Industrieanzeiger 09/10.2019

Das Leichtbaurad der TU Chemnitz
reduziert das Gewicht einer Stahlfelge
um mehr als die Hälfte. Auch wenn die
Vielzahl der Komponenten gewagt
erscheint, zeigt der Demonstrator doch,
was Hybridleichtbau zu leisten vermag
und dass hybride Technologien machbar
sind. Bild: TU Chemnitz
Für ein Hochleistungs-Radiallaufrad in
modularer Metall-Faserverbund-Bauweise
(„MFB“) hat das Institut für Leichtbau und
Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden
einen der begehrten AVK-Innovationspreise
erhalten: Platz 3 in der Kategorie Forschung
& Wissenschaft im Jahr 2018. Die Entwicklung
ist im Projekt „Leichtbau-
Radiallaufrad“ (LeRaLa) mit Unterstützung
der „Forschungsvereinigung für Luft- und
Trocknungstechnik e.V.“ (FLT) entstanden.
Das Engagement der FLT zeigt schon, welchem
Zweck die Innovation dient: Mit einem
Gewicht von nur 35 kg ist das Hybridrad
im Betrieb wesentlich niedrigeren Belastungen
ausgesetzt als die 75 kg schwere
Metall-Ausführung und ermöglicht damit
höhere Drehzahlen.
Solche Radiallaufräder sind in Industriegebläsen
bei einem Durchmesser von rund
1 m nicht nur starken mechanischen Belastungen
ausgesetzt, sondern auch hohen thermischen
und medialen Beanspruchungen.
Bei Schleuderversuchen auf einem Rota -
Hohe Kompetenz im hybriden Leichtbau
So manches Hybridbau-Projekt erscheint sehr gewagt
und aufwändig zu sein angesichts der Vielzahl der
verwendeten Komponenten. Doch diese Entwicklungen
belegen auch, dass die Technologie beherrscht
wird. Die Kompetenz ist da und nimmt stetig zu. Ob
ein Konzept umgesetzt wird, hängt letztlich nur davon
ab, wie gut es sich automatisieren
lässt und wie teuer die
verbauten Werkstoffe sind. Wo es
eine hybride Leichtbauweise in
die Serie schafft, etabliert sie sich
dann schnell zum Standard.
Olaf Stauß
Redakteur Industrieanzeiger
tionsprüfstand hat das Hybridlaufrad eine
maximale Drehzahl von 10.266 min -1 erreicht
– doppelt so hoch wie die eines metallischen
Referenzlaufrads. Als Umfangs -
geschwindigkeit haben die ILK-Wissenschaftler
543 m/s gemessen. Die damit verbundene
höhere Leistungsdichte erlaubt es,
Ventilations- und Lüftungsaufgaben mit
zwei anstatt bisher drei Anlagen zu erfüllen.
In dem hybriden Radaufhängungs-
Systemteil ist ein Stahleinsatz im
Faserverbund-Material eingeschlossen.
Bild: Ford Werke
Vergleichbare Metallradiallaufräder
schaffen nicht einmal die Hälfte dieser
Geschwindigkeit. Sie haben damit Schwierigkeiten,
die Ökodesign-Richtlinie
2009/125/EG der EU für energierelevante
Produkte zu erfüllen. Auf diesem Aspekt lag
auch der Schwerpunkt der wissenschaft -
lichen Untersuchungen in Dresden, teilte
ILK-Forscher Martin Pohl dem Industrie -
anzeiger mit. Um die Räder trotz hohen
Belastungen leicht bauen zu können, wählte
das ILK den Werkstoff
Carbon in Verbindung
mit Metallkomponenten.
Deck- und Tragscheibe
sowie die Schaufeln
des modularen Laufrades
sind Einzelteile aus Verbundwerkstoff,
hergestellt aus
Prepregs (Carbonfasergeweben, vor -
imprägniert mit Epoxidharz). Die
Prepregs werden bei der Fertigung in
zuvor berechneter Lagenzahl und mit
einer für die Anwendung geeigneten
Faserorientierung auf einem kostengünstigen
Aluminiumwerkzeug
abgelegt. Es folgt das Verpressen
mit Folien unter Vakuum. Anschließend
härtet ein Autoklav das
Harz bei hohen Temperaturen aus.
Die Einzelteile werden aus den resultierenden,
verfestigten Formteilen herausgeschnitten.
Das ILK nutzt Metall für den Schutz der
Kanten, ebenso wie für den Flansch, um das
Laufrad mit dem Antrieb zu verbinden. Die
Scheiben und Schaufeln werden durch
Kleben verbunden und in Bereichen mit
höchsten mechanischen Belastungen durch
metallische Verbindungselemente zusätzlich
verstärkt.
Die EU-Richtlinie ist eine Herausforderung
für all jene Firmen, die Lüfter und
Ventilatoren für die Prozess- und Anlagentechnik
produzieren. Ein Blick auf Zahlen
lässt erkennen, welche Bedeutung der hybride
Leichtbau für die Branche erlangen
könnte: Unternehmen wie Ziehl-Abbeg,
TLT-Turbo, Voith Turbo und Piller Blowers
& Compressors erzielen zusammen Jahresumsätze
von etwa 4 Mrd. Euro. Leichtere
Radiallaufräder könnten helfen, den
immensen Energieverbrauch in Höhe von
31,9 TWh in Deutschland und 410 TWh in
Europa zu reduzieren.
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