Numerische Untersuchung der Materialparameter und Festigkeit von Wickelkopfbandagen aus Faser-Kunststoff-Verbund

Kurzfassung der Masterarbeit
Aufgrund immer größer werdender Anforderungen an rotierende elektrische Maschinen, stehen Unternehmen in der Pflicht, die Grenzen ihrer Produkte immer wieder aufs Neue auszuloten. Dem voraus geht eine umfangreiche Analyse der eignen Produkte. Hinsichtlich der strukturmechanischen Auslegung sind hierbei besonders akkurate Werkstoffkennwerte und detaillierte Belastungsermittlungen von Bedeutung.

Die Aufgabe dieser Arbeit bestand darin das Spannungs- und Versagensverhalten der Wickelkopfbandagen am Rotor – wie sie in rotierenden elektrischen Maschinen häufig verwendet werden – zu verstehen. Zudem sollte eruiert werden, ob es mögliche Einflussfaktoren auf dieses Verhalten gibt und inwiefern sich das Spannungs- und Versagensverhalten bei Variation dieser Faktoren ändert. Im Zuge dessen wurde eine ausführliche Literaturrecherche durchgeführt, welche sich unter anderem mit Themen wie Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), der Finiten-Elemente-Methode (FEM), sowie Erkenntnisse vorangegangener Werke befasst. Zusätzlich dazu wurden außerdem einige analytische Methoden, welche im Laufe der vorliegenden Arbeit ihre Anwendung fanden, hergeleitet. Aufbauend auf diese grundlegende Basis folgte eine detailreiche Parameteranalyse der Materialkennwerte. Aus diesem Prozess ging dann ein Materialmodell hervor, welches den realen Zugversuch (ZV) in der Simulation bestmöglich abbilden konnte. In weiterer Folge wurden unter Berücksichtigung der gefunden Materialparameter einige Spannungsanalysen mit verschieden Modellen durchgeführt. Durch Aufbereitung der Ergebnisse aus diesen beiden Analysen wurden einige Phänomene der FKV-Bandagen in Bezug auf den Höheneinfluss offengelegt, welche die anfänglichen Fragestellungen dieser Arbeit begründend beantworten konnten.

Mit Hilfe der generierten Erkenntnisse der vorangegangenen Prozesse ist es nun möglich, eine Auslegungsrichtlinie der Bandagen zu finden mit welcher umfangreiche und akkurate Vorhersagen getroffen werden können.

Motivation
Im Laufe meines Maschinenbaustudiums haben mich vor allem zwei Themengebiete gleichermaßen in ihren Bann gezogen. Zum einen die Strömungsmechanik und zum anderen die Strukturmechanik. Insbesondere die damit einhergehenden Berechnungsmethoden, nämlich die CFD-Simulation und FEM-Simulation haben es mir besonders angetan. Dass ich mich letzten Endes für die Strukturmechanik entschieden habe, ist vor allem, wie ich finde, der hervorragenden Lehre des IFL zu verdanken. Die Art und Weise wie der Inhalt vorgetragen wurde, konnten mich noch mehr von diesem Gebiet überzeugen. Insbesondere möchte ich mich an dieser Stelle bei Professor Thomas Hochrainer und bei Herrn DI Dr. Benedikt Weger bedanken, welche mich nicht nur in Ihren Lehrveranstaltungen begeistern konnten, sondern mich auch mit Ihrer Betreuung fachlich bei meiner Mastarbeit unterstützen.

Verfasser: Dipl.-Ing. Julian Vorraber, BSc
Betreuer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Hochrainer & Dipl.-Ing. Dr.techn. Benedikt Weger, BSc