Zur Einleitung von Torsionsmomenten in hoch beanspruchte Faser-Kunststoff-Verbund-Wellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Helmut Schürmann
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267625657

Wellen sind ein ideales Anwendungsgebiet für den Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen. Das zentrale konstruktive Problem ist die Krafteinleitung. Es ist eine Reihe von Lösungen bekannt. Sowohl leichtbauoptimal als auch großserientauglich ist der Längspressverband mit Mikrozahnung. Am Fachgebiet Konstruktiver Leichtbau und Bauweisen wurden bereits theoretische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die Spannungsverteilungen während des Einpressens und bei Torsionsbelastung der Welle wurden analytisch beschrieben; die Auslegungsbeziehungen sind unmittelbar für Konstrukteure verwendbar. Es fehlen jedoch wesentliche Details, die der Konstrukteur unbedingt für eine sichere Auslegung benötigt. Des Weiteren sind einige Optimierungsmöglichkeiten noch nicht bearbeitet worden. Im Rahmen dieses Projekts sollen die wichtigsten der noch offenen Fragestellungen angegangen werden. Entscheidenden Einfluss auf die Leichtbaugüte des Längspressverbands hat die Gestaltung der Mikrozahnung. Deren Optimierung ist das vordringlichste Ziel. Zu erarbeiten sind insbesondere die optimale Zahngeometrie und die Teilung der Zähne über den Umfang. Eine Betrachtung der Zahneindringtiefe in das Laminat soll Aufschluss über Faserschäden und deren Auswirkungen geben.Wird die Nabe von außen auf die Welle gepresst, muss am Welleninnenradius eine Stützring angebracht sein. Dieser Stützring wird auf faserparallelen Druck beansprucht. Um ein Stabilitätsversagen zu verhindern, müssen sichere Konstruktionslösungen erarbeitet werden. Für große Torsionsmomente werden die Presskräfte, bedingt durch das benötigte große Übermaß, sehr hoch. Es müssen unbedingt Maßnahmen zur Senkung der Einpresskräfte breitgestellt werden.Übergeordnetes Ziel ist es, den Faserverbund-Konstrukteuren Konstruktionsregeln und die benötigten Daten an die Hand zu geben, um einen leichtbauoptimalen Längspressverband mit maximal übertragbarem Moment zielgenau auslegen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen