Knickvolumen und Freiformflächen

Beginn: 1996
Projektdauer: 1996 - 2004 (Eureka-Projekt).
Projektleitung: Dr. rer. nat. Dirk Windelberg

Übersicht

In vielen Lüftern und Stromaggregaten befinden sich Turbinen, die Luft oder Wasser bewegen oder die dadurch bewegt werden. Dabei enthält eine Turbine viele einzelne Turbinenschaufeln; zur besseren Veranschaulichung sind in dem Bild Turbine nur vier von 12 Schaufeln eingesetzt. Meist werden die Schaufeln einzeln hergestellt und dann zu der Turbine zusammengesetzt.

Knickvolumen

Zunächst wird eine spezielle Schaufel betrachtet. Es wird nach einem Knickvolumen gesucht, in das diese Schaufel hineinpasst. Dabei soll sich ein Knickvolumen aus einem ebenen Blech konstanter Dicke durch eine oder mehrere Abknickungen erzeugen lassen. Unter allen möglichen Knickvolumen wird dann eines mit minimalem Volumen bestimmt.
Dazu wird ein Verfahren gesucht, um auf der Schaufel Knicklinien zu finden, an denen die die dann die Schaufel abgewickelt werden könnte. Dann würde sich eine Schaufel wie in dem Bild Schaufel etwa aus einem ebenen Blech mit drei Knicklinien biegen lassen.

Knicklinien

Zur technischen Fertigung ist für ein gegebenes Blech zunächst die Randkurve festzulegen: Infolge der starken Knickungen ist der Rand nicht unbedingt rechtwinklig abzuschneiden. Die Knicklinien und Knickwinkel sind für eine Mittelfläche zu bestimmen.

Stromlinen

Nun ist zu untersuchen, unter welchen Bedingungen eine Schaufel durch ein Knickvolumen ersetzt werden kann. Dazu sind die geometrischen Abweichungen zwischen Schaufel und Knickvolumen als Diskrepanz zu bestimmen die Stromlinien auf dem Knickvolumen zu berechnen.

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