Berührungslose Schwingungserfassung hoch beanspruchter Integrallaufräder

In Verbindung mit der Forderung nach immer umweltfreundlicheren, effizienteren und hinsichtlich ihres Treibstoffverbrauchs und ihrer Lebensdauer optimierten Turbomaschinen resultierten in den vergangenen Jahren in zunehmendem Maße Leichtbaulösungen, welche
den genannten Ansprüchen gerecht werden, jedoch mit einer Reihe technologischer Probleme, wie beispielsweise einer erhöhten Schwingungsanfälligkeit, behaftet sind. So werden beispielsweise in den aktuellen Gasturbinen- und Triebwerksentwicklungsprogrammen axiale Verdichter und Turbinenlaufräder oder im Automotive-Bereich auch radiale Turbinenlaufräder von Abgasturboladern an Stelle der üblichen getrennten Bauweise von Schaufeln und Scheiben verstärkt integral, d. h. als ein Bauteil (Blisk = Blade integrated disk), gefertigt. Der Einsatz dieser Bauweise wird auch zukünftigen, verstärkt auf Hybridtechnologie oder Wasserstoffverbrennung ausgerichteten Antrieben von Bedeutung sein.

Eine Folge der leichten Bliskbauweise ist eine stärkere Sensitivität gegenüber Schwingungsanfachungen im Betrieb, welche sich auf die Lebensdauer negativ auswirken können. Insbesondere die Einflüsse unvermeidbarer, fertigungsbedingter Imperfektionen, welche den einzelnen Schaufeln individuell unterschiedliche mechanische Eigenschaften verleihen und unter dem Begriff Schaufelmistuning bekannt sind, bewirken mitunter eine dramatische Vergrößerung der Schwingungsantworten und infolgedessen eine Verringerung der Lebensdauer.
Eine frühzeitige Identifizierung von Schwingungsproblemen auf der Basis messtechnischer Untersuchungen trägt deshalb maßgeblich zur Verbesserung des strukturdynamischen Verständnisses der Laufräder bei.

Übergeordnetes Ziel dieses Vorhabens ist es deshalb, eine fortschrittliche strukturmechanische und vor allem strukturdynamische Bewertung des Schwingungsverhaltens von realen Verdichter- und Turbinenschaufeln gegenüber Toleranzen in der Fertigung oder bewusst herbeigeführten Unterschieden zu ermöglichen. Hierfür werden hochpräzise, im Rahmen von Schwingungsmessungen gewonnene Daten benötigt, um auf deren Basis mechanische Ersatzsysteme zu identifizieren.

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