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B Wechselwirkung der Fertigungsprozesse mit funktionalen Produkteigenschaften

Im Projektbereich B  werden Regenerationstechnologien zur Wiederherstellung der Funktionseigenschaften komplexer Investitionsgüter erforscht, bei denen eine starke Wechselwirkung zwischen Regenerationstechnologie und Funktionseigenschaft besteht. Über die isolierte Erforschung einzelner Prozessstrategien hinaus werden Regenerationsprozessketten untersucht, die grundsätzlich einen Materialauftrag und einen rekonturierenden Materialabtrag umfassen.

 

Die zur Durchführung der Regenerationsprozesse erforderliche Anlagetechnik sowie Systeme zur Prozessplanung, -programmierung und- vorsteuerung werden durchgängig erarbeitet. Neben den Regenerationstechnologien bilden Methoden und Verfahren zur Charakterisierung, Bewertung und Auslegung der Funktionseigenschaften regenerierter Bauteile einen Hauptforschungsgegenstand. Dabei werden einerseits Einflüsse der Regenerationsprozesse auf die Funktionseigenschaften der Bauteile betrachtet.

 

Andererseits werden Erkenntnisse aus der Bauteilcharakterisierung in die Auslegung der Prozesse zurückgeführt. Die Analyse der auftretenden Wechselwirkungen soll schließlich dazu führen, mit Hilfe der Regenerationsprozesse gezielt Funktionseigenschaften einstellen zu können.

Teilprojekte

B1 Endkonturnahe Turbinenschaufelreparatur

Endkonturnahe Turbinenschaufelreparatur

Endkonturnahe Turbinenschaufelreparatur durch füge- und beschichtungstechnische Hybridprozesse
Im Teilprojekt B1 wird der in der ersten Förderperiode entwickele Hybridprozess für Nickelbasislegierungen weiterentwickelt. Der Fokus liegt dabei auf der Prozesskombination Löten/Alitieren mit γ‘-Ausscheidungshärtung, wobei der Lötprozess in den CVD-Alitierprozess integriert wird. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Weiterentwicklung der endkonturnahen Beschichtungstechnologie mittels Blenden und Schablonen. Der entwickelte Hybridprozess soll weiterhin auf Titanlegierungen erweitert werden, um diese Reparaturtechnologie auch auf Blisks und den Niederdruckverdichter anwenden zu können.

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B2 Reparaturzelle

Geschickte Reparaturzelle

Geschickte Reparaturzelle
Bei Betrachtung des Anwendungsbeispiels Flugzeugtriebwerk umfasst das Reparaturteilespektrum vorwiegend formkomplexe, schwingungsanfällige Bauteile. Folglich ist es das Hauptziel der zweiten Antragsphase, das entwickelte Maschinenkonzept aus der ersten Antragsphase zu erforschen und eine geschickte Bearbeitung schwingungsanfälliger Bauteile zu ermöglichen. Neben der Funktionserweiterung wird auch eine Technologieintegration in der Zelle fokussiert, sodass die Verknüpfung verschiedener Regenerationstechnologien entlang des Reparaturpfads im Sinne einer automatisierten Reparaturprozesskette untersucht werden kann.

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B3 Verluste komplexer Oberflächenstrukturen

Direkte Numerische Simulation (DNS) komplexer Oberflächenstrukturen

Einfluss komplexer Oberflächenstrukturen auf das aerodynamische Verlustverhalten von Beschaufelungen
Im Teilprojekt B3 werden komplexe, durch Betriebsbeanspruchung und Regeneration beeinflusste, Oberflächenstrukturen optisch vermessen, charakterisiert und parametrisiert. Repräsentative Strukturen werden für Untersuchungen zur Interaktion von wandnaher Strömung und komplexen Oberflächenstrukturen ausgewählt. Diese Interaktion wird zum einen numerisch mit Hilfe von Large-Eddy-Simulationen untersucht, zum anderen experimentell in einem Strömungskanal mit Hilfe der Particle Image Velocimetry. Zusätzlich wird der Einfluss komplexer Oberflächenstrukturen auf das integrale aerodynamische Verlustverhalten von Verdichterschaufeln durch Messungen der Profildruckverteilung und der Nachlaufströmung bestimmt.

