Große, hochbelastete Biegeträger aus Faser-Kunststoff-Verbunden

Biegeträger gehören zu den in der Technik am häufigsten eingesetzten Strukturen. Praktisch umgesetzt sind bisher aber hauptsächlich metallische Konstruktionen. Faser-Kunststoff-Verbunde, insbesondere mit Kohlenstofffasern, sind mit ihrer hohen Leichtbaugüte und ihrer hervorragenden Ermüdungsfestigkeit auch für Biegeträger eine vielversprechende Werkstoffalternative. In dieser Arbeit konnten wichtige Grundlagenfragen geklärt werden: Es wurden geeignete Bauweisen analysiert, bewertet und mit einer neuen modularen Biegeträgerbauweise eine zukunftsträchtiges Konzept entwickelt. Eine Laminatoptimierung für Biegeträger und eine darauf aufbauende analytische Trägeroptimierung wurde durchgeführt. Diese FKV-Biegeträger-Optimierung und die dargestellten Ergebnisse sind für alle Querkraft-Biegemoment-Kombinationen und für viele konkrete Lastfälle gültig. Balkenauflager und Balkenverbindungen, klassische Krafteinleitungsprobleme, wurden untersucht, eine Reihe von Konzepten entwickelt und die dringlichsten Fragestellungen bearbeitet. Auf Grundlage aller Berechnungsergebnisse wurde ein großformatiger Demonstrator-Träger in der neu entwickelten modularen Bauweise konstruiert, dimensioniert, hergestellt und einem Bruchversuch unterzogen. Hierbei konnte die hohe Belastbarkeit und die hohe Leichtbaugüte dieses Trägers unter Beweis gestellt werden. Ein Vergleich des CFK-Demonstrator-Trägers mit einem handelsüblichen Stahlträger zeigt: Der CFK-Träger wiegt nur ein Drittel gegenüber dem Stahlträger. Die ertragbare Last liegt knapp über der plastisch ertragbaren Last des Stahlträgers. Der Leichtbaukennwert Kraft pro Masse ist, um den Faktor 3,65 bis 7,00 höher. Daraus folgt, dass die modulare Bauweise hervorragend für hochbelastbare FKV-Biegeträger geeignet ist.