Green-TUrbine - Nachhaltige Produktion und Lebenszyklusoptimierung von Pelton-Laufrädern durch Wire-Arc Additive Manufacturing

Mit dem Fortschreiten des Klimawandels und dessen Folgen wird ein Umdenken im Sinne eines nachhaltigen Handelns zunehmend wichtiger. Wasserkraft trägt als erneuerbare Energieform besonders in Österreich maßgeblich dazu bei, CO2 freien Strom zu produzieren und somit die Energiewende zu bewältigen. Jedoch sollte hierbei nicht immer nur der "grüne" Strom selbst betrachtet werden, sondern ebenso die nachhaltige Fertigung der zur Stromerzeugung notwendigen Komponenten, Technologien und deren Lebenszyklus.

Das Projekt Green-TUrbine setzt hier an und untersucht am Beispiel einer Pelton-Turbine die Integration der Technologie "Wire Arc Additive Manufacturing" (WAAM) in den gesamten Lebenszyklus eines Laufrades. Methodisch werden hierbei die Nachhaltigkeitselemente "Rethink, Reduce, Reuse" auf den Lebenszyklus einer Turbine angewendet.

Unter dem Motto Rethink, wird zunächst die hybride Fertigung, also der kombinierte Einsatz der additiven und subtraktiven Fertigung, als nachhaltigere Prozessalternative für Pelton-Turbinen untersucht. Im Sinne von Reduce kann durch den Einsatz von WAAM der Ressourcenverbrauch im Fertigungsprozess reduziert und damit Energie eingespart werden. Reuse bezieht sich auf die Wiederverwendung der Turbinen durch automatisierte Reparaturprozesse mittels der WAAM-Technologie.

Im Rahmen der Untersuchungen wird ein besonderer Fokus auf den Einsatz von Multi-Material-WAAM-Anwendungen gelegt. Durch den gezielten Einsatz edlerer und verschleißfesterer Werkstoffe kann eine Verlängerung der Lebensdauer von Turbinen erzielt werden.

Die für diese komplexen Herstellungs-, Reparatur- und Multi-Material-Anwendungen benötigten Maschinen- und Roboterprogramme, werden im Projekt durch innovative CAD/CAM-Module unterstützt. Mögliche Auswirkungen der im Projekt erarbeiteten Optimierungen werden abschließend durch eine umfassende Lebenszyklusanalyse (LCA) des Pelton-Herstellprozesses sowohl ökologisch als auch ökonomisch bewertet.

Projektleitung

DI Gernot Mauthner
TU Wien - Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien

Projektpartner

• Fronius International GmbH
• Global Hydro Energy GmbH
• ModuleWorks GmbH

DI Gernot Mauthner
TU Wien - Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien
Getreidemarkt 9/E311 1060 Wien
Tel.: +43 1 58 801-31101
E-Mail: mauthner@ift.at
Web: www.tuwien.at/mwbw/ift