Im Rahmen des DFG-Transferprojekts T06 „Hybride Prozessplanung zur Regeneration von Turbinenschaufeln“ wurde am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit der MTU Maintenance Hannover GmbH und der AixPath GmbH eine neue Methode entwickelt, um Reparaturprozesse von Hochdruckturbinenschaufeln effizienter und reproduzierbarer zu gestalten.
Hochdruckturbinenschaufeln aus zivilen Flugtriebwerken sind während des Betriebs extremen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dadurch entstehen typische Schäden, wie Verschleiß, Einschläge oder Rissbildungen. Die Reparatur der Schaufelspitzen erfolgt bisher überwiegend manuell, was zu einer hohen Varianz in der Ergebnisqualität und zu hohen Ausschussraten führt.
Ziel des Transferprojekts war es, die im Sonderforschungsbereich SFB 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“ entwickelten Methoden der simulationsbasierten Prozessplanung in ein industrienahes hybrides Planungssystem zu überführen. Hierzu wurde ein CAD/CAM-kompatibles Software-Plugin für Siemens NX entwickelt, das additive und subtraktive Fertigungsschritte integriert.
Das System kombiniert das Laserauftragsschweißen (DED) zum Wiederaufbau beschädigter Schaufelspitzen mit einer anschließenden fünfachsigen Rekonturierung. Auf Basis der 3D-Scandaten werden beschädigte Geometrien analysiert, Sollkonturen berechnet und Werkzeugbahnen automatisiert abgeleitet. Eine simulationsgestützte Prozessoptimierung berücksichtigt dabei Materialeigenschaften, Porenbildung und geometrische Abweichungen.
Die entwickelte Methode wurde anschließend bei der MTU Maintenance Hannover GmbH erfolgreich erprobt. Im Rahmen des DED konnten Schweißnähte erzeugt werden, die die luftfahrttechnischen Qualitätsanforderungen erfüllten. Die Ergebnisse zeigten eine mittlere relative Porenfläche von unter 2 % bei vollständiger Rissfreiheit. Durch die hybride Prozesskette aus additiver und subtraktiver Bearbeitung wurde ein mittlerer Formfehler im Bereich der Schaufeloberkante von 120 bis 220 µm erreicht und damit eine Maßhaltigkeit innerhalb der zulässigen Toleranzen für Reparaturprozesse erzielt.
Mit dem entwickelten Software-Plugin steht nun eine durchgängige, digital unterstützte Lösung zur Verfügung, die die Automatisierung und Standardisierung von Reparaturprozessen in der Turbineninstandhaltung ermöglicht. Die Methodik soll zukünftig auch auf andere komplexe Freiformbauteile, beispielsweise in der Energie- und Luftfahrttechnik, übertragen werden.
Kontakt
Für weitere Informationen steht Ihnen Max Eggers vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 4341 oder per E-Mail ([email protected]) gern zur Verfügung.