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C     Berücksichtigung produktions- und materialbedingter Varianz in der Produktentstehung 

Die Aufgabe  des Projektbereiches C ist es dabei, Methoden zu entwickeln, mit denen die Auswirkungen der Regeneration auf die funktionalen Eigenschaften einzelner Bauteile und des gesamten Investitionsgutes beschrieben und beurteilt werden können. Dazu soll, auf Basis einer eingehenden Befundung des Bauteilzustandes vor der Regeneration, in funktionsorientierter Weise beschrieben werden, welche Bauteil- und Systemeigenschaften bei Anwendung einer bestimmten Instandsetzungsmethode erreicht werden können.

Der besondere Beitrag des Projektbereichs C liegt darin, dass die Auswirkung dieser erhöhten Varianz vorhergesagt und damit beherrschbar wird, so dass künftig Abweichungen gegenüber dem Neuzustand toleriert werden können, die heute unzulässig sind.

Mit Hilfe der durch den Projektbereich C bereitgestellten Methoden wird es möglich sein, zu beschreiben, welche funktionalen Eigenschaften ein Investitionsgut nach der Regeneration haben wird. Darüber hinaus können Mindestanforderungen an die jeweiligen Regenerationspfade formuliert werden, die erfüllt werden müssen, um sicherzustellen, dass ein Investitionsgut nach der Regeneration die gewünschten funktionalen Eigenschaften besitzt. Letztlich wird es durch die von Projektbereich C entwickelten Methoden möglich, Entscheidungen für oder gegen eine Regeneration unter Kosten / Nutzen Aspekten abzuwägen.

Teilprojekte

C1 Prozessauslegung

Prozessauslegung

Simulationsbasierte Prozessauslegung spanender Rekonturierungstechnologien
Im Teilprojekt C1 werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die Einflüsse des spanenden Bearbeitungsprozesses bei der Rekonturierung von Schaufeln und Blisks zu ermitteln und zu isolieren. Die Erkenntnisse fließen in eine simulationsgestützte Bewertungsmethode ein, die die Auswahl von alternativen Bearbeitungsansätzen anhand von festgelegten Qualitätsmerkmalen und Handlungsanweisungen ermöglicht. Besondere Berücksichtigung erfahren hierbei die Aspekte der direkten Kopplung von Simulation und NC-Programmierung, eine automatische Prozessoptimierung, die Erweiterung auf Nickelbasis-Werkstoffe und die Berücksichtigung des Bauteilverzugs. Mit weiteren Zerspanuntersuchungen und Simulationen werden Strategien zur Kompensation des Bauteilverzugs entwickelt, die in den Algorithmus zur Werkzeugwegplanung einfließen.

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C2 Schnelle Prüfung komplexer Geometrien

Aufbau der inversen Streifenprojektion

Schnelle Prüfung komplexer Geometrien mittels inverser Streifenprojektion
Im Rahmen des Teilprojekts C2 wird der Einsatz inverser Streifenprojektion für eine schnelle Abweichungsmessung an regenerierten Investitionsgütern mit schwer zugänglichen Geometrieelementen, wie beispielsweise Blisks, erforscht. Es werden Methoden zur orientierungsabhängigen Kalibrierung des neu zu entwickelnden starr-endoskopischen optischen Systems unter Schwerkrafteinfluss, zur schnellen relativen Lagebestimmung (Feinpositionierung) des Werkstücks sowie zur Datenfusion erarbeitet. Ferner werden bildverarbeitende Methoden zur Analyse und Darstellung der Geometrieabweichungen von der durch den individuellen Regenerationsprozess zu erwartenden individuellen Sollgeometrie untersucht.

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C3 Regenerationsbedingtes Mistuning

Regenerationsbedingtes Mistuning

Einfluss des regenerationsbedingten Mistunings auf die Dynamik
Im Teilprojekt C3 wird das in der ersten Antragsphase entwickelte Reduktionsverfahren um eine Verstimmung der Scheibe erweitert, um so die Dynamik einer regenerierten Blisk als Gesamtbauteil realitätsnäher beschreiben zu können und durch eine bewusste Verstimmung des Scheibenanteils einer Blisk eine neuartige Möglichkeit zur Reduktion der Schaufelschwingungsamplituden zu eröffnen. Um die Schaufelschwingungen realistisch abbilden zu können, wird der Temperatureinfluss und die aerodynamische Kopplung zwischen den Schaufeln modelliert. Zur Identifikation von Modellparametern und zur Validierung der Simulationsergebnisse werden Messungen an einem Rotationsprüfstand durchgeführt, der für die gegebenen Anforderungen erweitert wird.

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C4 Aeroelastik von Turbinenschaufeln

Aeroelastik von Turbinenschaufeln

Regenerationsbedingte Varianz aeroelastischer Eigenschaften von Turbinenschaufeln
Im Teilprojekt C4 werden in einer mehrstufigen Axialturbine die vorderen Leitschaufelreihen einzeln geometrisch variiert, um den Einfluss dieser regenerations-spezifischen Variationen auf die aerodynamische Schwingungsanregung der letzten Lauschaufelreihe experimentell und numerisch zu untersuchen. Im zweiten Teil wird der Radialspalt der Laufschaufel variiert. Durch unterschiedliche Radialspalte entstehen verschieden große Blattspitzenwirbel, die wiederum die Laufschaufeln zum Schwingen anregen können. Dieser Anregungsmechanismus wird numerisch berechnet und zusätzlich mit experimentellen Ergebnissen validiert.

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C5 Risswachstum

Rissfortschrittsberechnung mittels Multiskalenanalyse

Vorhersage von Risswachstum und Dauerfestigkeit von reparierten Bauteilen
Im Teilprojekt C5 wird das entwickelte Rissfortschrittsmodell auf Tetraederelemente erweitert, um unter Verwendung der Multiskalen-Projektionsmethode ganze Schaufeln/Blisks zu berechnen. Neben der Modellierung von quasi-statischem duktilem Rissfortschritt wird ein temperaturabhängiges elastoplastisches Materialmodell entwickelt. Um insbesondere durch Temperaturdehnungen hervorgerufene unphysikalische Materialdurchdringungen der Rissflanken zu vermeiden, wird ein Kontaktmodell implementiert. Rissflankenkontakt ermöglicht einen Wärmefluss über die Rissflanken, welcher einen erheblichen Einfluss auf den Rissfortschritt hat.

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C6 Aeroelastik von Verdichterblisks

Regenerationsbedingte Varianz aeroelastischer Eigenschaften von Verdichterblisks
In Teilprojekt C6 wird eine flatterfähige Rotor-Beschaufelung für einen 1,5-stufigen Verdichter ausgelegt. Für die Untersuchung des Einflusses regenerationsbedingter Geometrievarianzen wird die Beschaufelung mit ausgewählte Varianzen modifiziert. Anschließend wird der Versuchs-Rotor ausgelegt, konstruiert und gefertigt. Das aeroelastische Verhalten der Blisks wird im Rahmen einer umfangreichen Messkampagne untersucht. Aus deren Ergebnissen werden physikalische Zusammenhänge zwischen Varianz und Flatter- bzw. Forced-Response-Verhalten abgeleitet.

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