Festigkeitsanalyse01


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	Referenzprojekte


	Industriepartner einiger Entwicklungsprojekte:


Bergische Stahlindustrie Eisenhütte Westfalia Lünen Stahlwerke Bochum AG Thyssen Stahl Anker Schroeder GmbH

	Projektbeispiele

		Festigkeitsoptimierung einer Baureihe von Kupplungsbolzen Ermittlung der Beanspruchung und Formoptimierung an einer Gelenköse einer Bergbaumaschine Optimierung der Steifigkeit der Lenker einer Präzisionswaage


	Festigkeitsoptimierung einer Baureihe von Kupplungsbolzen

Aufgabenstellung

Vom Auftraggeber werden axial- und winkelbewegliche Wellenkupplungen hergestellt. Das Drehmoment wird hierbei durch 4 oder 6 Laschen übertragen. Um eine gleichmäßige Belastung der Laschen zu gewährleisten, muß die Verbindung zweier Laschen reibschlüssig erfolgen. Der Reibschluß wird durch eine Paßbolzenverbindung hergestellt, die gleichzeitig die Verbindung der Laschen zu den Kupplungsflanschen übernimmt.

Das Festziehen der Mutter erfolgt mit dem für dieses Gewinde festgelegten Anzugsdrehmoment. Bei diesem Anziehen der Mutter kommt es vor, daß der obere Bund des Bolzens abgeschert wird. Im Zuge einer konstruktiven Überarbeitung der Kupplung sollte daher das Konstruktionselement "Bolzen" für die Palette der im Programm befindlichen Kupplungsgrößen festigkeitsmäßig überprüft und formoptimiert werden.

Ziel der durchgeführten Untersuchungen war es:

1. Den im Bolzen herrschenden Spannungszustand zu ermitteln und

2. zu untersuchen, durch welche Maßnahmen eine Verminderung der auftretenden Maximalspannungen zu erreichen ist.




		Bild der Spannungslinien




	spannungsoptischer Modellversuch

Ergebnisse der Untersuchung

Durch spannungsoptische Modellversuche konte die Belsastung der derzeitigen Bolzenform ermittelt und das Bild der Hauptnormalspannungstrajektorien (Spannungslinien) dargestellt werden.

Durch die anschließende Formoptimierung wurde die Belastung der Bolzen um 50% reduziert.


	Ermittlung der Beanspruchung und Formoptimierung an einer Gelenköse einer Bergbaumaschine


	Aufgabenstellung An der Übergangsstelle von Sperrgelenk zum Abstützschild einer hydraulischen Bergbaumaschine traten häufig Risse auf, die zum Ausfall der Maschine führten. Die in diesem Bereich auftretenden Spannungen sollten ermittelt und durch eine Formoptimierung ggf. die Belastungen vermindert werden.

	Ergebnis der Untersuchungen Durch sich ergänzende spannungsoptische Modellversuche und Finite-Elemente-Berechnungen konnten die im kritischen Bereich liegenden Spannungen ermittelt werden. Hierbei stellte sich heraus, daß die resultierenden Beanspruchungen oberhalb der zulässigen beanspruchungen des Werkstoffs lagen. Durch die anschließende Formoptimierung konnten die Belastungen um 20% gesenkt werden. Dieser Wert führte zu einer erheblichen Verlängerung der Maschineneinsatzzeit.




	Prinzipbild Gelenköse



		FEM-Netz


	Optimierung der Steifigkeit der Lenker einer Präzisionswaage

Aufgabenstellung

Zur Optimierung der Steifigkeitsverhältnisse in der Mechanik von Präzisionswaagen, ist das Verformungsverhalten der in Blattfedern geführten Lenker zu analysieren. Insbesondere interessieren die Verformungen des Lenkers aufgrund exzentrischen Kraftangriffs.




		Prinzip Blattfedermechanik




		räumliches FEM-Netz

Ergebnis der Untersuchungen

Zur Beurteilung der Steifigkeitsverhältnisse der Lenker der Präzisionswaage wurden räumliche Finite-Element-Rechnungen durchgeführt. Die Rechnungen ergeben einen Überblick über die Verformungen der Lenker bei verschiedenen Beanspruchungsverhältnissen.

In den anschließenden Untersuchungen zur Optimierung wurden Ansatzpunkte für mögliche Umgestaltungen des Systems entwickelt.


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