Technologie nieuws

Aandrijfassen die in auto’s of vliegtuigturbines worden gebruikt, kunnen door het gebruik van moderne materialen met koolstofvezels tot 50% lichter worden. Wetenschappers van het Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik aan de Technische Universität Dresden onderzoeken hoe dergelijke lichtgewicht assen moeten worden ontworpen, zodat ze net zo betrouwbaar, belastbaar en stabiel zijn als conventionele stalen machineonderdelen.

Ultralichte aandrijfassen helpen op twee manieren om minder brandstof te verbruiken. Aan de ene kant daalt het totaal gewicht van het voertuig, aan de andere kant stijgt het rendement. Door het lagere gewicht vermindert het te overwinnen massatraagheidsmoment. De krachten en draaimomenten, die moeten worden overgebracht zijn groot, terwijl de levensduur lang moet zijn.

De cardanas van een personenwagen moet meer dan 6000 uur kunnen halen, de hoofdas van een vliegtuigmotor zelfs 100.000 of meer uren. Daarom zijn aandrijfassen meestal gemaakt van staalsoorten met een hoge treksterkte. Maar ook vezelcomposietmaterialen zoals op basis van koolstofvezels (CFK), zouden deze extreme belastingen de hele levensduur betrouwbaar aankunnen.

Verbinding
Hiertoe worden aan de zwaarbelaste uiteinden van de assen van koolstofcomposiet naven van staal aangebracht. Deze zwaarbelaste complexe verbinding staat in de focus van een door de Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) gesubsidieerd project.

De verbinding tussen verschillende materialen is voor de ingenieurs een uitdaging. Bij een onjuist ontwerp is het uitvallen van een component door het overgangsgebied tussen de verschillende materialen het meest waarschijnlijk. In het FVV-project werden verschillende combinaties van as en naaf ontwikkeld en met elkaar vergeleken. Een boutverbinding diende als referentie in de vergelijking.

De bout wordt door gaten in de as gestoken om te zorgen voor de borging van de naaf. Dit is een in de machinebouw bekende verbinding, die goed is te berekenen. Bij hoge productie-aantallen zoals in de automobielindustrie gebruikelijk, is het echter niet efficiënt. Ook wordt de stijfheid van de vezelcomposietstructuur ter plaatste door het boorgat verzwakt.

Hogere belastingen
Als alternatief onderzochten de onderzoekers een pinverbinding. Het gaat hierbij om een naaf met een groot aantal pennen. De koolstofvezels worden hierbij al tijdens de voorbewerking, dus voor het aanbrengen en uitharden van het hars, op de naaf aangebracht en zelfs om de naaf heen gevlochten. De onderzoekers uit Dresden toonden aan dat deze vorm van een verbinding goed te produceren is, een uitstekende functionaliteit heeft en uitstekende draagkracht heeft.

Volgens het jarenlange onderzoek in Dresden laten de vergrendelde verbindingen beduidend hogere belastingen toe. De as is in dit geval in het midden niet zuiver rond maar heeft een tandvormig profiel. Ook de naaf heeft inwendig uitsparingen met precies dezelfde vormen, zodat de as en de naaf niet meer ten opzichte van elkaar kunnen verdraaien.

Omdat deze as, anders dan bij het gebruik van bouten of pinnen, eindeloos wordt geproduceerd en dan op de juiste lengte kan worden afgesneden, levert dat belangrijke voordelen op. Bij massaproductie zou de geprofileerde as de grote concurrent kunnen worden.

Vooruitzichten
De resultaten van het FVV-project moeten zodanig worden gepresenteerd, dat ingenieurs deze voor de ontwikkelingen in de industrie kunnen gebruiken. Voor de constructie van stalen assen zijn er veel richtlijnen, maar de ontwikkelaars bij de koolstofcomposiet assen betreden een volledig nieuw gebied.

De onderzoekers willen hun kennis delen en de resultaten gereedmaken voor de praktijk. Het gaat hen niet om juiste of verkeerde interpretatie maar in het aan het vinden van passende oplossingen.

In de toekomst zullen steeds vaker verschillende technologieën worden gecombineerd. Daarbij is het mogelijk om binnen het FVV-project onderzochte mechanische verbindingstechnologieën te ondersteunen met lijmprocessen. Zo moeten economische lichtgewicht oplossingen ontstaan, die tegelijkertijd het milieu ontlasten.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven