Das Polyester-Harz ist ein Kondensationsprodukt aus mehrbasischen Säuren mit mehrwertigen Alkoholen. Typische Polyester umfassen Polyterephthalate wie Polyethylenterephthalat.The polyester resin is a condensation product of polybasic acids with polyhydric alcohols. Typical polyester include polyterephthalates such as polyethylene terephthalate.
Es ist in diesem Gebiet der Technik hinlänglich bekannt, daß diese in Wärme aushärtenden Harze Zusatzstoffe wie Härter und ähnliches enthalten können. Die bevorzugten, mit modifiziertem Epoxy-Harz imprägnierten Graphitfasern sind handelsüblich verfügbar. So werden beispielsweise die Epoxy vorimprägnierten Graphitfasern unter der Bezeichnung Rigidite 5209 und Rigidite 5213, hergestellt von der Narmco Division der Celanese Corporation, New York, V. St. A., vertrieben. Andere Bezugsquellen für die Harz vorimprägnierten Graphitfasern sind der Industrie bekannt.It is well known in the art that these thermosetting resins contain additives such as hardeners and may contain something similar. The preferred modified epoxy resin impregnated graphite fibers are commercially available. For example, the epoxy pre-impregnated graphite fibers are called Rigidite 5209 and Rigidite 5213 manufactured by the Narmco Division of Celanese Corporation, New York, V. St. A., sold. Other sources of supply for the resin prepreg graphite fibers are known in the industry.
Im allgemeinen besitzt das Harz imprägnierte Schichtmaterial 26 eine Dicke von etwa 0,178 mm bis etwa 0,254 mm und enthält von etwa 50 Vol.-% bis etwa 60 Vol.-% Graphitfasern in dem wärmeaushärtendem Harz. Bevorzugt enthält das gemäß der Erfindung verwendete Schichtmaterial 26 54 Vol.-% bis 58 Vol.-% kontinuierlicher gleichgerichteter Graphitfasern in dem Epoxy-Harz. Vorzugsweise besitzen die Graphitfasern einen Young'sehenGenerally, the resin impregnated sheet material 26 has a thickness of about 0.178 mm to about 0.254 mm and contains from about 50% by volume to about 60% by volume graphite fibers in the thermosetting resin. The layer material used according to the invention preferably contains 26 54% by volume to 58% by volume continuous unidirectional graphite fibers in the epoxy resin. The graphite fibers preferably have Young's vision
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Elastizitätsmodul im Bereich von 2,11 χ 10 bis 3,52 χ 10 kg/cmYoung's modulus in the range from 2.11 10 to 3.52 χ 10 kg / cm
2 und eine Ziifestigkeit im Bereich von etwa 14 085 kg/cm bis2 and a strength in the range of about 14 085 kg / cm to
etwa 20 169 kg/cm2.about 20 169 kg / cm 2 .
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Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, sind auch Schichten 24 und 27 aus gewebtem Glas vorgesehen. Diese Schichten 24 und 27 aus gewebtem Faserglas besitzen die gleichen Dimensionen und geometrischen Muster wie die harzimprägnierte, faserverstärkte Schicht 26. Die Schichten aus gewebtem Faserglas 24 und 26 besitzen eine Dicke von etwa 0,0254 bis etwa 0,0508 mm und bestehen aus gewebten Glasfasern, wobei es sich um ein tuchartiges Gewebe handelt, das als Faserglasgaze bekannt ist. Als besonders bevorzugte Faserglasgaze gilt Style 107, vertrieben von der Firma Burlington Glass Fabrics Company, New York, V. St. A. Die Fasern 21 des Gewebes sind, wie ersichtlich, in einem Winkel von 0 und 90° in bezug auf die Längsachse des Schichtmaterials 24 und 27 ausgerichtet.As shown in the drawings, layers 24 and 27 of woven glass are also provided. These layers 24 and 27 made of woven fiberglass have the same dimensions and geometric patterns as the resin-impregnated, fiber-reinforced Layer 26. The layers of woven fiberglass 24 and 26 are about 0.0254 to about 0.0508 mm thick and are made of woven glass fibers, which is a cloth-like fabric known as fiberglass gauze. A particularly preferred fiberglass gauze is Style 107, marketed from Burlington Glass Fabrics Company, New York, V. St. A. The fibers 21 of the fabric are, as can be seen, aligned at an angle of 0 and 90 ° with respect to the longitudinal axis of the layer material 24 and 27.
