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Das Münchner Team von GE Aerospace Advanced Technology (GE AAT) entwirft und fertigt für das EU-finanzierte MOnACO-Projekt eine Großkomponente für die additive Fertigung (AM) aus Metall – das Gehäuse des Advanced Additive Integrated Turbine Center Frame (TCF). Dazu gehören das Design und die Produktion von Coupons und kritischen Teilen, die Validierung und Qualifizierung sowie die endgültige Lieferung des 3D-gedruckten Metallgehäuses in Originalgröße.

Nach fast sechs Jahren in Forschung, Entwicklung und Konstruktion hat das Konsortium kürzlich das großformatige TCF-Gehäusedesign unter Verwendung der Direct Metal Laser Melting (DMLM)-Technologie von GE Additive in der Nickellegierung 718 vorgestellt. Das TCF-Gehäuse ist eines der größten additiv gefertigten Teile für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Das additiv gefertigte TCF-Gehäuse ist für Strahltriebwerke mit schmalem Rumpf konzipiert, bei denen das Teil einen Durchmesser von etwa 1 m oder mehr hat. Die Verwendung dieser einteiligen Designlösung zur Herstellung dieser Art von großformatiger Motorhardware mit reduzierten Kosten, Gewicht und Fertigungsvorlaufzeit verschafft einen Wettbewerbsvorteil.

„Wir wollten das Gewicht der Teile um 25 % reduzieren, aber auch die Druckverluste des Sekundärluftstroms verbessern sowie die Anzahl der Teile stark reduzieren, um die Wartung zu verbessern“, sagt Dr. Günter Wilfert, Technik und Betrieb bei GE AAT München Manager. „Das Team kann stolz auf die Ergebnisse sein. Mit dem endgültigen Druck des gesamten Gehäuses haben sie die Werte unter Beweis gestellt. Diese Ziele wurden erreicht und übertroffen. Am Ende haben wir das Gewicht um ~30 % reduziert. Das Team hat auch den Fertigungsvorsprung reduziert.“ Zeit von neun Monaten auf zweieinhalb Monate, eine Reduzierung um fast 75 %. Mehr als 150 separate Teile, aus denen ein herkömmliches Turbinen-Mittelrahmengehäuse besteht, wurden zu einem einteiligen Design zusammengefasst.“

Um sicherzustellen, dass alle technischen Anforderungen erfüllt wurden, einschließlich eines Leistungsvorteils von 0,2 % beim spezifischen Kraftstoffverbrauch, wurde das Design von Experten aus dem gesamten Team auf Technology Readiness Level (TRL) und Manufacturing Readiness Level 4 (MRL4) sowie mehrere Fertigungsmöglichkeiten überprüft Es wurden Versuche durchgeführt, um die Qualität der Hardware zu gewährleisten und die Herstellbarkeit von MRL4 einzubeziehen.

Abgesehen von den Vorteilen dieses neuen Teils in Bezug auf Umwelt, Leistung, Gewicht, Kosten und Abfallreduzierung wird die größte Auswirkung die Reduzierung von Unterbrechungen der Lieferkette in Branchen sein, die mit konventionellem Guss vor Herausforderungen stehen.

Der TCF, ein fester Bestandteil moderner Turbofan-Flugzeugtriebwerke, dient als Kanal für das heiße Gas, das von der Hochdruckturbine in die Niederdruckturbine strömt. Herkömmlicherweise werden TCFs durch Gießen und/oder Schmieden hergestellt, gefolgt von zusätzlichen Bearbeitungsschritten.

Aufgrund der strengen Anforderungen an flugfähige Hardware in der Luft- und Raumfahrtindustrie gibt es nur sehr wenige zugelassene Anbieter für Guss- und Schmiedeteile. Dies führt zu langen Vorlaufzeiten und hohen Kosten. Diese Herausforderungen und die Tatsache, dass ein TCF kein rotierendes Teil ist, machten ihn zu einem idealen Kandidaten für AM.

Die neue AM-Designlösung für Motorrahmen ist nicht auf TCF für zukünftige Motoren beschränkt; Es kann für vorhandene und ältere Motormittelrahmen genutzt werden. Die vorgeschlagenen Konstruktionsmerkmale können auch auf Turbinenhinterrahmen (TRF), Niederdruckturbinengehäuse und Turbinenmittelrahmen (TMF) übertragen und/oder skaliert werden.

