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September 2014
Wolfgang Bleser
Beitrag zur Analyse und Gestaltung der Krafteinleitung in Hebel aus Faser-Kunststoff-Verbunden
Hebel und Zug-/Druckstangen sind wichtige Maschinenelemente. Mit der zunehmenden Bedeutung von Faser-Kunststoff-Verbunden als Leichtbauwerkstoff, werden häufig auch Hebel aus diesem Werkstoff konstruiert. Die Krafteinleitung stellt bei der Konstruktion von Faserverbund-Hebeln die größte Herausforderung dar.
Die Krafteinleitung in Hebel wurde hauptsächlich infolge von Querkraftbelastungen analysiert. Der Einfluss der Hebelgeometrie und des Laminataufbaus auf die Beanspruchung der Krafteinleitung wurde in FEM-Berechnungen und experimentell untersucht. Aus den Erkenntnissen wurden eigene Hebelbauformen entwickelt. Ziel war neben einer hohen Belastbarkeit der Krafteinleitung auch eine wirtschaftliche Fertigung der Hebel. Das Kardangelenk wurde als konkrete Hebelanwendung gewählt, um den Hebel unter realen Bedingungen zu testen. Mit dem Halbschalenkonzept wurde eine neue faserverbundgerechte Herstellung für Gelenkgabeln entwickelt. Neben der Faserverbund-Gelenkgabel wurde auch das Zapfenkreuz konstruiert und mehrere Montagekonzepte mit dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs entworfen. Berechnungen und Bauteilversuche bestätigten das große Potenzial von Faser-Kunststoff-Verbund-Hebeln in Kardangelenken. Eine weitere Hebelanwendung ist die Kurbel. Kurbeln müssen neben Kräften auch Momente übertragen. Zur Einleitung eines Moments in den Faser-Kunststoff-Verbund-Hebel wurde in dieser Arbeit der reibkraftschlüssige Längspressverband untersucht. Die Verbindung erwies sich als tragfähig und zudem konnten die üblichen Auslegungsregeln des Längspressverbands angewandt werden.
Die Krafteinleitung in Hebel wurde hauptsächlich infolge von Querkraftbelastungen analysiert. Der Einfluss der Hebelgeometrie und des Laminataufbaus auf die Beanspruchung der Krafteinleitung wurde in FEM-Berechnungen und experimentell untersucht. Aus den Erkenntnissen wurden eigene Hebelbauformen entwickelt. Ziel war neben einer hohen Belastbarkeit der Krafteinleitung auch eine wirtschaftliche Fertigung der Hebel. Das Kardangelenk wurde als konkrete Hebelanwendung gewählt, um den Hebel unter realen Bedingungen zu testen. Mit dem Halbschalenkonzept wurde eine neue faserverbundgerechte Herstellung für Gelenkgabeln entwickelt. Neben der Faserverbund-Gelenkgabel wurde auch das Zapfenkreuz konstruiert und mehrere Montagekonzepte mit dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs entworfen. Berechnungen und Bauteilversuche bestätigten das große Potenzial von Faser-Kunststoff-Verbund-Hebeln in Kardangelenken. Eine weitere Hebelanwendung ist die Kurbel. Kurbeln müssen neben Kräften auch Momente übertragen. Zur Einleitung eines Moments in den Faser-Kunststoff-Verbund-Hebel wurde in dieser Arbeit der reibkraftschlüssige Längspressverband untersucht. Die Verbindung erwies sich als tragfähig und zudem konnten die üblichen Auslegungsregeln des Längspressverbands angewandt werden.
Schlagwörter: Faserverbundhebel; FKV-Kardangelenk
Schriftenreihe Konstruktiver Leichtbau mit Faser-Kunststoff-Verbunden
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Helmut Schürmann, Darmstadt
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Shaker Verlag GmbH
Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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