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B4 Stochastische Strukturanalyse

Strukturanalyse nach Regeneration

Schwingungs- und Festigkeitsverhalten von Bauteilen mit regenerationsbedingten Geometrie- und Materialimperfektionen
Im Teilprojekt B4 werden zunächst die Methoden der ersten Förderperiode auf eine „perfekte“ Blisk übertragen. Zudem werden in dem deterministischen Modell die physikalischen Phänomene der großen Verformungen und der Zeitstandbeanspruchung untersucht. In Präprozessoren werden die lokalen Geometrie- und Materialimperfektionen sowie lokalen Eigenspannungen unter Einbezug ihrer Abhängigkeiten statistisch abgebildet und gekoppelt. Über statistische Analysen folgen die Sensitivitäten und Robustheiten der strukturellen Eigenschaften gegenüber den Defekten. Letztlich werden probabilistische Analysen mittels entwickelter, semianalytischer Verfahren durchgeführt.

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B5 Laserstrahlschweißen

Epitaxiales Rissschweißen der einkristallinen Nickelbasis-Superlegierung CMSX-4

Einkristallines Laserstrahlschweißen
Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderperiode soll im TP B5 eine laserbasierte Verfahrensweise zur artgleichen einkristallinen Wiederherstellung von Defekten orthogonal zur Kristallerstarrungsrichtung entwickelt werden. Beginnend mit numerisch unterstützten Prozessbetrachtungen wird untersucht, inwiefern eine gerichtete Erstarrung im Defektbereich erzielt werden kann. Durch die gezielte Auswahl der Probenkörper sollen im Projektverlauf die Wärmeleitungsbedingungen sukzessive vom einfachen Modell bis hin zur Demonstrator-Schaufel angepasst werden. Mittels Electron Backscatter Diffraction-Analysetechnik erfolgt die Verifizierung der einkristallinen Grundstruktur. Die Untersuchungen erfolgen vor dem Hintergrund, die Systemtechnik langfristig in eine Prozesskette einzugliedern.

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B6 Lichtbogenschweißen von Titanlegierungen

Lichtbogenprozesse für Reparaturschweißverfahren an Hochleistungsbauteilen aus Ti Legierungen

Das Arbeitsprogramm des Teilprojektes B6 umfasst die Untersuchung von energiereduzierten Lichtbogenschweißverfahren zum Auftrag- und Patch-Einschweißen an Blades und Blisks aus Titanlegierungen. Ein besonderer Fokus wird auf die resultierenden Bauteileigenschaften nach dem Schweißen und einer anschließenden Wärmebehandlung gelegt. Dies beinhaltet Eigenspannungen und Verzug sowie Gefüge und Struktur der Wärmeeinflusszone und der Schweißzone. Die Schweißnahteigenschaften sind gezielt einzustellen, wodurch eine Regeneration von beschädigten Bauteilen ermöglicht wird und das Ermüdungsverhalten der Fügezonen untersucht werden kann.

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T1 Magnetisch gelagerte Rundachse

Magnetisch gelagerte Rundachse

Magnetisch gelagerte Rundachse zum Einsatz in der Produktregeneration
Im Rahmen des Teilprojekts „Geschickte Reparaturzelle“ (B2) wurden die sensorischen Fähigkeiten einer Magnetführung erarbeitet und weiterführend in einer kraftgeregelten Bearbeitung von Triebwerksbauteilen erforscht. Für die gezielte Erweiterung einer solchen adaptiven Bearbeitung werden in diesem Transferprojekt die gewonnen Erkenntnisse im Rahmen eines magnetisch geführten Rundtisches auf die Werkstückseite übertragen. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wird hierfür ein Prototyp entwickelt und aufgebaut, sowie die vorteilhaften Anwendungsaspekte, wie z.B. die Feinpositionierung und die sensorischen Fähigkeiten, in der Steuerung realisiert. Mit dem Prototyp werden die Bearbeitung von zylindrischen Gehäuseteilen sowie die Rekonturierung komplexer Geometrien erforscht.

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