DE-112020006110-B4 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ROHRKÖRPERS

Abstract

Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers, mit: einem Anordnungsschritt zum Anordnen von Fasern (13a) bezüglich einer äußeren Umfangsfläche eines Dorns (1) mit einer kreiszylindrischen Form mit gleichbleibendem Durchmesser derart, dass der Ausrichtungswinkel θ der Fasern (13a) bezüglich der Achse (X) des Dorns (1) so bemessen ist, dass die Fasern (13a) mit weniger als einer Windung bezüglich des Dorns (1) gewickelt sind; einem Formschritt zum Imprägnieren der Fasern (13a) mit einem Harz (21) auf der äußeren Umfangsfläche des Dorns (1) und danach Erhitzen des Harzes (21), um das Harz (21) zu formen, und zwischen dem Anordnungsschritt und dem Formschritt einen Fixierschritt zumindest des oberen Endabschnitts zum Fixieren der Fasern (13a) bezüglich der äußeren Umfangsfläche des Dorns (1) durch ein aus einem Harz bestehenden Fixierelement (14C, 14D, 14E, 15) umfasst, wobei der Anordnungsschritt und der Formschritt in einem Zustand durchgeführt werden, in dem die Achsrichtung des Dorns (1) mit einer Aufwärts-Abwärts-Richtung zusammenfällt, und wobei in dem Formschritt der Dorn (1), auf dem zumindest der obere Endabschnitt der Fasern durch das Fixierelement (14C, 14D, 14E, 15) fixiert worden ist, in einem Raum einer Formvorrichtung (2) angeordnet ist und das Harz (21) in einem geschmolzenen Zustand von oberhalb des oberen Endabschnitts in den Raum injiziert wird, um die Fasern (13a) mit dem Harz (21) zu imprägnieren.

Inventors

• Takahiro Nakayama
• Kenichi Mori
• Kazuki Ohta

Assignees

• HITACHI ASTEMO, LTD.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20200319

Claims (7)

1. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers, mit: einem Anordnungsschritt zum Anordnen von Fasern (13a) bezüglich einer äußeren Umfangsfläche eines Dorns (1) mit einer kreiszylindrischen Form mit gleichbleibendem Durchmesser derart, dass der Ausrichtungswinkel θ der Fasern (13a) bezüglich der Achse (X) des Dorns (1) so bemessen ist, dass die Fasern (13a) mit weniger als einer Windung bezüglich des Dorns (1) gewickelt sind; einem Formschritt zum Imprägnieren der Fasern (13a) mit einem Harz (21) auf der äußeren Umfangsfläche des Dorns (1) und danach Erhitzen des Harzes (21), um das Harz (21) zu formen, und zwischen dem Anordnungsschritt und dem Formschritt einen Fixierschritt zumindest des oberen Endabschnitts zum Fixieren der Fasern (13a) bezüglich der äußeren Umfangsfläche des Dorns (1) durch ein aus einem Harz bestehenden Fixierelement (14C, 14D, 14E, 15) umfasst, wobei der Anordnungsschritt und der Formschritt in einem Zustand durchgeführt werden, in dem die Achsrichtung des Dorns (1) mit einer Aufwärts-Abwärts-Richtung zusammenfällt, und wobei in dem Formschritt der Dorn (1), auf dem zumindest der obere Endabschnitt der Fasern durch das Fixierelement (14C, 14D, 14E, 15) fixiert worden ist, in einem Raum einer Formvorrichtung (2) angeordnet ist und das Harz (21) in einem geschmolzenen Zustand von oberhalb des oberen Endabschnitts in den Raum injiziert wird, um die Fasern (13a) mit dem Harz (21) zu imprägnieren.
2. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers nach Anspruch 1 , wobei das Fixierelement (14C, 14D, 14E, 15) nur den wenigstens oberen Endabschnitt (15) der Fasern fixiert.
3. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers nach Anspruch 1 oder 2 , wobei das Fixierelement (14C) rohrförmig ausgebildet ist.
4. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers nach Anspruch 3 , weiterhin mit einem Schrumpfschritt zum Erhitzen des Fixierelements (14C, 14D, 14E, 15) unter Einsatz von Wärme sowohl des Harzes (21) als auch der Formvorrichtung (2), wobei die Wärme jeweils in dem Formschritt erzeugt wird, um dadurch ein Schrumpfen des Fixierelements (14C, 14D, 14E, 15) zu bewirken.
5. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 , wobei das Fixierelement (14D) mit der Röhrenform ein folienartiges Element ist, das mit einer oder mehreren Windungen in Umfangsrichtung gewickelt ist.
6. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 , wobei das Fixierelement (14E) aus einer Vielzahl von Fixierelementen (14E) besteht, wobei die Vielzahl von Fixierelementen (14E) in dem Fixierschritt derart angeordnet werden, dass sie in der Achsrichtung des Dorns (1) beabstandet sind.
7. Herstellungsverfahren eines Rohrkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei das Fixierelement (14C, 14D, 14E, 15) aus demselben Material wie das Harz (21) gebildet ist oder aus einem Material gebildet ist, das durch eine Wärme der Formvorrichtung (2) und/oder des Harzes (21) schmilzt, um sich mit dem Harz (21) zu vermischen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrkörpers, welcher beispielsweise als Antriebswelle eines Fahrzeugs eingesetzt wird. An Fahrzeugen montierte Antriebswellen (Kardanwellen), wie in der JP H03- 265 738 A gezeigt, weisen jeweils einen Rohrkörper auf, der sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs erstreckt. Der Rohrkörper überträgt von einem Antriebssystem erzeugte und durch ein Getriebe abgebremste Kraft auf ein Enduntersetzungsgetriebe. Es ist ein aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehender und unter Verwendung eines Dorns hergestellter Rohrkörper als ein Rohrkörper bekannt, der für eine derartige Antriebswelle eingesetzt wird. Die DE 10 2014 008 649 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters. Dabei wird eine Tragstruktur, insbesondere in Form eines Liners, bereitgestellt. Der Liner besteht aus Stahlmaterialien oder aus Kunststoffmaterialien, der jeweils als Hohlkörper ausgebildet an seinen gegenüberliegenden Enden mit einer Durchgangsöffnung versehen ist. Auf die Tragstruktur wird, unter Bildung einer Grundstruktur ein Fasermaterial trocken aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt durch Bewickeln oder Umflechten der Tragstruktur. Dabei wird die Tragstruktur in axialer und tangentialer Richtung so bewickelt, dass das Fasermaterial im Wesentlichen auf Zug belastet ist. Die so entstandene Grundstruktur wird in eine beheizbare Formeinrichtung eingebracht. Darauf folgend wird eine Matrix mittels eines Harz-Injektionsverfahrens zwischen die Formeinrichtung und die Grundstruktur eingebracht, wobei die Matrix in das Fasermaterial zumindest teilweise eindringt. Die DE 2 016 479 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines axial und radial belastbaren Isolationsrohrs. Zur Herstellung des Isolationsrohrs wird ein Fiberglasmaterial auf eine Gießform aufgebracht. Insbesondere wird das Fiberglasmaterial um eine Patrize angeordnet. Um dieses Fieberglasmaterial wird eine Matrize angeordnet. Der Raum zwischen den Gießformen wird entleert bzw. evakuiert. Dann wird die Gießform erwärmt und ein wärmeaushärtendes Harz auf dieses Fiberglasmaterial aufgetragen, indem das warmaushärtende Harz in die Gießform an einer Vielzahl an Stellen eingeführt wird. Die DE 10 2014 222 841 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines annähernd rotationssymmetrischen Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils mit wenigstens einem axialen Hinterschnittabschnitt. Zunächst wird ein Roving mit einem Ende an einer Wickelspindel befestigt. Nachfolgend wird die Wickelspindel gemäß um ihre Drehachse gedreht. Dabei wird der Roving auf einer Halteeinrichtung aufgewickelt. Der durch Aufwickeln des Rovings auf die Halteeinrichtung hergestellte Faservorformling weist zunächst einen kleineren Außendurchmesser als der kleine Innendurchmesser eines formgebenden Werkzeugs auf. Nach dem Einbringen des Faservorformlings werden das Werkzeug und der Faservorformling zusammen mit der Wickelspindel entsprechend der Drehachse der Wickelspindel gedreht. Die Haltevorrichtung wird in axialer Richtung zusammengeschoben, so dass der gewickelte Roving entspannt wird. Unter Fliehkrafteinfluss wird der Faservorformling an der inneren Oberfläche des Werkzeugs abgelegt. Vor dem Einbringen in das Werkzeug wird der Faservorformling mit einem aushärtenden fluiden Kunststoff bzw. einem Harz besprüht oder bespritzt oder in ein Harzbad eingetaucht. Anschließend wird der imprägnierte Faservorformling durch Aufheizen des Werkzeuges ausgehärtet, wobei während des Aushärtevorganges der imprägnierte Faservorformling gemeinsam mit dem Werkzeug weitergedreht wird. Bekannte Methoden zum Wickeln eines Materials über einen Dorn beinhalten die Fadenwickelmethode, die das Wickeln einer durchgehenden, mit einem Harz imprägnierten Faser umfasst, sowie die Folienwickelmethode, die das Wickeln eines Prepreg (einer durch Imprägnieren eines Fasermaterials mit einem Harz hergestellten Folie) umfasst. Die Fadenwickelmethode ist für eine kostengünstige Herstellung von Vorteil, hat aber ein Problem bei der Ausrichtung eines Fasermaterials entlang der Achsrichtung eines Dorns, und mit anderen Worten bei der Ausrichtung eines Fasermaterials entlang der Achsrichtung des Rohrkörpers. Andererseits ermöglicht die Folienwickelmethode das Ausrichten eines Fasermaterials entlang der Achsrichtung eines Dorns, weist aber Nachteile hinsichtlich der Herstellungskosten auf. Angenommen, dass L in diesem Fall die Achsrichtungslänge darstellt, über welche Fasern über einem Dorn angeordnet werden, dann stellt r den Radius der äußeren Umfangsfläche des Dorns dar, und θ stellt den Ausrichtungswinkel der Fasern in Bezug auf den Dorn dar (siehe 1). Wenn der Ausrichtungswinkel θ so klein ist, dass tan θ < |2πr / L|, dann lässt sich die Faser nicht mit einer oder mehreren Windungen um den Dorn wickeln, wobei in diesem Fall die Schwerkraft eine Abtrennung der Fasern von dem Dorn bewirken kann. Die vorliegende Erfindung soll ein derartiges Problem lösen, und