Interdisziplinäre Auslegung von Bauteilen mit komplexen Funktionsflächen unter Berücksichtigung fertigungstechnischer Randbedingungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs; Professor Dr.-Ing. Peter Jeschke
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461918430

Die konventionelle Entwicklung von Bauteilen mit komplexen Funktionsflächen bietet nur wenige Möglichkeiten zur Änderung oder Anpassung des Designs, nachdem in einem hochiterativen Designprozess eine fixe Geometrie definiert wurde. Potentiell existiert allerdings ein erheblich größerer Lösungsraum für die endgültige Geometrie, wenn bereits in frühen Phasen der Entwicklung die Fertigung und damit das Wissen um das Maschinenverhalten mit eingebunden werden. Der vorliegende Antrag befasst sich mit der Fragestellung inwieweit das Einbinden fertigungstechnischer Randbedingungen in den frühen Phasen der Auslegung von Komponenten mit komplexen Funktionsflächen einen Mehrwert für die Bauteil- und Prozesseffizienz schaffen kann. Hierzu werden anhand des Beispiels einer Verdichterscheibe in der integralen „Blisk“ (Blade-Integrated-Disk) Bauweise die Kanten der Schaufelprofile iterativ optimiert. Als Fertigungstechnologie steht die 5-Achs Fräsbearbeitung im Fokus, da diese sich einerseits bezüglich der Blisk-Fertigung branchenspezifisch etabliert hat und sich die dynamischen Grenzen der Maschine (Ruck- und Beschleunigungsmaxima der Achsen) mit den Designvorgaben der an der Auslegung beteiligten ingenieurswissenschaftlichen Disziplinen der Aero- und Strukturmechanik gut vergleichen und analysieren lassen. Dies geschieht primär auf Basis der aerodynamischen CFD-Berechnungen von Seiten des Instituts für Strahlantriebe (IST) der RWTH auf der einen und der fertigungstechnischen Analyse der 5-Achs Fräsprozesses des Werkzeugmaschinenlabors Aachen (WZL) auf der anderen Seite. Ziel ist es Schaufeldesigns zu entwickeln, welche im Vergleich zu einem Referenzmodell eine höhere Prozessleistung (unter anderem höheres Zeitspanvolumen und/oder höhere Genauigkeit) besitzt bei mindestens gleichbleibender Bauteileffizienz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen