Ultraleichte Antriebswellen

Antriebswellen, in Autos oder Flugzeugturbinen eingesetzt, können durch den Einsatz moderner Kohlenstofffaser-Werkstoffe um bis zu 50 Prozent leichter werden. Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden erforschen, wie solche Leichtbauwellen ausgelegt werden müssen, damit sie genauso belastbar und stabil sind wie konventionelle Maschinenelemente aus Stahl.

Die Kardanwelle in einem Pkw muss bis zu 6.000 Stunden überstehen, die Hauptwelle eines Flugtriebwerks sogar 100.000 und mehr Stunden. Daher bestehen Antriebswellen bislang meist aus hochfesten Stählen. Doch auch Faserverbundwerkstoffe, zum Beispiel auf Basis von Kohlenstofffasern (CFK), können die extremen Belastungen zuverlässig über die gesamte Lebensdauer überstehen. Dazu werden an den hochbelasteten Enden der CFK-Welle Naben aus Stahl eingebaut. Dieser komplex beanspruchte Verbindungsbereich steht im Mittelpunkt eines von der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., Frankfurt/Main, (FVV) geförderten Projekts.In dem FVV-Projekt wurden verschiedene Welle-Nabe-Kombinationen entwickelt und miteinander verglichen. Als Referenz für den Vergleich diente eine Bolzenverbindung. Hierbei ist die Tragfähigkeit der Faserverbundstruktur durch die lokale Schwächung um das Bohrloch stark begrenzt. Als Alternative wurde eine Pin-Verbindung mit einer Nabe geprüft, die eine Vielzahl nadelähnlicher Pins besitzt. Die Kohlenstofffaser wird in diesem Fall schon während des „Preformings“ – also vor dem Einbringen und Aushärten des Harzes – auf die Nabe gebracht und sogar direkt um die Nabe herumgeflochten.Nochmals deutlich höhere Belastungen erlaubt eine formschlüssige Verbindung, die in Dresden seit Jahren erforscht wird. Die Welle ist im Inneren in diesem Fall nicht kreisrund,sondern weist ein zahnförmiges Profil auf. Auch die Naben besitzen im Inneren Aussparungen mit exakt der gleichen Kontur, so dass Welle und Nabe nicht mehr gegeneinander verrutschen können. Da die Welle, anders als beim Einsatz von Bolzen oder Pins, endlos gefertigt und dann auf die benötigte Länge zugeschnitten werden kann, ergeben sich hohe Rationalisierungspotenziale.   Bild: FVV – Antriebswellen aus CFKErstellt am 29.09.2013

Menü