title: Realisierung eines teil-optischen Messsystems zur Erfassung von Trümmerteilchen-induzierten Schäden in einer laufenden Planetengetriebestufe
Creators: name: Fischer, Christian
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2025

description: Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der systematischen Entwicklung eines teiloptischen Messsystems in einem bei hohen Drehzahlen laufenden Getriebesystem. Das Messsystem soll dabei für die Schadensanalyse eines Trümmerteilschlags (kurz: ITS) innerhalb eines einstufigen Umlaufgetriebes eingesetzt werden. Derartige Planetengetriebe kommen in der Triebwerksarchitektur von Getriebefan-Triebwerken (engl. geared turbofan) in der Luftfahrt vor, welche als Übergangs- sowie langfristig einsetzbare Technologie untersucht wird. Im Kontext eines Triebwerksentwurfs und für die Zulassung durch eine Luftfahrtbehörde besteht die Auflage, alle wahrscheinlichen Schadensmechanismen zu ergründen, da in diesem Umfeld derartige Getriebeausfälle ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen. Daher sollte, ausgehend von einem nicht näher betrachteten Primärschaden, ein Trümmerteil gezielt zwischen die kämmende Verzahnung einer intakten und funktionsfähigen Planetengetriebestufe eingebracht und resultierende Folgeschäden untersucht werden. Die Forschungsziele dieser Arbeit umfassen eine systematische Konzeptionierung und Realisierung eines Prüfstandes zur definierten, zeitlich und örtlich wiederholgenauen Einbringung eines Trümmerteils in eine laufende Getriebeverzahnung und dessen messtechnische Erfassung. Ausgangspunkt ist hierbei ein bereits existierender, dimensionierter Getriebefan. Auf diesem aufbauend wurde ein skalierter Prüfgetriebesatz abgeleitet und hergestellt. Für die messtechnische Erfassung eines derartigen ITS-Vorgangs wurden relevante Messgrößen identifiziert und messtechnische Instrumente ausgewählt und appliziert. Dazu wurden verschiedene Voruntersuchungs-Messaufbauten eingesetzt und diskutiert. Für die messtechnische Erfassung der kinematischen und kinetischen Größen sowie zur Konservierung des initialen Schadensbildes wurde ein optisches Teilmesssystem ausgelegt und in Betrieb genommen. Die Versuchsdurchführung beinhaltete langsam (quasistatische) und schnell laufende (kinetische) Messabläufe. Durch die Versuche sollte eine Klassifikation von Schadensbildern nach einem ITS-Vorfall vorgenommen werden, sodass sich Zustandsübergänge in dem Getriebesystem beschreiben lassen. Das methodische Vorgehen umfasste eine Prüfstandentwicklung unter Verwendung eines systematischen Prozessreferenzmodells (V-Modell). Auf Basis einer Anforderungs- und Funktionsanalyse wurden Konzepte für den Messaufbau erarbeitet und insgesamt zwei Prüfstände realisiert. Anhand elastischer Energiemethoden erfolgte eine Größenskalierung auf ein in einem geschützten Bunker handhabbares Prüfgetriebe, welches über ein Dünnringhohlrad verfügt. Darauf aufbauend wurde ein Prüfgetriebesatz entworfen und mehrfach gefertigt. Für einen wiederholgenauen Messablauf wurde eine entsprechende Messablaufsteuerung über einen Zustandsautomaten entworfen. Aus den Erkenntnissen dieser Arbeit kann für eine ähnliche Getriebetopologie ein Messaufbau für ITS-Versuche durchgeführt werden. Die methodische Entwurfsübersicht ermöglicht die individuelle Anpassung des beschriebenen Messaufbaus für derartiger Prüfstände. Zudem wurden Messfehler in diesem Messsystem thematisiert und ein Grundstein für die methodische Nachbearbeitung der Kameradaten beschrieben. Die Erkenntnisse dieser Arbeit haben somit eine hohe Relevanz für die weitere Entwicklung von Getriebefan-Triebwerken.