Wie sich aus dem Ausschnitt in Fig. 1 ergibt, sind die gleichgerichteten Graphitfasern 20 in der Schicht 28 in einem speziellen vorbestimmten Winkel Ql in bezug auf die Längsachse der Schicht 28 ausgerichtet. Die nächste Schicht harzimprägnierter gleichgerichteter kontinuierlicher Graphitfasern, nämlich in der Schicht 26, sind die gleichgerichteten Graphitfasern 22 in einem negativen vorbestimmten Winkel θ 2 in bezug auf die Längsachse der Schicht 26 ausgerichtet. Ein solcher Winkel besitzt vorzugsweise die gleiche Dimension und natürlich ein entgegengesetztes Vorzeichen hinsichtlich der Orientierung der Fasern in der ersten Schicht 28.As can be seen from the detail in Fig. 1, the rectified Graphite fibers 20 in the layer 28 at a specific predetermined angle Ql with respect to the longitudinal axis of layer 28 aligned. The next layer of resin impregnated rectified continuous graphite fibers, namely in the layer 26, the rectified graphite fibers are 22 is oriented at a negative predetermined angle θ 2 with respect to the longitudinal axis of the layer 26. Such a Angle preferably has the same dimension and of course an opposite sign with regard to the orientation of the fibers in the first layer 28.
Bei der Herstellung der zusammengesetzten Welle wird eine Mehrzahl von Schichten harzimprägnierter, kontinuierlicher Graphitfasern aus gewebtem Faserglas aus einem Schichtmaterial in der gewünschten flachen Form ausgeschnitten. Jede Schicht besitzt die gleiche Größe und die gleiche Form. Wie bereits erwähnt, besitzen die Endlaschen 30 und 32 eine hinreichende Breite, so daß sie mindestens zweimal voll-As the composite shaft is made, a plurality of layers become more resin impregnated, more continuous Graphite fibers made from woven fiberglass made from a layered material cut out in the desired flat shape. Each layer is the same size and shape. As already mentioned, the end flaps 30 and 32 have a sufficient width so that they are at least twice
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ständig um den rohrförmigen Metallkern 25 herumgeschlagen werden können. Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, liegt die Hauptachse im wesentlichen entlang der Länge der Welle, wobei bevorzugt die Hauptachse etwas länger ist als die Länge des zusammengesetzten rohrförmigen Elementes.can be constantly knocked around the tubular metal core 25. As already mentioned, lies the major axis substantially along the length of the shaft, the major axis preferably being slightly longer than the length of the assembled tubular element.
Die verschiedenen Lagen des Schichtmaterials sind wechselweise angeordnet, wobei man beispielsweise mit einer unteren Schicht aus harzimprägnierten Graphitfasern beginnt, der eine Lage aus Faserglas folgt, worauf wieder eine weitere Schicht harzimprägnierter Graphitfasern aufgebracht wird, an welche sich eine weitere Glasfaserschicht anschließt. In Fig. 1 wechseln sich beispielsweise die GlasEchichten 24 und 27 mit den Graphitfaserschichten 26 und 28 ab.The different layers of the layer material are arranged alternately, for example with a lower one A layer of resin-impregnated graphite fibers begins, followed by a layer of fiberglass, followed by another layer resin-impregnated graphite fibers is applied, which is followed by a further glass fiber layer. In Fig. 1 For example, the glass layers 24 and 27 alternate with the graphite fiber layers 26 and 28.
Bei jeder nachfolgenden Schicht aus harzimprägnierten, gleichgerichteten Verstärkungsfasern sollte jedoch beachtet werden, daß die Verstärkungsfasern in einem vorbest-immten Orientierungswinkel in bezug auf die Längsachse dieser Schicht ausgerichtet sind. Im allgemeinen liegt dieser Orientierungswinkel· zwischen etwa 5r und etwa 20°, wobei bevorzugt dieser Orientierungswinkel etwa 10° beträgt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Orientierungswinkel für die Graphitfasern bei jeder nachfolgenden Schicht des harzimprägnierten Graphitschichtmaterials gleich groß, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen für jede nachfolgende Schicht. Somit sind im Hinblick auf Fig. 1 die Fasern 20 in der Schicht 28 in einem Winkel von θ 1 und die Fasern 22 der Schicht 26 in einem Winkel θ 2 relativ zur Länge der Schicht angeordnet. Wie erwähnt, wird besonders bevorzugt, daß die Größe von Q 1 und θ gleich ist, wobei θ 1 und θ 2 lediglich ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzen, so daß sich die Fasern überkreuzen.For each subsequent layer of resin-impregnated, unidirectional reinforcing fibers, however, it should be ensured that the reinforcing fibers are oriented at a predetermined orientation angle with respect to the longitudinal axis of this layer. In general, this orientation angle is between about 5 · r and about 20 °, preferably this orientation angle is about 10 °. According to a particularly preferred embodiment, the orientation angles for the graphite fibers are the same for each subsequent layer of the resin-impregnated graphite layer material, but with the opposite sign for each subsequent layer. Thus, with respect to Figure 1, the fibers 20 in the layer 28 are arranged at an angle of θ 1 and the fibers 22 of the layer 26 are arranged at an angle θ 2 relative to the length of the layer. As mentioned, it is particularly preferred that the size of Q 1 and θ be the same, with θ 1 and θ 2 merely having an opposite sign, so that the fibers cross one another.
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Bei der Anordnung der einzelnen Schichten zur Herstellung der Schichtumhüllung ist es besonders zweckmäßig, auf einer Schicht, bestehend aus harzimprägnierten Graphitfasern, eine gewebte Glasfaserschicht aufzubringen. Dann wird auf dieser Schicht die nächste harzimprägnierte Graphitfaserschicht aufgelegt.When arranging the individual layers to produce the Layer envelope, it is particularly expedient to have a woven layer on a layer consisting of resin-impregnated graphite fibers Apply fiberglass layer. Then on this layer the next resin-impregnated graphite fiber layer is applied.
Wie sich aus den Fig. 1 bis 5 ergibt, besteht die erste Schicht aus einer Schicht aus harzimprägniertem Graphitfasermaterial 26, auf welche eine Faserglasschicht 27 aufgebracht ist. Als nächstes ist eine Schicht aus harzimprägniertem Schichtmaterial 28 aufgebracht, auf welcher eine Faserglasschicht 24 aufliegt.As can be seen from FIGS. 1 to 5, there is the first layer made of a layer of resin-impregnated graphite fiber material 26, to which a fiber glass layer 27 is applied. Next is a layer of resin impregnated sheet material 28 applied, on which a fiber glass layer 24 rests.
Wie sich aus den Fig. 1, 2 und 5 ergibt, schließen diese Ausführungsformen eine rechteckförmige Schicht 19 ein. Bei dieser Schicht 19.handelt es sich um einen Metallkleber. Die Breite der rechteckförmigen Schicht 19 ist hinreichend um den Kern 25 einfach zu umschließen. Es ist besonders wichtig gemäß der Erfindung, daß eine Metallklebeschicht verwendet wird, die das Harz des harzimprägnierten Schichtmaterials an den rohrförmigen Kern 25 bindet. Das Metallklebermaterial, das gemäß der Erfindung eingesetzt wird, ist ein solches, daß normalerweise für die Bindung von Kunststoffen an Metalle verwendet wird, wie ein elastomeres, modifiziertes Epoxy-Harz und ein elastomeres, modifiziertes Phenolharnstoff-Harz. Ein Beispiel für einen solchen Kleber ist ein