Zur Gestaltung von Gleitlinearführungen und Gewindetrieben aus Faser-Kunststoff-Verbunden: Tribologie, Auslegung, Fertigung und Prüfung
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Herzogenrath
Shaker
2018
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| Ausgabe: | 1. Auflage |
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe Konstruktiver Leichtbau mit Faser-Kunststoff-Verbunden
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 310 Seiten 82 Illustrationen 21 cm x 14.8 cm, 461 g |
| ISBN: | 9783844058222 3844058222 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis vii
1 Einleitung 1
1 1 Motivation - Führungen aus FKV 3
1 2 Stand der Technik - Führungen 4
121 Wälzführungen 4
122 Gleitlinearführungen 5
123 Gleitlager 8
124 Bewegungsgewinde 10
1 3 Zielsetzung der Arbeit 12
2 Grundlagen der Tribologie und Besonderheiten bei FKV 13
2 1 Allgemeine Definitionen und Begriffe der Tribologie 13
211 Das Tribologische System 13
212 Reibung - Definitionen, Messgrößen und Mechanismen 13
213 Verschleiß - Definitionen, Messgrößen und Mechanismen 17
2 2 Besondere Merkmale der Tribologie von FKV 23
221 Einfluss werkstoffspezifischer Eigenschaften von FKV 23
222 Einfluss betriebsbedingter Eigenschaften 32
2 3 Zusammenfassung und Fazit 42
3 Entwicklung eines Reib-Verschleiß-Prüfstands für FKV 43
3 1 Prüfmethoden zur Untersuchung des tribologischen Verhaltens von
Gleitlagerwerkstoffen 43
311 Allgemeine Grundlagen 43
312 Übersicht der Prüfmethoden 44
3 2 Konzeptentwicklung des Prüfstands 46
321 Anforderungen an einen Reib-Verschleiß-Prüfstand zur Un-
tersuchung von FKV-Reibpartnern 46
322 Konzeptfindung des Prüfstands 47
3 3 Ausarbeitung des Prüfstands 48
331 FE-Optimierung des Prüfstands 51
332 Zur Reibwert-, Verschleiß- und Temperaturmessung 56
i
3 4 Validierung des Prüfstands 59
341 Vergleichbarkeit R und Wiederholbarkeit r 59
342 Versuche zur Validierung des Prüfstands 60
3 5 Zusammenfassung und Fazit 63
4 Experimentelle Reib- und Verschleißuntersuchungen von CFK 65
4 1 Herstellung der CFK-Probekörper 65
4 2 Bestimmung der Reibwerte /i und der spezifischen Verschleißraten k 67
4 3 Stift-Platte-Versuche von CFK-P (Stift) gegen Stahl (Platte) 68
431 Beschreibung der Stift-Platte-Versuche 68
432 Einfluss der Härte und Rauheit des Stahlgegenkörpers 69
4 4 Stift-Platte-Versuche von CFK gegen gehärteten Stahl 73
441 Einfluss der Faserorientierung und des Werkstoffs 73
442 Einfluss der DLC-Beschichtung 83
443 Einfluss von Schmierung 84
4 5 Stift-Platte-Versuche von CFK gegen CFK-P 85
4 6 Stift-Platte-Versuche von ZX-100K gegen CFK und gehärteten Stahl 87
4 7 Kugel-Platte-Versuche von Stahl gegen CFK 88
471 Versuchsbeschreibung der Kugel-Platte-Versuche 88
472 Einfluss der Faserorientierung 90
473 Einfluss der DLC-Beschichtung 91
474 Einfluss von Schmierung 96
4 8 Zusammenfassung und Fazit 98
481 Stift-Platte-Versuche von CFK (Stift) gegen Stahl (Platte) 98
482 Stift-Platte-Versuche von CFK (Stift) gegen CFK-P (Platte) 99
483 Kugel-Platte-Versuche von Stahl (Kugel) gegen CFK (Platte) 99
5 Konzeption und Gestaltung einer Gleitlinearführung aus FKV 101
5 1 Stand der Technik 101
511 Patentrecherche 101
5 2 Zielsetzung einer innovativen Gleitlinearführung aus FKV 106
5 3 Benchmark und Auswahl einer T-Profil Gleitlinearführung 107
5 4 Voruntersuchungen der Stahl T-Profil Gleitlinearführung 109
541 Analytische Abschätzung der Steifigkeiten und Nachgiebig-
keiten 110
542 Numerische Abschätzung der Steifigkeiten und Nachgiebig-
keiten 112
543 Experimentelle Abschätzung der Steifigkeiten und Nachgie-
bigkeiten 118
544 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 121
Inhaltsverzeichnis
5 5 Entwicklung und Konzeption einer Gleitlinearschiene aus CFK 122
551 Gestellte Anforderungen 122
552 Funktionsstrukturen und Vorstellung prinzipieller Teillö-
sungen 123
553 Übersicht der betrachteten Konzepte 126
5 6 2D Finite-Elemente-Analyse der CFK-Konzepte zur Bestimmung der
Steifigkeiten 127
561 Spezifische Steifigkeiten unter Druck-, Zug- und Querzug-
belastung 128
562 Optimierung der Steifigkeiten durch den Einsatz von UHM-
Fasern 129
563 Integration tribologischer Gleitelemente 130
564 Zusammenfassung und Fazit der 2D FEA 131
5 7 3D Finite-Elemente-Analyse der Stahl- und FKV-Gleitlinearschiene 132
571 Grundlegende Annahmen zu den Simulationsmodellen 132
