TY - THES

T1 - Gestaltoptimierung und Auslegung einer Winkelführungsplatte mittels der Methode der Finiten Elemente mit integrierter Bauteilverifikation

AU - Juster, Herwig Rainer

N1 - gesperrt bis 21-02-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Mit der Forderung nach Einsparung von Zeit und Kosten bei der Bauteilentwicklung gewinnt die rechnerische Auslegung von hochbeanspruchten Spritzgussbauteilen zunehmend an Bedeutung. Kunststoffe dringen immer mehr in Anwendungsbereiche vor, die bisher nur Metallwerkstoffen vorbehalten waren. Einer dieser Anwendungsbereiche sind Schienenbefestigungssysteme. In der vorliegenden Arbeit wird eine Winkelführungsplatte, welche die Schiene seitlich im Schienenbefestigungssystem führt, in Zusammenarbeit mit der Firma Semperit Technische Produkte GmbH (Wimpassing, AUT) untersucht. Das Schienenbefestigungssystem besteht aus einer Schwelle, welche die Schiene trägt und deren Belastungen auf den Gleis-Unterbau überträgt sowie die Spurweite sicherstellt. Die Schwelle besitzt zwei W-förmige Vertiefungen, um die Winkelführungsplatten aufnehmen zu können. Innerhalb des Winkelführungsplatten-Paares steht die Schiene auf einer Schienenzwischenlage direkt auf der gesamten Breite der Betonschwelle. Die Winkelführungsplatten und die dazugehörigen Spannklemmen sind mit je zwei Schwellenschrauben in die Kunststoffdübel der Schwelle geschraubt. Ziel dieser Masterarbeit ist es, einen Vorschlag für eine Gestaltoptimierung der Winkelführungsplatte für das Befestigungssystem im Schienenoberbau mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente zu ermitteln. Es wird ein geeignetes Finite-Elemente-System, bestehend aus Winkelführungsplatte, Spannklemme, Schienenzwischenlage und Schwelle, erstellt. Im Zuge der Arbeit werden Werkstoff- und Bauteilprüfungen durchgeführt, um eine Verifikation der Simulationsergebnisse zu erhalten. Die Simulation der bestehenden Winkelführungsplatte erfolgt unter Berücksichtigung ausgewählter Lastfälle und Einsatzbedingungen. Anhand der ermittelten Daten aus den Simulationen werden Vorschläge für eine Gestaltoptimierung erarbeitet. Ein Nicht-Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Berechnung des gesamten Gleiskörpers. Durch eine entsprechende Annahme von Randbedingungen und Vereinfachung erfolgt eine Näherung an den gesamten Gleiskörper. Eine Detailanalyse und eine Bauteilprüfung der optimierten Winkelführungsplatte werden nicht im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt.

AB - Mit der Forderung nach Einsparung von Zeit und Kosten bei der Bauteilentwicklung gewinnt die rechnerische Auslegung von hochbeanspruchten Spritzgussbauteilen zunehmend an Bedeutung. Kunststoffe dringen immer mehr in Anwendungsbereiche vor, die bisher nur Metallwerkstoffen vorbehalten waren. Einer dieser Anwendungsbereiche sind Schienenbefestigungssysteme. In der vorliegenden Arbeit wird eine Winkelführungsplatte, welche die Schiene seitlich im Schienenbefestigungssystem führt, in Zusammenarbeit mit der Firma Semperit Technische Produkte GmbH (Wimpassing, AUT) untersucht. Das Schienenbefestigungssystem besteht aus einer Schwelle, welche die Schiene trägt und deren Belastungen auf den Gleis-Unterbau überträgt sowie die Spurweite sicherstellt. Die Schwelle besitzt zwei W-förmige Vertiefungen, um die Winkelführungsplatten aufnehmen zu können. Innerhalb des Winkelführungsplatten-Paares steht die Schiene auf einer Schienenzwischenlage direkt auf der gesamten Breite der Betonschwelle. Die Winkelführungsplatten und die dazugehörigen Spannklemmen sind mit je zwei Schwellenschrauben in die Kunststoffdübel der Schwelle geschraubt. Ziel dieser Masterarbeit ist es, einen Vorschlag für eine Gestaltoptimierung der Winkelführungsplatte für das Befestigungssystem im Schienenoberbau mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente zu ermitteln. Es wird ein geeignetes Finite-Elemente-System, bestehend aus Winkelführungsplatte, Spannklemme, Schienenzwischenlage und Schwelle, erstellt. Im Zuge der Arbeit werden Werkstoff- und Bauteilprüfungen durchgeführt, um eine Verifikation der Simulationsergebnisse zu erhalten. Die Simulation der bestehenden Winkelführungsplatte erfolgt unter Berücksichtigung ausgewählter Lastfälle und Einsatzbedingungen. Anhand der ermittelten Daten aus den Simulationen werden Vorschläge für eine Gestaltoptimierung erarbeitet. Ein Nicht-Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Berechnung des gesamten Gleiskörpers. Durch eine entsprechende Annahme von Randbedingungen und Vereinfachung erfolgt eine Näherung an den gesamten Gleiskörper. Eine Detailanalyse und eine Bauteilprüfung der optimierten Winkelführungsplatte werden nicht im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt.

KW - Finite Element Method

KW - guide angular plate

KW - rail fastening system

KW - shape optimization

KW - Finite Elemente Methode

KW - Finite Elemente Analyse

KW - Winkelführungsplatte

KW - Gestaltoptimierung

KW - Schienenbefestigungssystem

M3 - Masterarbeit

ER -