Polysulfid-elastomeres, modifiziertes Epichlorhydrin-Bisphenol-Harz. Viele dieser Kleber sind handelsüblich verfügbar, wobei einer, der als Meiallbond 1133 bekannt ist, bei welchem es sich um ein elastomeres, modifiziertes Epoxy-Material handelt, das von der Firma Narmco Division der Celanese Corporation, New York, V. St. A., verkauft wird. Ein anderer Kleber ist FM123-2, der von der Firma American Cyanamid, Wayne, V. St. Α., vertrieben wird. Der Metallkleber kann auf die Oberseite des Faserglasschichtmaterials aufgebracht werden, wenn die physikalische Koisistenz desAs can be seen from FIGS. 1, 2 and 5, these embodiments include a rectangular layer 19. This layer 19 is a metal adhesive. The width the rectangular layer 19 is sufficiently around the core 25 easy to enclose. It is particularly important according to the invention that a metal adhesive layer is used which Resin of the resin-impregnated sheet material to the tubular core 25 binds. The metal adhesive material according to the invention is used is one that is normally used for bonding plastics to metals, such as an elastomeric, modified epoxy resin and an elastomeric, modified phenolic urea resin. An example of such an adhesive is a modified polysulfide elastomer Epichlorohydrin bisphenol resin. Many of these adhesives are commercially available, with one being called Meiallbond 1133 is known, which is an elastomeric, modified epoxy material available from Narmco Division of Celanese Corporation, New York, V. St. A., is sold. Another glue is FM123-2 made by the company American Cyanamid, Wayne, V. St. Α. Of the Metal glue can be applied to the top of the fiberglass sheet material be applied when the physical co-existence of the
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Klebers dieses erlaubt. Er kann außerdem beispielsweise auf den Umfang des Metallkernes 25 aufgebürstet oder gesprüht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Kleber in Form eines dünnen Filmes aus Schichtmaterial, wie z. B. das Schichtmaterial 19, in den Fig. 1, 2 und 5 aufgebracht.Glue allows this. It can also be brushed or sprayed onto the circumference of the metal core 25, for example will. According to a preferred embodiment of the invention, the adhesive is made in the form of a thin film Layer material, such as. B. the layer material 19, in the Fig. 1, 2 and 5 applied.
Bs wurde außerdem herausgefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, eine Lösung des gleichen Klebers, wie er in der Schicht 19 vorliegt, auf das äußere des Metallkernes 25 aufzubürsten oder aufzusprühen, nachdem der Metallkern entsprechend gereinigt worden ist.It has also been found that it is particularly advantageous to use a solution of the same adhesive as he is present in the layer 19 to be brushed or sprayed onto the exterior of the metal core 25 after the metal core has been cleaned accordingly.
Im allgemeinen liegt das Gewicht der erfindungsgemäß eingesetzten Metallklebeschicht im Bereich von etwa 0,0089 bisIn general, the weight of the metal adhesive layer used in accordance with the invention is in the range from about 0.0089 to
2
etwa 0,0196 g/cm , wobei besonders bevorzugt wird, daß das2
about 0.0196 g / cm, with it being particularly preferred that the
2 Gewicht der Klebeschicht 19 bei etwa 0,0146 g/cm gehalten wird. Bei der Menge des zu verwendenden Klebers ist es wichtig, sicherzustellen, daß nicht nur eine entsprechende Bindung zwischen dem Kunstharz und dem Metallkern eintritt, sondern daß auch eine hinreichende Torsionssteifigkeit des Metallrohres mit der Längssteifigkeit der Graphitfaserverstärkung erzielt wird.2 weight of adhesive layer 19 maintained at about 0.0146 g / cm will. With the amount of glue to be used, it is important to ensure that it is not just an appropriate one Bond occurs between the synthetic resin and the metal core, but that there is also sufficient torsional rigidity of the Metal pipe is achieved with the longitudinal stiffness of the graphite fiber reinforcement.
