Interdisziplinäre Auslegung von Bauteilen mit komplexen Funktionsflächen unter Berücksichtigung fertigungstechnischer Randbedingungen

 

In der konventionellen Entwicklung von Bauteilen mit komplexen Funktionsflächen wird das Design insbesondere auf die Funktion und Strukturmechanik des Bauteils angepasst. Nachdem eine feste Geometrie in einem hochiterativen Designprozess definiert wurde, sind die Möglichkeiten zur nachträglichen Änderung oder Anpassung des Designs begrenzt.

Ein Mangel des Ansatzes besteht darin, dass fertigungstechnische Aspekte nicht in den Designprozess mit einbezogen werden. Dies führt in der Anlaufphase oft zu prozessbedingten Defiziten, welche die Komponenteneffizienz aus Sicht der Auslegungsdisziplinen verglichen zum theoretischen Optimum reduzieren. Allerdings existiert potenziell ein erheblich größerer Lösungsraum für die endgültige Geometrie, wenn bereits in frühen Entwicklungsphasen auch die Fertigung und das Wissen über das Maschinenverhalten einbezogen werden. Bislang wurde die frühzeitige Einbindung der Fertigung in den Entwicklungsprozess jedoch nicht systematisch und methodisch umgesetzt.

Einen möglichen Ansatz bietet das »Simultaneous Engineering«, bei dem eine interdisziplinäre Schnittmenge des bauteilspezifischen Lösungsraums bereits in einem frühen Auslegungszeitpunkt gebildet wird. Dadurch kann die Effizienz des Entwicklungs- und Herstellungsprozesses gesteigert werden. Obwohl im Bereich des Triebwerkbaus bereits Ansätze existieren, die sich mit der Vereinbarkeit von Aerodynamik und Strukturmechanik beschäftigen, wurden die Fertigung und Produktion bislang nicht einbezogen.

Das DFG-Forschungsvorhaben »Interdisziplinäre Auslegung von Bauteilen mit komplexen Funktionsflächen unter Berücksichtigung fertigungstechnischer Randbedingungen« hat das Ziel, eine Methodik zur Berücksichtigung fertigungstechnischer Randbedingungen in frühen Phasen der Bauteilauslegung zu entwickeln. Am Beispiel der Triebwerkskomponente Blisk (Blade Integrated Disk) soll diese Methodik die aktuellen Grenzen erweitern und die Effizienz bei der Entwicklung und Herstellung von Bauteilen mit komplexen Funktionsflächen steigern. Durch die frühzeitige Einbindung fertigungstechnischer Erkenntnisse sollen Geometrien in der Auslegung erzeugt werden, welche die Leistungsanforderungen der Komponente erfüllen und einen effizienteren und stabileren Produktionsprozess ermöglichen. Für einen solchen Ansatz ist es notwendig, dass die zu entwickelnde Methodik, mit der zu Beginn der Auslegung ein direkter Austausch zwischen Fertigung und anderen Disziplinen erfolgt, auf einem konkreten Anforderungsprofil für die Auslegung basiert.

Die Analyse und Aufbereitung relevanter Kriterien spielen eine entscheidende Rolle, um einen Mehrwert für die Bauteilentwicklung zu schaffen. Eine ausgereifte Methode, die einen produktiven Austausch zwischen Fertigung und anderen Ingenieursdiziplinen bereits während der Auslegungsphase einer komplexen Komponente ermöglicht, kann sowohl technologisch als auch wirtschaftlich einen Mehrwert bieten und eine ganzheitliche Herangehensweise an die Produktauslegung fördern.