„Die Leute möchten bereits wissen, wie dieses Teil hergestellt wurde und wie sich Design und Technologie auf ihre Branchen übertragen lassen“, sagt Ashish Sharma, ein fortgeschrittener leitender Ingenieur im GE AAT-Team. „Unsere Strategie bestand schon immer darin, sicherzustellen, dass das Komponentendesign den Anforderungen der Luft- und Raumfahrttechnik und den Zielen von Clean Sky 2 entspricht, aber es ließe sich leicht auf andere Triebwerke ähnlicher Segmente sowie angrenzende Unternehmen und Sektoren übertragen.“

„AM bietet ein enormes Potenzial zur Gewichtsreduzierung, zur Verbesserung der Komponentenfunktionalität und zur erheblichen Reduzierung der Teileanzahl in komplexen Baugruppen, wodurch die Energieeffizienz von Flugzeugen direkt gesteigert und Montagekosten und -zeit reduziert werden“, sagt Christina-Maria Margariti, Projektleiterin für wasserstoffbetriebene Flugzeuge bei Clean Luftfahrt.

„Das Clean Aviation-Programm unterstützt im Einklang mit dem EU-Green-Deal-Ziel der CO2-Neutralität bis 2050 die Einführung bahnbrechender neuer Produkte bis 2035 mit dem Ziel, bis 2050 75 % der Betriebsflotte zu ersetzen“, sagt Margariti. „Eine kürzere Markteinführungszeit und höhere Produktionsraten werden entscheidend sein, um diese ehrgeizigen Umweltziele zu erreichen.“

Das Konsortiumsteam betrachtet seine Arbeit und das Teil selbst als einen potenziellen Game-Changer in der Metall-AM für die zukünftige Produktion großer Teile für Triebwerke von Verkehrsflugzeugen.

„Zuerst schien die Technik fast unmöglich zu sein, aber durch den Einsatz fortschrittlicher additiver Technologien und das Überschreiten von Grenzen, die unsere Grenzen sprengten, haben wir ein Design erreicht, das nur in unserer Fantasie existierte und weit entfernt von einer Realität war, an die wir noch nie gedacht hatten“, Sharma sagt.

Das Projekt nutzte eine multidisziplinäre Iterationsschleife zum Entwerfen der Hardware und nutzte Lean-Manufacturing-Konzepte, -Prozesse und -Tools, um die Design-Iterationszeit zu verkürzen.

Zu Beginn des TURN-Programms erkundete GE AAT München den Designbereich und führte mehrere Handelsstudien durch, bei denen fortschrittliche Technologien wie AM genutzt wurden. Das Team von GE AAT München konnte einen Technologiereifungsplan aufstellen, um die Kunst der Herstellung von TCF-Gehäusen voranzutreiben.

Als das Konsortium schließlich begann, den Technologiereifungsplan zu unterstützen, brachte AutoDesk fortschrittliche Werkzeuge zur Optimierung des additiven Designs mit, die Technische Universität Hamburg (TUHH) fügte eine additive Maschine für erste Druckversuche hinzu und die Experten der Technischen Universität Dresden (TUD) bauten einen Aero /Thermal-Rig mit modernsten Instrumentierungsgeräten zur Validierung – die Mischungen ergeben bereits beim ersten Versuch zufriedenstellende Ergebnisse, um ein erfolgreiches 360°-Additiv-TCF-Gehäuse aus einem Stück zu liefern.

Die Produktlinie austauschbarer Pneumatikzylinder von Clippard Instrument Laboratories wurde von ITT Inc. übernommen. Die erworbenen Produktlinien umfassen Edelstahl-, Messing- und Aluminiumzylinder und Volumentanks und erweitern damit das Compact-Automation-Angebot von ITT, das Luftzylinder sowie Linear- und Drehantriebe umfasst.

Die Pneumatikzylinder erweitern das Compact-Angebot um Produkte, die für Hochgeschwindigkeits- und Hochtaktanwendungen konzipiert sind. Die beiden Unternehmen teilen sich Vertriebsnetze, was das Einkaufserlebnis für Kunden vereinfacht und Möglichkeiten zum Ausbau der Beziehungen zu Vertriebshändlern schafft.