In jedem Fall wird eine vieleckige Schicht aus Schichtmaterial, bestehend aus der Klebeschicht 19, harzimprägnierten Graphitfasern und einem Glasgewebe um den Umfang des Metallkernes 25 gelegt. Es ist herauszustellen, daß der Kleber natürlich in Kontakt mit dem rohrförmigen Metallkern 25 gebracht wird, und daß die kontinuierlichen, gleichgerichteten Graphitfasern in einem Winkel zwischen — 5° bis - 20° in bezug auf die Längsachse des Metallkernes ausgerichtet werden, während die gewebten Faserglasschichten so ausgerichtet sind, daß der Winkel bei 0 bz·. 90 inIn each case, a polygonal layer of layer material, consisting of the adhesive layer 19, resin-impregnated graphite fibers and a glass fabric, is placed around the circumference of the metal core 25. It should be understood that the adhesive will of course be brought into contact with the tubular metal core 25, and that the continuous, unidirectional graphite fiber at an angle between - are oriented 20 ° with respect to the longitudinal axis of the metal core, while the woven fiber glass layers - 5 ° to are aligned so that the angle at 0 bz ·. 90 in
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bezug auf "die Längsachse des Metallkernes 25 liegt. Nachdem der Metallkern mit den. erforderlichen Schichten eingehüllt ist, können diese Materialien mit Hilfe eines Zellofanbandes,beispielsweise, festgehalten werden. Andererseits kann die Anordnung von Kern und äußeren harzimpragnierten Graphitfaserschichten gehalten werden, indem man eine durch Hitze schrumpfende Polyähylen-Folie (nicht dargestellt) aufbringt, die als Form wirkt und in der nachfolgend noch zu beschreibenden Weise entfernt wird.with reference to "the longitudinal axis of the metal core 25. After the Metal core with the. required layers is encased, these materials can be removed with the help of a Zellofan tape, for example, be held. On the other hand, the arrangement of the core and the outer resin-impregnated graphite fiber layers held by applying a heat-shrinkable polyethylene film (not shown), which acts as a form and is removed in the manner still to be described below.
Nach dem Umhüllendes Kernmaterials mit der erforderlichen Anzahl von Schichten wird die Anordnung in einen Ofen eingebracht und auf eine Temperatur erhitzt, die hinreicht, um eine Bindung der einzelnen Schichten untereinander, wie auch der verschiedenen Lagen aneinander, zu bewerkstelligen. Die Temperatur, auf welche die Anordnung erhitzt wird, hangt von einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich der Art des verwendeten Harzes, das eingesetzt wird, um die Graphitfasern zu imprägnieren. Diese Temperaturen sind hinlänglich bekannt. Für ein modifiziertes Epoxyharz, mit welchem die Graphitfasern imprägniert sind, liegt die Temperatur im Bereich von etwa 100° C bis etwa 180° C und vorzugsweise bei etwa 140° C.After wrapping the core material in the required number of layers, the assembly is placed in an oven and heated to a temperature sufficient to achieve a Bonding of the individual layers to one another, as well as of the various layers to one another, to accomplish. The temperature, to which the assembly is heated depends on a number of factors, including the type of one used Resin that is used to impregnate the graphite fibers. These temperatures are well known. For a modified epoxy resin with which the graphite fibers are impregnated the temperature is in the range of about 100 ° C to about 180 ° C, and preferably about 140 ° C.
Wenn außen ein Polypropylen-Umhüllungsfilm aufgebracht wird, um die verschiedenen Schichten um den Kern zu halten, kann dieser sehr einfach manuell von der Oberfläche der Welle abgeschält werden. Unregelmäßigkeiten der Oberfläche, falls sich solche auf der Welle befinden sollten, können durch Schmiergeln oder Schleifen und ähnliche Vorgänge entfernt werden. Gewünschtenfalls kann die Welle mit einem Farbüberzug versehen werden.If a polypropylene wrapping film is applied to the outside to hold the various layers around the core, it can can be easily peeled off the surface of the shaft by hand. Surface irregularities, if any should be on the shaft can be removed by smacking or grinding and similar operations. If so desired the shaft can be provided with a color coating.
Angesichts der Tatsache, daß es nicht immer möglich ist, ein vollständig flaches Stirnende bei dem zusammengesetzten Rohrmaterial zu erzielen, bevorzugt man, wie bereits ausgeführt, imGiven that it is not always possible to have a To achieve a completely flat end in the assembled pipe material, it is preferred, as already stated, in
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allgemeinen ein Schichtmaterial zu verwenden, das etwas langer ist als die Endlänge des herzustellenden Rohrelementes. Auf diese Weise kann eine abgerundete Schulter, wie die Schulter 6 in Fig. 6, vermieden werden, indem man einen Radialschnitt durch das Rohr hinter der Schulter durchführt, wobei man eine vollständig gerade Abschlußkante erzielt, falls dieses für das zusammengestzte Rohrelement erwünscht ist.generally to use a layer material that is slightly longer than the final length of the pipe element to be produced. In this way, a rounded shoulder, such as shoulder 6 in FIG. 6, can be avoided by Make a radial cut through the tube behind the shoulder, making a completely straight end edge achieved if this is desired for the assembled pipe element.
