J. Aschenbruck, N. Weidlich, F. Herde, J. Seume

Die Regeneration von komplexen Investitionsgütern, insbesondere die von Flugzeugtriebwerken, ist ein bedeutendes Thema, da diese einen erheblichen Anteil (ungefähr 8 %) der Betriebskosten verursacht [1]. In der Instandsetzung (Regeneration) existiert vielseitiges Verbesserungspotenzial, um diese effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Daher erarbeitet der Sonderforschungsbereich (SFB) 871 "Regeneration komplexer Investitionsgüter" in vier verschiedenen Projektbereichen Grundlagen für die Verbesserung und Optimierung der Regeneration von komplexen Investitionsgütern. Das Ziel des SFB 871 ist durch die Erforschung von wissenschaftlichen Grundlagen Ressourcen einzusparen. Gleichzeitig sollen die funktionalen Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Investitionsgutes wiederhergestellt werden, sodass ein möglichst geringer Anteil der gebrauchten Bauteile durch Neuteile ersetzt werden muss. Dieses Ziel entspricht dem der Nachhaltigkeit, bei dem die wesentlichen Eigenschaften eines regenerierbaren Systems während der gesamten Betriebszeit durch Regeneration erhalten bleiben [2]. Das detaillierte Konzept und die Struktur des SFB 871 mit einer Übersicht der einzelnen Teilprojekte wird in der Veröffentlichung von Kleppa et al. [3] und auf der Homepage des SFB [4] erläutert. Als Anwendungsbeispiel wird das Flugzeugtriebwerk verwendet, da die Module und Komponenten von Triebwerken eine hohe Komplexität hinsichtlich der technischen Wechselwirkungen untereinander sowie zu den Einsatz- und Umgebungsbedingungen aufweisen. Damit ein Bezug zu aktuellen Problemstellungen in der Regeneration vorhanden ist und der wichtige Austausch zwischen Industrie und Forschung stattfindet, arbeitet der SFB 871 mit verschiedenen Industriepartnern zusammen. Die MTU Maintenance ist der größte unabhängige Instandhaltungsdienstleister für zivile Flugtriebwerke; Flaggschiff ist die MTU Maintenance Hannover, die auf eine mehr als 30-jährige Erfahrung im Bereich der Regeneration am Standort Hannover zurückblicken kann. Aufgrund der langjährigen Erfahrung und der hohen Kompetenz in der Neu- und Weiterentwicklung von Verfahren zur Reparatur von Triebwerkskomponenten ist MTU Maintenance ein wichtiger Kooperationspartner. Um die Regeneration zu optimieren und somit nachhaltig Ressourcen einzusparen, werden im SFB 871 in vier Projektbereichen (A bis D), denen insgesamt 17 Teilprojekte zugeordnet sind, unterschiedliche Forschungsgebiete der Instandsetzung detailliert betrachtet. In dieser Veröffentlichung werden zwei Teilprojekte vorgestellt; zum einen das Teilprojekt (TP) C4 aus dem Projektbereich C, in dem die Einflüsse von produktions- und materialbedingten Varianzen bei der Regeneration einzelner Bauteile untersucht werden, zum anderen das TP D3 des Projektbereiches D. Im Projektbereich D wird die ganzheitliche Steuerung des Regenerationsprozesses weiterentwickelt. Die beiden Projektbereiche greifen folglich unterschiedliche Aspekte der Regeneration auf. In dem Teilprojekt C4 "Regenerationsbedingte Varianz aeroelastischer Eigenschaften von Turbinenschaufeln" wird der Fokus auf die Turbinenschaufeln des Triebwerks gelegt, die in hoher Stückzahl im Triebwerk vorhanden sind. Durch die thermische sowie mechanische sehr hohe Belastung weisen die Schaufeln einen häufigen Regenerationsbedarf aufgrund von Verschleiß auf. Im Rahmen von TP C4 werden die bei der Regeneration einer Turbinenschaufel auftretenden geometrischen Varianzen untersucht und deren Einfluss auf das aeroelastische Verhalten der Schaufeln ermittelt. Ziel ist es, die Phänomene zu verstehen und Berechnungsmethoden zur Vorhersage der auftretenden Schaufelschwingungen zu entwickeln. Durch diese Methoden sollen größere Toleranzbänder im Betrieb ermöglicht und zugleich die Belastung der Schaufeln verringert werden. Dies hätte eine längere Lebensdauer bei einer gleichzeitig erhöhten Sicherheit vor Schaufelschäden zur Folge. Das TP D3 "Auswahl effizienter Regenerationsmodi für verschiedene Kundengeschäftsmodelle" entwickelt algebraisch spezifizierte Entscheidungsmodelle und darauf aufbauende Optimierungsalgorithmen, um die Regenerationsmodi ökonomisch effizient auf alternative Kundengeschäftsmodelle auszurichten. Die Grundannahme im TP D3 ist, dass für die Regeneration komplexer Investitionsgüter verschiedene Reparaturverfahren bzw. -modi existieren. Diese verschiedenen Regenerationsmodi unterscheiden sich einerseits hinsichtlich Ressourceneinsatz, Durchlaufzeit und Kosten. Andererseits bestimmen sie die funktionalen Eigenschaften des regenerierten Investitionsguts, wie bspw. Energieeffizienz oder Lebensdauer. Die Bewertung der alternativen Regenerationsmodi ist daher abhängig vom individuellen Kundengeschäftsmodell. Im TP D3 werden Grundlagen für die Entscheidungsunterstützung bei der Auswahl der Regenerationsmodi entwickelt, so dass je nach Anforderung des Kunden sowie Zustand des Investitionsguts die optimalen Regenerationsmodi im Sinne von Kosten, Durchlaufzeit, Ressourceneinsatz sowie der Erreichung der geforderten funktionalen Eigenschaften bestimmt werden. Im Rahmen des Gesamt-SFBs ermöglicht das TP D3, die Ergebnisse aus einzelnen Teilprojekten (bspw. neue Reparaturverfahren) zusammenzuführen und zu kombinieren. Damit wird das Ziel verfolgt, flexiblere, auf die individuellen Kunden zugeschnittene Regenerationspfade für die Durchführung der Regeneration zu entwerfen, da bisher nur wenige Standardfälle für die Instandsetzung einzelner Komponenten zur Verfügung stehen.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2007, Berlin

Conference Presentation

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 12 Seiten

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16.07.2012