Effizienzoptimierung durch Drehzahlsteigerung und Lärmminderung maritimer Pumpen mittels metallbasierter additiver Fertigung

Hintergrund des Projekts

Die zentralen Innovationselemente sind die Entwicklung und Optimierung sowohl einer Kreiselpumpe, als auch einer mit einer Kreiselpumpenstufe ausgerüsteten Verdrängerpumpe. In diese beiden Versuchsträger werden passiv-adaptive schallreduzierende Maßnahmen mittels additiver Fertigung integriert. Diese bestehen aus Elementen zur strukturakustischen Bauteildämpfung sowie speziell im Verdrängerpumpengehäuse angeordneten drehzahladaptiven Helmholtz-Resonatoren. 

Mit diesen Maßnahmen, die durch die synergetische Kombination einer zukunftsweisenden, ganzheitlichen Simulationsmethodik zur integrierten Analyse von Fluid-, Körper- und Luftschallphänomenen mit den additiven Fertigungstechnologien des Laser-Powder-Bed-Fusion-Verfahrens erheblich effizienter ausgelegt und getestet werden, können trotz erhöhter Drehzahl signifikant geringere Geräuschemissionen erreicht werden.

Projektziel

Die Projektziele des Konsortiums bestehen aus Effizienzverbesserung, Reduktion des Schallleistungspegels und Steigerung der Betriebsdrehzahl der Verdrängerpumpen, je nach Baugröße z.B. von 2.500 U/min auf 4.000 U/min. 

Das Teilvorhaben der TH Rosenheim hat das Ziel, Additive Manufacturing (AM) als Enabler-Technologie für geräuschreduzierte und leistungsstarke Pumpen zielgerichtet einzubringen, AM-Expertenwissen zum richtigen Zeitpunkt im Forschungs- und Entwicklungsprozess einzubringen und so bisher ungenutzte Potentiale in der Pumpenkonstruktion nutzbar zu machen. Darüber hinaus liegt ein besonderer Fokus auf der Methodenentwicklung zur effizienten Konstruktion, Konzeptvalidierung und Bauteilprüfung von additiv gefertigten Pumpenkomponenten im maritimen Bereich. 

Projektablauf

1. Projektjahr:

• Definition von Freigabeanforderungen an additive gefertigte Pumpenbauteile.
• Konzeption und Umsetzung eines Prüfstandes für statische Bauteilprüfung.
• AM-spezifische Konstruktion, technisch-wirtschaftliche Konzeptbewertung für Verdrängerpumpen.

2. Projektjahr

• AM-spezifische Konstruktion, technisch-wirtschaftliche Konzeptbewertung für Verdrängerpumpen.
• Identifikation & Optimierung von Standardgeometrien der Pumpenkonstruktion hinsichtlich AM
• Additive Fertigung von Pumpenbauteilen mit integrierten Partikeldämpfern.
• Identifikation von konstruktiven Potentialen & AM-spezifischen Funktionsprinzipien zur Schalldämpfung.

3. Projektjahr:

• AM-spezifische Konstruktion, technisch-wirtschaftliche Konzeptbewertung für Verdrängerpumpen.
• Produktion und Qualitätssicherung von 316L Bauteilen
• Ausarbeitung und Validierung einer Konstruktionsmethodik

Innovation

Die Projektergebnisse werden substantielle Beiträge zur Effizienzsteigerung, Geräuschreduktion, Gewichtsoptimierung und nachhaltigen Material- bzw. Ressourcennutzung maritimer Hydraulik- und Fluidsysteme leisten, womit direkt und indirekt erhebliche ökologische und ökonomische Effizienzsteigerungen verbunden sind. 

Das ist ein umfassender Beitrag zu maritimen Hydraulikantrieben und Fluidsystemen, die sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb umweltfreundlicher, nachhaltiger und ressourcenschonender werden.