Die Erfindung wurde in bezug auf zusammengesetzte Wellen beschrieben, die im wesentlichen Torsions- und Biegebelastungen ausges±zt sind, unabhängig vom Einsatzbereich derartiger Wellen.The invention has been described in relation to composite shafts which are essentially torsional and bending loads are excluded, regardless of the area in which such shafts are used.
Um die Erfindung noch näher zu erläutern, soll nachfolgend eine typische zusammengesetzte Antriebswelle für einen Lastwagen beschrieben werden. Für eine solche Anwendung besitzt der Metallkern 25 normalerweise eine Länge von 1,22 m bis 3,05 mt einen Innendurchmesser im Bereich von 5,08 bis 11,43 cm sowie einen Äußendurchmesser im Bereich von 5,08 bis 12,7 cm. Die Welle trägt eine Schicht eines Metallklebers im BereichIn order to further explain the invention, a typical composite drive shaft for a truck will be described below. For such an application, the metal core 25 typically has a length of 1.22 m to 3.05 m · t, an inside diameter in the range of 5.08 to 11.43 cm, and an outside diameter in the range of 5.08 to 12.7 cm. The shaft carries a layer of a metal adhesive in the area
von etwa 0,0098 bis 0,0195 g/cm . Oben auf der Metallkleberschicht sind zwei Lagen einer Glasfasergaze und des Epoxyharzimprägnierten, gleichgerichteten, kontinuierlichen Graphitfaserschichtmaterial aufgebracht, wobei jede Schicht aus einer Lage der Gaze und einer Lage des Faserglasschichtmaterials besteht. Die Ausrichtung der Glasfaserschicht liegt bei 0° und 90° in bezug auf die Längsachse der Welle,und die Ausrichtung der kontinuierlichen Graphitfasern liegt bei etwa 10° hierzu. Jederder nachfolgenden Schichten der Graphitfasern liegt ebenfalls bei 10°, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu der nächstvorangehenden Schicht. Somit sind die Graphitfasern in einem Winkel von - 10° in bezug auf die Längsachse ausgerichtet.from about 0.0098 to 0.0195 g / cm. On top of the metal adhesive layer are two layers of a fiberglass gauze and the epoxy resin impregnated, rectified, continuous graphite fiber sheet material applied, each layer consisting of a layer of the gauze and a layer of the fiberglass layer material. The orientation of the fiberglass layer is at 0 ° and 90 ° with respect to the longitudinal axis of the shaft, and the orientation of the continuous graphite fibers is about 10 ° to this. Each of the subsequent layers of graphite fibers is also at 10 °, but in the opposite direction to the next preceding one Layer. The graphite fibers are thus oriented at an angle of -10 ° with respect to the longitudinal axis.
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Wie sich aus Fig. 6 ergibt, besitzt eine solche Antriebswelle einen ersten Endteil 42 und einen zweiten Endteil 43 sowie zwei Zwischenbereiche 44 bzw. 45. Schließlich ist noch ein im wesentlichen mittlerer Teil 46 vorhanden. Die faserverstärkte Umhüllung im Bereich der ersten und zweiten Endteile 42 und 43 bestehen aus zwei Lagen um den Kern 25. Die Anzahl der Lagen ändert sich jedoch über die Länge der Welle in der Weise, daß die Umhüllungsdicke im wesentlichen im Mittelbereich der Welle am dicksten ist. Bei der beschriebenen Lastwagenantriebswelle ist die Höhe der im wesentlichen dreieckförmigen Muster zur Herstellung des Schichtmaterials so gewählt, daß im wesentlichen sechs oder sieben Lagen um den mittleren Teil 46 der rohrförmigen Welle gelegt sind, wobei die Lagen in den Zwischenbereichen 44 und 45 über die Länge der Welle abnehmen.As can be seen from Fig. 6, has such a drive shaft a first end part 42 and a second end part 43 and two intermediate areas 44 and 45, respectively. Finally, there is one more substantially central part 46 is present. The fiber-reinforced covering in the area of the first and second end parts 42 and 43 consist of two layers around the core 25. However, the number of layers changes over the length of the shaft in the Way that the cladding thickness is thickest substantially in the central region of the shaft. With the truck drive shaft described the height of the essentially triangular pattern for the production of the layer material is chosen so that essentially six or seven layers are laid around the central portion 46 of the tubular shaft, wherein the layers in the intermediate regions 44 and 45 decrease over the length of the shaft.
