ILK gewinnt AVK-Preis für Hochleistungs-Faserverbund-Radiallaufrad. v.l.n.r: Dr.-Ing. Rudolf Kleinholz (Vorsitzender der Jury des AVK-Innovationspreises), Dipl.-Ing. Martin Pohl (ILK), Dr.-Ing. Peter Hermerath (FLT), Prof. Dr.-Ing. Jens Ridzewski (AVK). (Bildquelle: AVK)

ILK gewinnt AVK-Preis für Hochleistungs-Faserverbund-Radiallaufrad. v.l.n.r: Dr.-Ing. Rudolf Kleinholz (Vorsitzender der Jury des AVK-Innovationspreises), Dipl.-Ing. Martin Pohl (ILK), Dr.-Ing. Peter Hermerath (FLT), Prof. Dr.-Ing. Jens Ridzewski (AVK). (Bildquelle: AVK)

In ersten Belastungsversuchen erzielte das Laufrad bessere Leistungswerte als ein vergleichbares in Metallbauweise. Bei den am ILK durchgeführten Schleuderversuchen wurde bei einer maximalen Drehzahl von 10.266 1/min eine Umfangsgeschwindigkeit von 543 m/s erreicht. Dies entspricht etwa einer Verdoppelung der maximalen Drehzahl gegenüber dem Referenzbauteil.

Faserverbundwerkstoffe besonders geeignet

Radiallaufräder in Industriegebläsen sorgen etwa in chemischen Anlagen für den Transport von Prozessgasen. Sie unterliegen dabei hohen mechanischen, thermischen und medialen Beanspruchungen. Die bisher eingesetzten rein metallischen Bauweisen sind hinsichtlich Leistungssteigerung weitgehend ausgereizt.

Laufrad vor Prüfstand. (Bildquelle: TUD/ILK)

Laufrad vor Prüfstand. (Bildquelle: TUD/ILK)

Im FLT-Eigenmittelvorhaben „Leichtbau Radiallaufrad“ (LeRala) hat das Team ein Radiallaufrad in modularer Metall-Faserverbund-Bauweise entwickelt. Dabei zeigte sich, dass Faserverbundwerkstoffe aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften für den Einsatz bei Radiallaufrädern besonders geeignet sind. Aufgrund der geringeren Bauteilmasse ist die Beanspruchung kleiner. Dies und die hohe Festigkeit der Faserverbundwerkstoffe erlauben die Drehzahl deutlich zu steigern. Das Kombinieren mit metallischen Bauelementen, etwa für den Wellenanschluss oder Verbindungselemente zur Lasteinleitung, ermöglicht das Umsetzen als innovative hybride Metall-Faserverbund-Bauweisen (MFB). Sie bietet hinsichtlich Leistungsdichte (Bauraum, Fördermenge und Drehzahl), 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, welche 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 ILK Wissenschaftler in einem Anschlussprojekt weiterverfolgen. (sf)