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SFB 871:  Regeneration komplexer Investitionsgüter

Fachliche Zuordnung Maschinenbau und Produktionstechnik
Bauwesen und Architektur
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Sozial- und Verhaltenswissenschaften
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung von 2010 bis 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119193472
 
Erstellungsjahr 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der SFB 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“ erarbeitete wissenschaftliche Grundlagen für die Instandhaltung und Reparatur komplexer Investitionsgüter. Ziel ist es, möglichst viele Komponenten des betreffenden Gesamtsystems so zu erhalten oder aufzuarbeiten, dass die funktionalen Eigenschaften des Investitionsguts wiederhergestellt („regeneriert“) und wo möglich sogar verbessert werden. Als gemeinsames Beispiel für ein solches komplexes Investitionsgut hat der SFB 871 schon zur Beantragung der 1. Förderperiode ein Turbofan-Triebwerk aus der zivilen Luftfahrt ausgewählt. Bei diesen Maschinen sind alle beteiligten ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen bis an die Grenzen der physikalischen Kenntnisse und der Auslegungsmethoden gefordert. Dies gilt sowohl für die rechnerischen Nachweise der Funktionsfähigkeit der regenerierten Komponenten und für die Berechnung der Auswirkungen der Regeneration auf die Erreichung der technisch-wirtschaftlichen Ziele (z. B. spezifischer Kerosinverbrauch oder Restlebensdauer der Komponenten) als auch für die werkstoffwissenschaftlichen und fertigungstechnischen Herausforderungen der Regeneration. Der innovative Ansatz des SFB 871 ging insofern über den damaligen Stand der Technik und Wissenschaft hinaus, als nicht nur einzelne Reparaturprozesse verbessert werden, sondern auch systematisch die Handlungsoptionen abgewogen werden. Dies betraf die Entscheidung, ob ein betriebsbeanspruchtes Bauteil so weiterverwendet werden soll, wie es ist, ob es verschrottet und durch ein Ersatzteil ersetzt werden soll oder ob und ggf. wie es repariert werden soll. Hierfür ist einerseits die Bewertung der Handlungsoptionen nach funktionalen Kriterien erforderlich, um abzuschätzen, wie gut die funktionalen Zielvorgaben erreicht werden. Andererseits ist aber auch die Bewertung der Aufwendungen für die durchzuführende Reparatur notwendig. Für diese Entscheidungen und für die betrachteten Regenerationsprozesse wurden exemplarisch einige Komponenten (1. Förderperiode: Hochdruck-Turbinenschaufel; 2. Förderperiode: Verdichter-Blisk) und solche Regenerationsverfahren ausgewählt, die sowohl für die Regeneration technisch relevant sind als auch wissenschaftlich eine Herausforderung darstellten. In der 3. Förderperiode wurden dann die Auswirkungen der Regeneration auf das Gesamtsystem sowie die Optimierung der Regenerationsprozesse in den Fokus genommen. Neben den zahlreichen Publikationen zeigt sich der Fortschritt durch die Arbeit des SFB 871 vor allem auch in der Zusammenführung der neuen Entwicklungen. In der 3. Förderperiode wurde dazu ein Systemdemonstrator aufgebaut, der exemplarisch die Regeneration einer Triebwerksschaufel abbildet und dabei die Ergebnisse nahezu aller Teilprojekte einfließen lässt. Dabei wurde ein neuartiger Regenerationsprozess umgesetzt, in dem in einer virtuellen Ebene zunächst eine regelbasierte Entscheidung stattfindet, wozu ein System basierend auf einem digitalen Zwilling einer Triebwerkschaufel aufgebaut wurde. Dies ermöglichte zum einen die Anwendung der Ergebnisse der wissenschaftlichen Grundlagenarbeit und zum anderen zeigte es, dass eine konsequente Digitalisierung notwendig ist, um die Regenration komplexer Investitionsgüter in der Anwendung effizient und ökologisch und ökonomisch gewinnbringend einzusetzen. Neben der Zusammenführung vieler wissenschaftlicher Ergebnisse und dem Nachweis des Nutzens im Systemdemonstrator, konnte die Übertragung der erarbeiteten wissenschaftlichen Grundlagen auf andere komplexe Investitionsgüter – Transformatoren, stationäre Gasturbinen für Kraftwerke und Windenergieanlagen – gezeigt werden. Der Transfer erfolgt im Rahmen von Transferprojekten sowie im Rahmen von Projekten, die aus dem SFB 871 abgeleitet wurden, aber außerhalb der DFG wie z.B. vom BMWi oder der Industrie finanziert werden und wurden. Durch die Öffentlichkeitsarbeit in der Endphase des SFB 871 konnte trotz der Einschränkungen durch die Corona-Pandemie das Interesse eines breiten Anwenderpublikums für die erfolgreiche Grundlagenarbeit der Teilprojekte geweckt werden, sodass weitere 17 Transferprojekte (neben 4 bereits durchgeführten) zur Beantragung eingereicht und 15 davon durch ein Gutachtergremium zur Förderung empfohlen wurden. Der SFB 871 trug mit seinen Ergebnissen an der Leibniz Universität Hannover (LUH) wesentlich zur Stärkung des etablierten Forschungsschwerpunktes Produktionstechnik sowie zur Stärkung des Schwerpunktes Energie bei. Die Zusammenarbeit innerhalb der LUH und mit der TU Braunschweig hat sich profilbildend auf die Kooperation ausgewirkt und einen Grundstein für weitere Vorhaben im Bereich Mobilität gelegt. Jene Zusammenarbeit wurde ergänzt durch die Beteiligung von Wissenschaftlern der Leibniz Universität Hannover am SFB 880 „Hochauftrieb künftiger Verkehrsflugzeuge“ (Sprecherhochschule TU Braunschweig), die auch eine Grundlage bildete für den Exzellenzcluster ExC 2163 SE²A - „Sustainable and Energy Efficient Aviation“ unter Leitung der TU Braunschweig, , an dessen Beantragung Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem SFB 871 beteiligt waren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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