Im Gegensatz hierzu würde eine zusammengesetzte Standardautoantriebswelle gemäß der Erfindung einen Aluminiumkern besitzen, mit einer Länge zwischen etwa 102 cm bis 183 cm, einem Außendurchmesser zwischen 6,35 cm und 7,62 cm sowie einem Innendurchmesser zwischen 5,72 cm und 6,99 cm. Eine solche zusammengesetzte Antriebswelle würde beispielsweise etwa zwei Schichten aus gewebtem Glasfasermaterial und kontinuierlichen Graphitfasern, die mit einem Epoxy-Harz imprägniert sind, tragen, wobei jede Umhüllung aus einer Schicht aus Faserglas und einer Schicht aus harzimprägnierten Fasern besteht. Wie bei der Antriebswelle des Lastwagens, Sind die Graphitfasern in einem Winkel von i 10° in bezug auf die Längsachse der Welle ausgerichtet, während die Glasfasern in einem Winkel von 0° und 90° in bezug auf die Längsachse der Welle liegen. Außerdem ist -zwischen dem Metallkern und der Verstärkungsschicht eine Schicht von Metallkleber vorgesehen.In contrast, a standard composite automobile driveshaft would according to the invention have an aluminum core, with a length between about 102 cm to 183 cm, a Outside diameter between 6.35 cm and 7.62 cm as well as one Inside diameter between 5.72 cm and 6.99 cm. Such a compound For example, drive shaft would have about two layers of woven fiberglass and continuous Graphite fibers impregnated with an epoxy resin carry, each envelope consisting of a layer of fiberglass and a layer of resin impregnated fibers. As in the drive shaft of the truck, the graphite fibers are in an angle of i 10 ° with respect to the longitudinal axis of the shaft aligned while the optical fibers are at an angle of 0 ° and 90 ° with respect to the longitudinal axis of the shaft. In addition, there is a -between the metal core and the reinforcement layer Layer of metal glue provided.
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Wie erwähnt, liegt eine Schwierigkeit bei der Herstellung von zusammengesetzten rohrförmigen Elementen zur Übertragung von axialen Kräften und Torsionsbelastungen darin, daß ein großer Unterschied in den physikalischen Eigenschaften des Metallkernes und des faserverstärkten Schichtmaterials besteht, wobei das Schichtmaterial dazu neigt, dem anderen ■ enfcfegenzuwirken. Verschiedenen Komponenten dieses zusammengesetzten Aufbaues werden über die entsprechende Ausrichtung des Graphitfaserglases in dem Verstärkungsmaterial und in der Schicht des Metallklebers zwischen dem Metallkern und der kontinuierlichen Graphitfaserschicht erzielt. Die Abnahme des Gewichtes ohne Zugeständnis an einen Festigkeitsverlust wird erreicht, indem man die maximale Faserverstärkung an einem Punkt vorsieht, wo die Belastungen am größten sind. Somit ist die allmähliche Zunahme der Faserverstärkung von einem Ende zur Mitte und die Abnahme zum zweiten Ende des Rohres von größter Wichtigkeit.As noted, one difficulty lies in the manufacture of composite tubular members for transmission of axial forces and torsional loads in that there is a big difference in physical properties the metal core and the fiber-reinforced layer material consists, wherein the layer material tends to the other ■ to counteract. Different components of this compound Structure are based on the appropriate alignment of the graphite fiber glass in the reinforcement material and in the layer of metal adhesive between the metal core and the continuous graphite fiber layer. The decrease of the Weight without sacrificing any loss of strength is achieved by adding the maximum fiber reinforcement to one Point provides where the loads are greatest. Thus, the gradual increase in fiber reinforcement is of one End to center and the decrease to the second end of the pipe is of the utmost importance.
Die Abmessungen und Dimensionen können ohne weiteres dem jeweiligen Einsatzbereich angepaßt werden.The dimensions and dimensions can easily be adapted to the respective area of application.
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