Gestaltung und Untersuchung drehsteifer Wellenkupplungen mit balgförmiger Ausgleichsstruktur aus vorimprägnierten Kohlenstofffaserhalbzeugen
Christian Oblinger
Zur Steigerung der energieeffizienten Ausrichtung technischer Systeme spielt Leichtbau eine wichtige Rolle, wobei die Klasse der Faserverbundwerkstoffe eine große Bedeutung besitzt. Insbesondere kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) wird zum Beispiel in Antriebssträngen bei CFK-Wellen häufig genutzt, allerdings kaum bei nachgiebigen CFK-basierten Wellenkupplungen mit balgförmiger Ausgleichsstruktur.
Ziel dieser Arbeit ist es, drehsteife Wellenkupplungen mit balgförmiger Ausgleichsstruktur aus vorimprägnierten Kohlenstofffaserhalbzeugen auf Epoxidharzbasis zu gestalten und zu untersuchen.
Es werden unterschiedliche Geometrieansätze zur faserverbundgerechten Gestaltung von balgförmigen Ausgleichsstrukturen und von intrinsischen Anbindungsstrukturen konzipiert. Anhand numerischer Untersuchungen wird der Einfluss von geometrischen Gestaltungsparametern auf das strukturmechanische Verhalten in Abhängigkeit der Geometrieansätze identifiziert und beschrieben. Darauf aufbauend werden verschiedene Bauweisenkonzepte für balgförmige CFK-Wellenkupplungen erstellt und numerisch vorausgelegt. Mittels experimenteller Untersuchungen bei Raumtemperatur wird einerseits nachgewiesen, dass in hohem Maße eine drehsteife spielfreie Drehmomentübertragung existiert. Andererseits ist ein Ausgleich von Axial- sowie Winkelversatz der Kupplungshälften vorhanden.
Im Rahmen von weiteren experimentellen Untersuchungen wird die Laminatqualität von ausgewählten Probekörpern analysiert. Die numerischen Modelle zur Vorauslegung der Bauweisenkonzepte für CFK-Balgkupplungen werden mit Erkenntnissen aus der Herstellung der Probekörper sowie aus den Untersuchungen zur Laminatqualität erweitert. Die numerisch bestimmten Größen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentell gemessenen Größen. Abschließend werden die essenziellen Erkenntnisse dieser Arbeit in Gestaltungsempfehlungen für CFK-Balgkupplungen transferiert.