Um den wachsenden Bedürfnissen seiner Kunden weiterhin gerecht zu werden, wird das Compact-Geschäft von ITT seine Betriebe in Westminster, South Carolina, einschließlich der Abteilungen für Technik, Montage, Bearbeitung, Kundendienst und Qualität, erweitern, um Produktionsanlagen für Clippard-Zylinder unterzubringen.

ITT Inc.

Kompakte Automatisierungsprodukte

Umspritzte M8x1-Steckverbinder mit Schnappanschluss können ohne weitere Schritte oder Werkzeuge auf Buchsen, Sensoren und Aktoren gesteckt werden. Das kompakte Schließsystem ist sicher und entspricht der Schutzart IP67 mit bis zu sechs Polen.

Für die Signalübertragung stehen CONEC-Rundsteckverbinder und -Buchsen der Größe M8 mit Schnapp- und Schraub-/Schnappanschluss in den genormten Kodierungen A und B zur Verfügung.

Schnappverbinder können bei geringem Einbauraum auf ihr Gegenstück mit gewinkeltem oder geradem Kabelabgang montiert werden.

Varianten mit M8x1-Gewinde an einem Ende können fest auf der Gewindebuchse am Schaltschrank montiert werden, das andere Ende mit Schnappverschluss ist flexibel an Montage- und Produktionslinien einsetzbar.

Kombinierte CONEC-Buchsen mit Schraub-/Schnappanschluss verfügen über beide Verriegelungsarten, sodass Steckverbinder mit Gewinde M8x1 und Steckverbinder mit Schnappanschluss montiert werden können.

Steckdosen gibt es in unterschiedlichen Polzahlen bis 8, es stehen Varianten für die Front- und Rückwandmontage zur Verfügung. Zum Portfolio gehören auch Sockel für die Lötverfahren SMT oder THR.

Der Everest S ist etwa 30 % kleiner als sein Vorgänger und schnell – die EtherCAT- und CANopen-Versionen bieten eine auf 1 Zyklus reduzierte Buslatenz.

Der Everest S verfügt über die Funktionen anderer Everest-Servoantriebe und unterstützt Dual-BiSS-C-Feedback. Es kombiniert 16-Bit-Differenzstrom und vier konfigurierbare Bereiche, um eine einwandfreie Auflösung zu liefern.

Mit einer Leistung von 3 kW und einem Startgewicht von nur 18 g eignet sich der Everest S für Schwenk-Neige-Kardanringe, kollaborative Roboter, Roboter mit Beinen und autonome mobile Roboter.

Für optimierte EtherCAT/CANopen-Mehrachsarchitekturen steht eine Hochgeschwindigkeits-SPI-Buskommunikation zur Verfügung.

Der piCOBOT L verfügt über eine Hebefähigkeit von bis zu 35 Pfund. Er basiert auf der gleichen Technologieplattform wie die Originalversion, bestehend aus einer Vakuumpumpeneinheit und einer optionalen Greifereinheit. Die Vakuumpumpeneinheit ist skalierbar und kann mit der COAX-Kartusche ausgestattet werden. Er bietet eine deutlich höhere Vakuumleistung und ermöglicht schnelle Bewegungen beim Heben schwererer Gegenstände für eine hohe Produktivität beim Verpacken und Palettieren, bei der Teilemontage oder bei der Maschinenbeschickung.

Sein hoher Vakuumfluss erleichtert außerdem den Einsatz großer Schaumstoffgreifer, die eine Vielzahl von Objekten, einzelne große und schwere, bis hin zu einer Vielzahl kleiner Objekte gleichzeitig heben. Der piCOBOT L ist auch eine Plattform für kundenspezifische Endeffektoren, die von Custom Line-Spezialisten oder vom Kunden oder Systemintegrator entwickelt werden.

DeviceLink bietet automatisierte Sicherung und Änderungserkennung für die industrielle Steuerung. Es funktioniert mit Allen-Bradley-, CODESYS-, Beckhoff- und Fanuc-Geräten und kann Code-Backups zu jeder Zeit und Häufigkeit planen. FTP- und Bash-Scripting werden ebenfalls unterstützt; Der Support für Siemens-Geräte ist in Kürze verfügbar. Sobald der Code gesichert ist, vergleicht DeviceLink ihn mit der letzten bekannten Version. Wenn Änderungen erkannt werden, wird eine neue festgeschriebene Version erstellt. Bei Bedarf können neue Änderungen überprüft, genehmigt und in jeden laufenden Entwicklungscode integriert werden.

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