Faserverbundbauweise steigert die Federleistung

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Die Fertigung von Schraubenfedern in Faserverbundbauweise kann entsprechend den Vorgaben bezüglich der Kosten, der Fertigungszeit und der Oberflächengüte variieren. Geeignet sind das RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding), das Kernwickeln unter Verwendung imprägnierter Preforms sowie die umformtechnische Fertigung unter Anwendung thermoplastischer Matrixwerkstoffe. Nach der Konsolidierung der Matrix wird die Feder vom Werkzeug entformt und bei allen Verfahren der Kern entfernt. Zur Verifikation der rechnerischen Auslegung wurden am ILK statische und dynamische Belastungsversuche mit verschiedenen textilen Konfigurationen für eine Federgeometrie durchgeführt.

Flächige Tellerfederstruktur bietet sich für Faserverbundbau an

Aufgrund der flächigen Struktur sind Tellerfedern für die Umsetzung in Faserverbundbauweise prädestiniert. Potenzielle Anwendungen bieten beispielsweise Rutsch- und Überlastkupplungen oder der Einsatz zum Spielausgleich im Anlagenbau. Für die rechnerische Auslegung von Tellerfedern in Faserverbundbauweise wurden die bestehenden analytischen Berechnungsverfahren für die Verwendung mit FKV, das heißt für die orthotropen Materialeigenschaften, angepasst.

Die Validierung der analytischen und numerischen Berechnungen geschah anhand hergestellter Federprototypen. Die Herstellung erfolgte auf Basis verschiedener Kohlenstofffaserhalbzeuge wie bidirektionalem Gewebe, Flechtschlauch und TFP-Gelegepreform (Tailored Fibre Placement). Bei der Validierung zeigte sich insgesamt eine sehr gute Übereinstimmung.

Insbesondere geschlitzte Tellerfedern in Faserverbundbauweise haben ein sehr hohes Leichtbaupotenzial. Grund dafür ist die Möglichkeit der Abbildung von spezifischen Faserorientierungen für die einzelnen Teilbereiche der Feder. Theoretische und praktische Untersuchungen bestätigen dies. Die Konsolidierung der hergestellten Tellerfederprototypen erfolgte im RTM-Verfahren. Für eine großserientechnische Herstellung ist aufgrund der einfachen Geometrie unter anderem eine presstechnische Umsetzung sehr gut vorstellbar.

Das Berechnungsprogramm Sprinca ermöglicht die Auslegung verschiedenster Federtypen in Faserverbundbauweise. Das Programm bietet eine benutzerfreundliche Bedienoberfläche mit intuitiver Menüführung. Aufgrund der Möglichkeit des permanenten Zugriffs auf alle relevanten Designparameter sowie der Implementierung analytischer und numerischer Methoden innerhalb einer Berechnungsumgebung wird der iterative Federauslegungsprozess stark beschleunigt.

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