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Monday, September 14, 2020, Virtueller Raum 1 9:30 AM Fügen im Luft- und Raumfahrzeugbau |
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Entwickeln und Auslegen von lasergeschweißten Getriebekomponenten für die Luftfahrt |
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Markus Wagner* / Fraunhofer IWS Dresden, Deutschland Axel Jahn / Fraunhofer IWS, Deutschland Jens Standfuß/ Fraunhofer IWS, Deutschland Christoph Leyens/ Fraunhofer IWS / TU Dresden, Deutschland Christian Müller/ Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Deutschland Susanne Conrad/ Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Deutschland Matthias Palt/ Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Deutschland |
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Das Laserstrahlschweißen im Luftfahrtgetriebebau eröffnet vollständig neuartige Produktlösungen mit exzellenten Eigenschaften hinsichtlich Verschleiß, Korrosionsbeständigkeit und Lebensdauer. Die vorgestellten Getriebekomponenten basieren auf Multi-Material-Lösungen aus Einsatz- oder Nitrierstahl für den Verzahnungsbereich und korrosionsbeständigem Stahl für den Außenbereich. Die Funktionsintegration ermöglicht gegenüber aktuellen Lösungen signifikante Vorteile hinsichtlich Bauraum und Kosten. Die wesentliche Herausforderung besteht darin, sowohl die anspruchsvollen konstruktiven und schweißtechnischen Aufgaben zu lösen als auch die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung für komplexe Getriebebelastungen abzusichern. Gegenstand des Beitrags ist die Darstellung einer ganzheitlichen, digitalen Entwicklungs- und Fertigungsstrategie für derartige Multi-Material-Luftfahrtgetriebekomponenten. Darin wird der Aufbau einer ganzheitlichen Kette aus Bauteilsimulation, adaptiven laserbasierten Fertigungstechnologien und mehrachsiger Ermüdungsfestigkeitsprüfung realisiert. Zunächst erfolgt dabei die Entwicklung eines beanspruchungs- und fertigungsgerechten Bauteildesigns, basierend auf strukturmechanischen FE-Simulationen und schweißprozessspezifischen Anforderungen. Die Realisierung der angepassten Laserstrahlschweißtechnologie wird durch begleitende Schweißsimulationen unterstützt, um Eigenspannungen und Verzug zu minimieren. Im letzten Schritt erfolgt die Absicherung der Bauteilermüdungsfestigkeit auf Basis von mehrachsigen Schwingfestigkeitsprüfungen an vereinfachten Prüfkörpern, die durch FE-basierte Berechnungskonzepte nach aktuellen Regelwerken ergänzt werden. Durch die ganzheitliche Entwicklungsstrategie sind i.d.R. keine iterativen Konstruktionsänderungen erforderlich, woraus kurze Produktentwicklungszeiten resultieren. Die mehrachsige zyklische Prüfung an vereinfachten Prüfkörpern senkt maßgeblich die Prüfkosten und erhöht die Absicherungsgenauigkeit im Vergleich zu kostenintensiven Getriebeprüfständen. Hohe Verschleiß-, Korrosions- und Lebensdaueranforderungen an zukünftigen Getriebesystemen lassen sich mit der vorgestellten Entwicklungsstrategie demnach kosteneffizient und zuverlässig erfüllen. |