Im Rahmen des Vorhabens “ Leichtbau Radiallaufrad“ entwickelte ein Forscherteam am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik an der Technischen Universität Dresden ein neuartiges Radiallaufrad in modularer Metall-Faserverbund-Bauweise. Gegenüber herkömmlichen Laufrädern erreichte das Entwicklerteam beachtliche Vorteile hinsichtlich Leistungsdichte (Bauraum, Fördermenge und Drehzahl), Robustheit, Lebensdauer sowie Intergrationsgrad.
Autor: Dipl.-Ing. Sebastian Spitzer, Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Faserverbundwerkstoffe besonders geeignet
Radiallaufräder in Industriegebläsen sorgen etwa in chemischen Anlagen für den Transport von Prozessgasen. Dabei unterliegen sie hohen mechanischen, thermischen und medialen Beanspruchungen. Bisher eingesetzte rein metallische Bauweisen sind hinsichtlich ihrer Leistungssteigerung weitgehend ausgereizt.
Nunmehr entwickelte ein Forscherteam am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik ein Radiallaufrad in modularer Metall-Faserverbundbauweise. In diesem Prozess zeigte sich, dass Faserverbundwerkstoffe aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften für den Einsatz bei Radiallaufrädern besonders geeignet sind. Aufgrund der geringeren Bauteilmasse ist die Beanspruchung kleiner. Dieser Umstand und die hohe Festigkeit der Faserverbundwerkstoffe erlauben eine deutliche Steigerung der Drehzahl. Die Kombination mit metallischen Bauelementen, etwa für den Wellenanschluss oder für Verbindungselemente zur Lasteinleitung, führen zur Umsetzung als innovative hybride Metall-Faserverbund-Bauweisen (MFB). Sie bietet hinsichtlich Leistungsdichte, Robustheit, Lebensdauer und Integrationsgrad gegenüber konventionellen Lösungen erhebliche Vorteile.
Deutliche Verbesserungen bei Herstellungskosten und Wartung
Modulare MFB ermöglichen zudem die Umsetzung mehrteiliger Laufräder, wodurch deutliche Verbesserungen hinsichtlich Herstellungskosten und Wartung erzielt werden können. Durch die modulare Bauweise lassen sich zukünftig Laufräder realisieren, die unter für monolithische Bauweisen kritischen, thermomedialen Bedingungen höchste Umfangsgeschwindigkeiten über einen langen Betriebszeitraum erlauben und schon bei geringen Stückzahlen eine wirtschaftliche Fertigung ermöglichen.
Die vielversprechenden Ergebnisse der Machbarkeitsstudie werden die Wissenschaftler am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik in einem Anschlussprojekt weiter verfolgen.
Bildtext für Foto auf der Startseite: Laufrad vor dem Prüfstand. Auf dem International Composites Congress 2018 wurde das Projektteam um Professor Dr. Maik Gude in der Kategorie „Forschung/Wissenschaft“ mit dem AVK-Innovationspreis für die Entwicklung dieses Faserverbund-Laufrades ausgezeichnet. Foto: TUD/ILK
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