Experimentelle und numerische Untersuchung des Strömungsprozesses von Hochdruckwasserstrahlen und ihrer Interaktion mit Bauteiloberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sergiy Antonyuk; Professor Dr. Christian Schindler
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283813424

Im Maschinenbau spielt der Materialabtrag an Bauteiloberflächen durch Flüssigkeitserosion eine große Rolle. Während sie in der Fertigungstechnik gezielt zur Bearbeitung von Werkstücken genutzt wird, tritt sie bei vielen technischen Anwendungen als Störgröße auf und führt häufig zu Verschleiß oder sogar zum Ausfall von Bauteilen. Zur Untersuchung der Flüssigkeitserosion mit dem Ziel der Optimierung des Materialabtragprozesses aus fertigungstechnischer Sicht bzw. der Reduzierung des Bauteilverschleißes durch Erosion sind häufig aufwendige und teure Experimente notwendig. Eine besondere Rolle spielen dabei Hochdruckwasserstrahlen, die oft in der Fertigungstechnik als Bearbeitungswerkzeug dienen. Hochdruckwasserstrahlen werden bei der Entwicklung flüssigkeitserosionsgefährdeter Bauteile in Experimenten zur Realisierung definierter Erosionsszenarien eingesetzt. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll der Strö-mungsprozess von Hoch-druckwasserstrahlen, ausgehend von der Strömung in der Düse über die Strahlausbildung und den Strahlzerfall bis hin zum Auftreffen auf die Werkstoffoberfläche, unter-sucht werden. Mittels Lasermesstechnik und Kurzzeitfotografie sowie durch den Einsatz piezoe-lektrischer und piezoresistiver Messverfahren soll der Zerfall von Hochdruckwasserstrahlen und deren Interaktion mit Bauteiloberflächen experimentell erfasst werden. Darauf basierend soll eine Methode entwickelt werden, mit deren Hilfe der gesamte Prozess mit der Finite-Volumen-Methode und dem Euler-Euler-Verfahren numerisch simuliert werden kann. Damit soll insbesondere der virtuelle Produktentwicklungsprozess in dreifacher Weise unterstützt werden: Minimierung uner-wünschter Bauteilerosion bereits in der frühen Phase der Produktentwicklung, Optimierung der Oberflächenbearbeitung aus fertigungstechnischer Sicht und Reduktion des Umfangs bisher not-wendiger aufwendiger Experimente.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen