Development of innovative fiber composite drive shafts in hybrid design—Functional integration and lightweight construction using new material concepts

Abstract

ZusammenfassungIn diesem Beitrag wird Einblick in die Produktentwicklung einer neuartigen Faserverbundantriebswelle in Leichtbauweise gegeben. Durch eine hybride Bauweise aus Faserverbundkunststoffen und technischen Elastomeren wird die Spannungsführung in den lasttragenden Faserverbundbereichen optimiert. Über die bauartbedingte Funktionsintegration von Verlagerungskapazitäten sowie einer hohen Torsionselastizität, bildet die Antriebswelle zudem integrativ Eigenschaften elastischer Kupplungen ab. Dies ermöglicht die Reduktion des Bauraums, der Komponentenanzahl und der Masse des gesamten Antriebsstrangsystems. Der Einsatz der neuartigen Hybridmaterialarchitektur stellt die Produktentwicklung jedoch vor neue Herausforderungen. Insbesondere das Stabilitäts- und Langzeitverhalten wurde bislang nicht umfassend erforscht. Dieser Beitrag stellt die Technologieentwicklung auf Basis von anwendungsgerechten Simulations- und Prüfmethoden vor. Der Fokus liegt auf der experimentellen Konzeptvalidierung, welche durch den Einsatz von optischer Deformationsmesstechnik unterstützt wurde. An Funktionsprototypen wurden Torsionssteifigkeiten und das Stabilitätsverhalten unter hohen Lasten gemessen und Simulationsergebnissen gegenübergestellt. Weiterhin wurde das Langzeit- und Ermüdungsverhalten untersucht, um die Material- und Bauteileigenschaften unter hohen statischen und zyklischen Lasten zu charakterisieren. Aus den Versuchsergebnissen wurden Potenziale in der Produktentwicklung sowie in der Prüftechnik identifiziert.