572 Einfluss der Zweiteilung sowie der Verschraubung der
Stahl-Gleitlinearführung 135
573 Spezifische Steifigkeiten der CFK-Gleitlinearschienen 136
574 Thermische Ausdehnung der CFK-Gleitlinearschienen 139
5 8 Fertigung von CFK-Gleitlinearschienen 141
581 Beschreibung des Presswerkzeugs 141
582 Übersicht gefertigter T-Profil CFK-Gleitlinearschienen 142
5 9 Experimentelle Untersuchungen der CFK-Gleitlinearschienen 145
591 Untersuchungen zum Vorspannkraftverlust der Verschrau-
bung 145
592 Ergebnisse der Druck-, Zug- und Querzugversuche 146
5 10 Zusammenfassung und Fazit 147
6 Konzeption und Gestaltung einer Trapezgewindespindel aus CFK 151
6 1 Stand der Technik 151
611 Definitionen und Berechnungsgrundlagen von Gewindetrie-
ben 151
612 Allgemeine Grundlagen von Trapezgewindetrieben 156
613 Übersicht genormter Gewindearten 157
614 Patentrecherche 161
6 2 Zielsetzung 161
6 3 Voruntersuchungen zur Fertigung von Trapezgewindespindeln aus
FKV 165
631 Fertigung der Spindel 165
632 Fertigung des Gewindes 165
iii
Inhaltsverzeichnis
633 Experimentelle Untersuchungen der Schubfestigkeit 168
634 Fazit zur Fertigung 169
6 4 Einfluss von Umgebungsmedien 169
641 Ergebnisse der Einlagerungsversuche 171
6 5 2D Finite-Elemente-Analyse der CFK-Ringe 174
651 Versuchsübersicht für die Validierung 174
652 Beschreibung des FE-Modells 175
653 Validierung des FE-Modells 176
6 6 Parameterdiskussion und Bestimmung der neuen Geometrie 181
661 Einfluss der Zahnhöhe h3 181
662 Einfluss des Flankenwinkels a 181
663 Einfluss der Zahnbreite b2 182
664 Einfluss des Radius R2 182
665 Einfluss des Innendurchmessers d{ einer Hohl-Gewindespindel 183
666 Übersicht der CFK-Prototypen 183
6 7 2D Finite-Elemente-Analyse zur Bestimmung der Steifigkeit und
Festigkeit 185
671 Beschreibung des FE-Modells 185
672 Numerische Ermittlung der Festigkeiten 186
673 Spezifische Steifigkeiten der CFK-Gewindespindeln 187
6 8 Experimentelle Untersuchungen der Bruchlast 188
681 Beschreibung des Prüfaufbaus 188
682 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen 189
6 9 Zusammenfassung und Fazit 190
7 Konzeption und Gestaltung einer Kugelgewindespindel aus CFK 195
7 1 Stand der Technik 195
711 Definitionen und Berechnungsgrundlagen von Kugelgewin-
detrieben 195
7 2 Zielsetzung 198
7 3 Ermittlung der Rahmenbedingungen 199
731 Bestimmung der Gewindeform 200
732 Berechnung der zulässigen dynamischen Kugellast FKdyn für
die Kugel-Platte-Versuche 200
733 Berechnung der zulässigen statischen Kugellast FK stat des
Gewindetriebs 204
7 4 Zur punktförmigen Kontaktmechanik von FKV 205
741 Grundlagen zur Kontaktmechanik von isotropen Werkstoffen 205
742 Analytische Ansätze zur Kontaktmechanik von orthotropen
Werkstoffen 208
IV
Inhaltsverzeichnis
743 Experimentelle Bestimmung des Eindringmoduls M ver-
schiedener FKV 210
744 3D Modellierung der Kontaktmechanik zwischen Kugel/Ebene212
745 Vergleich der Analytik, Versuche und FEA zur Kontaktme-
chanik von Kugel/CFK-Würfel 216
7 5 Spezifische Steifigkeiten der CFK-Kugelgewindespindeln 218
7 6 Fertigung von CFK-Kugelgewindespindeln 219
761 Betrachtung der Wicklungen 219
7 7 Experimentelle Untersuchungen der Bruchlast 221
771 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen 221
7 8 Zusammenfassung und Fazit 222
8 Zusammenfassung und Ausblick 227
8 1 Zusammenfassung der Arbeit 227
8 2 Ausblick für weitere wissenschaftliche Arbeiten 231
Literaturverzeichnis 233
A Zu Kapitel 2 - Tribologie 261
A l Übersicht tribotechnischer Systeme 261
A 2 Polarität verschiedener Polymere 261
A 3 Bezogene Verschleißmessgrößen 262
A 4 Indirekte Verschleißmessgrößen 262
A 5 Reib- und Verschleißwerte aus der Literatur 263
B Zu Kapitel 4 - Reibversuche 275
B l Werkstoffkennwerte LY556, ZX-100K, RG7 und CuSnl2 275
B 2 Eigenschaften des Schmierfetts NEFF Grease 2 und NEFF Grease 2/3 276
C Zu Kapitel 5 - Linearführung 277
C l Kennwerte anisotroper Werkstoffe für die FEA 277
C 2 Kennwerte anisotroper Werkstoffe für die FEA 278
C 3 Nachgiebigkeiten der geprüften Gleitlinearschienen 280
D Zu Kapitel 6 - Trapezgewindetriebe 281
D l Werkstoffkennwerte des 12° AWV Laminats (T700-LY556) 281
D 2 Werkstoffkennwerte des 12° AWV UHM Laminats (UHM-LY556) 282
E Zu Kapitel 7 - Kugelgewindetriebe 283
E l Werkstoffkennwerte 283
Inhaltsverzeichnis
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