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In den Startlöchern

Mehrstufiges, kombiniertes Fertigungsverfahren erzeugt metallische Rohbauteile mit präzisen innenliegenden Kanalstrukturen.

Beispielanwendung: Düse mit Kanalstrukturen, etwa zum Einsatz in einer Brennkammer, die mit dem am KIT entwickelten Verfahren hergestellt wird.
Kanalstrukturen kommen häufig in Kühlsystemen für thermisch hochbelastete Komponenten zur Anwendung, beispielsweise in Turbinen, Brennkammern oder hochtemperierten Fertigungsanlagen, in denen durchströmende Gase oder Flüssigkeiten für die nötige Wärmeabfuhr sorgen.

Die Kanäle werden häufig mittels Drahterodieren, auch Drahtschneiden genannt, in Rohbauteile eingebracht. Voraussetzung dafür sind sogenannte Startlochkanäle, in die der Schneiddraht eingeführt wird. Sie müssen das Bauteil vollständig und geradlinig durchdringen, damit beim Erodieren kein Kurzschluss zwischen Schneiddraht und Werkstück eintritt. Zur Fertigung dieser Durchdringungen sind Tiefloch- oder Erodier-Bohrverfahren etabliert. Der Nachteil hierbei: Ab einer Bohrtiefe von etwa dem 150-fachen Durchmesser driftet die Bohrungsachse von der idealen Achse ab, sie „verläuft“ sozusagen.

Wissenschaftler des Instituts für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR) des KIT ermöglichen in einem mehrstufigen Verfahren die Fertigung von sehr filigranen Startlochkanälen für vergleichsweise sehr lange Metallteile. Zu Beginn werden die Metallteile oberflächig durch Fräsen mit Nuten versehen. Diese bearbeiteten Oberflächen werden dann passgenau aufeinander gefügt: zuerst entlang der außen umlaufenden Trennlinien zwischen den Bauteilen mittels Elektronenstrahlschweißen, danach an den dazwischenliegenden Kontaktflächen mit heißisostatischem Pressen (HIP) unter hohem Gasdruck und Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt des Materials. Nut auf Nut ergibt so eine geschlossene Struktur aus Startlochkanälen.

Nach dem Abtrennen der Randbereiche liegen die Enden der Startlochkanäle frei, um durch Drahterodieren individuelle Kanalgeometrien, Rechtecke oder auch Kreise, zu erzeugen. Dabei kann ein beliebiges Verhältnis zwischen Steg und Kanal hergestellt werden, das zudem innerhalb einer Metallkomponente flexibel variieren können. Die Rohbauteile können mit Umform- und Schweißverfahren weiterverarbeitet werden.

Mit der beschriebenen Technologie wurden bereits Längen / Durchmesser-Verhältnisse jenseits von 400 demonstriert und am Institut entsprechende Parametersätze entwickelt. Das KIT sucht Partner zur praxisnahen Weiterentwicklung der Technologie.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr.-Ing. Philipp Scherer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Mobilität, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460

E-Mail: philipp.scherer@kit.edu

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