Im Betrieb eines Flugzeugtriebwerks werden die an den Turbinenschaufeln wirkenden Fliehkräfte über die Profilnuten in die Turbinenscheibe geleitet. Diese Schnittstelle der beiden Bauteile stellt daher eine für den Betrieb sicherheitskritische Komponente dar, welche in der industriellen Praxis mittels dem Fertigungsverfahren Räumen gefertigt wird. Die zu fertigende Geometrie muss folglich hohe Anforderungen hinsichtlich Maßhaltigkeit und Qualität erfüllen. Designmaßnahmen zur Steigerung der Effizienz des Triebwerks resultieren unter anderem in filigranen Strukturen der Komponenten, welche elastische Deformationen unter Last während der Fertigung begünstigen und in Geometrieabweichungen resultieren können. Dies stellt hohe Anforderungen an den Fertigungsprozess des Räumens. In einem neu entwickelten Prüfstand wurde das Werkstückverhalten während des Räumprozesses gemessen und quantifiziert. Wirbelstrommessungen zeigten, dass dieses als rein elastisches und periodisches Verhalten charakterisiert werden kann, welches sowohl mechanisch- sowie thermisch-bedingte Einflüsse aufweist. Es traten konstante Rück-kopplungseffekte zwischen elastischer Werkstückverformung und realer Spanungsdicke auf, welche eine Prädiktion des Werkstückverhaltens ermöglichen. Zentraler Gegenstand der Dissertation ist die Entwicklung einer Methodik zur Prädiktion der Maßhaltigkeit der gefertigten Profilnuten, welche auf den Erkenntnissen aus den empirischen Versuchen aufsetzt. Die Methodik setzt sich aus drei Schritten zusammen. Im ersten Schritt wird eine neu entwickelte Eingriffssimulation genutzt, welche erstmalig ein analytisches zeit- und ortabhängiges Modell der thermo-mechanischen Werkstückbelastung für die Räumbearbeitung generiert. Auf Basis dieses Modells wird anschließend das elastische Bauteilverhalten und die Abweichung zum idealisierten Fall bestimmt. In einem dritten Schritt wird eine Konvergenzanalyse durchgeführt, welche die Rückkopplungseffekte zwischen Zerspankraft, elastischer Werkstückverformung und zerspantem Volumen im Bereich der Kalibierschneiden analysiert und die erzielbare Maßhaltigkeit in Form des Grenzwerts ermittelt. Es zeigte sich, dass der Grenzwert der Maßhaltigkeit primär von der Werkstückgeometrie abhängig ist und die Werkzeug- und Prozessparameter einen untergeordneten Einfluss haben. Anhand eines industriellen Anwendungsbeispiels wurde die Anwendbarkeit der Methodik abschließend bestätigt.
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Autor Seelbach, Tobias
Gewicht 0.261 kg
Erscheinungsdatum 21.05.2024
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Technologie der Fertigungsverfahren

Seelbach, Tobias

Prädiktion der Maßhaltigkeit beim Räumen von Profilnuten

ISBN: 978-3-98555-213-9
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Kurzbeschreibung

Im Betrieb eines Flugzeugtriebwerks werden die an den Turbinenschaufeln wirkenden hohen Fliehkräfte über die Profilnuten in die Turbinenscheibe geleitet. Die Dissertation beinhaltet die Entwicklung einer Methodik zur Prädiktion der geometrischen Maßhaltigkeit beim Räumen dieser sicherheitskritischen Profilnuten. Aus Basis empirischen Untersuchungen und einer geometrischen Durchdringungsrechnung wurde eine analytische Methode zur Ermittlung des Grenzwerts der erzielbaren Maßhaltigkeit abgeleitet.

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