Des Triebwerks neuer Kern

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1 2/2010 Des Triebwerks neuer Kern MTU Aero Engines Holding AG Dachauer Straße München Deutschland Tel Fax Kunden + Partner Der Tausendsassa- Transporter Technik + Wissenschaft K3 Coole Beschichtung Produkte + Services Adaptives Laserschweißen

2 Inhalt Editorial Titelthema Des Triebwerks neuer Kern 4 9 Interview mit Airbus: Technologien zur richtigen Zeit Kunden + Partner Der neue Kanzler-Jet Der Tausendsassa-Transporter Technik + Wissenschaft Algen im Tank K3 Coole Beschichtung Produkte + Services Adaptives Laserschweißen Finaler Feinschliff MAX1 Vorstoß in neue Dimensionen Reportage Keep it clean In Kürze Impressum Des Triebwerks neuer Kern Im Rahmen des Technologieprogramms NEWAC haben 40 Partner vier Jahre lang an Verbesserungen des Kerntriebwerks gearbeitet. Mit Erfolg: Der CO 2 -Ausstoß konnte um sechs Prozent und die NO X -Emissionen um 16 Prozent gesenkt werden. Die Leitung hatte die MTU. Seite 4 Der Tausendsassa-Transporter Die C-17 Globemaster III kommt bei großen humanitären Hilfsaktionen in Katastrophengebieten zum Einsatz. Seine Power erhält das Transportflugzeug von F117-Triebwerken, die von Pratt & Whitney und der MTU seit 1993 gefertigt werden. Seite 16 Adaptives Laserschweißen K3 Coole Beschichtung Um Triebwerksschaufeln oder Gehäuseteile vor Korrosion und Verschleiß zu schützen oder Schäden zu reparieren, wird das bei der MTU neu eingeführte kinetische Kaltgasspritzen eingesetzt. Es eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Seite 26 Vollautomatisch und effizient: Die MTU hat ein neues Maschinenkonzept entwickelt, das die zu bearbeitenden Komponenten exakt vermisst und die Schadstellen anschließend per Laserauftragschweißen repariert. Seite 30 Liebe Leserinnen, liebe Leser, Produkte und Leistungen der MTU gehören in der Triebwerksindustrie zum Besten, was es gibt. Aushängeschilder sind Niederdruckturbinen, Hochdruckverdichter, Reparaturund Herstellverfahren. Sie machen uns in der Branche zu einem unverzichtbaren Partner. Dieser Erfolg ist das Ergebnis jahrzehntelanger intensiver Forschung, die im eigenen Haus stattfindet, aber auch im Verbund mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft. Damit das auch so bleibt, investieren wir weiterhin in diesen Bereich. Im Jahr 2010 sind es mit 230 Millionen Euro rund10 Millionen mehr als im Jahr zuvor, denn nur durch Innovationen können wir unsere technologische Vorreiterrolle behaupten. Wir wollen damit nicht nur unsere Wettbewerbsfähigkeit dauerhaft sichern, sondern auch einen Beitrag zum saubereren Luftverkehr von morgen leisten. Mit dem dreistufigen Technologieprogramm Claire ist es der MTU gelungen, das Antriebskonzept der Zukunft entscheidend mitzugestalten; Dreh- und Angelpunkt ist der Getriebefan (GTF), der zusammen mit Pratt & Whitney realisiert wird und sich durch eine schnelllaufende Niederdruckturbine auszeichnet. Neben den Schwerpunkten Niederdruckturbine und Hochdruckverdichter richten sich unsere technologischen Anstrengungen aber auch auf die Weiterentwicklung des Gesamtsystems Triebwerk wie zum Beispiel zukunftsweisende revolutionäre Kreisprozesse mit deutlich verbesserten thermischen Wirkungsgraden. Gearbeitet wird dabei auf regionaler, nationaler und europäischer Ebene gemeinsam mit anderen Unternehmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen. Eines der wichtigsten Projekte ist das europäische Technologieprogramm New Aero Engine Core Concepts (NEWAC), dessen Leitung die MTU inne hat. Nach vierjähriger intensiver Forschungsarbeit wurden jetzt Ergebnisse präsentiert. Die entwickelten Kerntriebwerkskonzepte können sich sehen lassen, denn sie vereinen nicht nur technische Innovationen eindrucksvoll mit Umweltfreundlichkeit, sondern sind auch ein Beweis für den Erfolg gemeinsamer Forschungsarbeit. Solche von der Europäischen Kommission geförderten Programme sind für alle Branchenakteure in Europa wichtig, da sie eine Plattform bilden, um weitreichende technologische Impulse zu setzen. Das alles zeigt: Die MTU Aero Engines investiert kontinuierlich in wichtige Produkte und Leistungen rund um das Triebwerk. Damit fördern wir Innovation und stellen sicher, dass wir auch langfristig ein geschätzter und zuverlässiger Partner in der Triebwerksindustrie bleiben. Ihr Dr. Rainer Martens Vorstand Technik 2 3

3 Aktiver Verdichter auf dem Rig 260 bei der MTU. Des Triebwerks neuer Kern Denis Dilba Die Ergebnisse der vierjährigen Forschungsarbeiten im Rahmen des Technologieprogramms NEWAC (New Aero Engine Core Concepts) zeigen einmal mehr, wie erfolgreich Kooperationen zwischen Industrie und Forschung auf europäischer Ebene sind: Mit aktiven Systemen, Wärmemanagement und fortschrittlichen Brennkammern vereinen die neu entwickelten Kerntriebwerks-Konzepte auf eindrucksvolle Weise technische Innovationen und Umweltfreundlichkeit. Radikal neue Ideen fordert das Advisory Council for Aeronautics Research in Europe (ACARE) von der Luftfahrtbranche im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit kommender Flugzeuggenerationen. In Zahlen liest sich das so: Bis 2020 sollen sich Treibstoffverbrauch, CO 2 -Emissionen und Lärm im Vergleich zum Jahr 2000 halbieren; der Stickoxidausstoß muss um 80 Prozent gedrückt werden. Bezüglich Lärm und Stickoxidemissionen sollen künftige Triebwerke den Löwenanteil leisten und zur Verbesserung des Treibstoffverbrauchs etwa 20 Prozent beitragen. Für die Triebwerkshersteller kommen die Forderungen nicht überraschend: Seit Jahren arbeiten sie in Forschungsprogrammen wie EEFAE, VITAL und DREAM mit Hochdruck an technologischen Lösungen, die zu den geforderten drastischen Verbrauchs- und Schadstoffreduktionen gegenüber heutigen Triebwerken führen. Wie erfolgreich die Hersteller sind, wurde bei der Präsentation des im sechsten Forschungsrahmenprogramm der EU geförderten und über fünf Jahre laufenden Projektes NEWAC deutlich: Unter der Leitung der MTU Aero Engines haben 40 Partner daran gearbeitet, durch Verbesserungen des Kerntriebwerks den CO 2 -Ausstoß um sechs Prozent und die NO X -Emissionen um 16 Prozent zu senken. Umgesetzt und teilweise bereits erfolgreich getestet wurden in fünf NEWAC- Bereichen: vier Kerntriebwerkskonzepte und ein Unterprogramm zur Untersuchung magerer Verbrennungsprozesse. Das größte Potenzial in der Treibstoffeinsparung und damit bei der Reduktion der CO 2 - Emissionen verspricht der kombinierte Einsatz von Wärmetauschern (Rekuperatoren) und Zwischenkühlern im Triebwerk. Die Wärmetauscherelemente nutzen dabei die Restwärme des Abgasstrahls, um die Luft, die in die Brennkammer eintritt, vorzuheizen, sagt Stefan Donnerhack, Technologieexperte bei der MTU Aero Engines in München und Leiter des NEWAC-Schwerpunkts Intercooled Recuperative Aero- Engine, kurz IRA. Auf diese Weise kann mit weniger Treibstoff die gleiche Turbineneintrittstemperatur wie bei einem konventionellen Triebwerk erreicht werden. 4 Titelthema 5

4 Erprobung von Grenzschichtabsaugung an Schaufelprofilen bei der EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne). Schon die Vorarbeiten im Projekt Clean hätten gezeigt, dass man mit dem ausgewählten Konzept eines Lanzetten-Wärmetauschers auf dem richtigen Weg sei. Donnerhack: Bei den Arbeiten an IRA haben wir uns auf die optimale Anordnung der Wärmetauschermodule im Abgasstrahl und Auf dem Prüfstand von Sulzer wurden Anstreifbeläge erprobt. die Entwicklung eines neuen Radialverdichters konzentriert. Letzterer mache bei der IRA-Konfiguration aus zwei Gründen Sinn, so der MTU-Experte. Zum einen ist sein Einsatz für das vergleichsweise niedrige Gesamtdruckverhältnis von 20:1 bis 25:1 des IRA- Kreisprozesses geeignet, zum anderen leitet Verdichter-Rig von Snecma. der Radialverdichter die Luft seinem Namen entsprechend radial nach außen. Dorthin müsse sie sowieso geführt werden, um an der Brennkammer vorbei zu den Rekuperatoren zu gelangen. NEWAC-Partner Turbomeca, ein französischer Hersteller von Flugzeug- und Helikopterantrieben und Spezialist für Radialverdichter, gelang es, den neuen Verdichter bei rund einem Prozent gesteigerter Effizienz um mehr als zehn Prozent leichter zu machen. Zusammen mit der verbesserten Durchströmung der Rekuperator-Einheiten sei er zuversichtlich, so Donnerhack, dass sie den IRA- Treibstoffverbrauch zusätzlich zu den bereits in Clean erreichten 16 Prozent nochmals um zwei Prozentpunkte drücken können. Darüber hinaus werde das gesamte IRA- Antriebssystem um rund ein Prozent leichter. In den kommenden Monaten folgen abschließende Rig-Tests. Ein Zwischenkühler, der in abgewandelter Weise auch in IRA eingesetzt werden könnte, wurde von Rolls-Royce-Wissenschaftler Nick Baker in dem von ihm geleiteten NEWAC- Forschungsschwerpunkt Intercooled Core (IC) entwickelt. Das Intercooled Core-Konzept hat den Charme, nicht ganz so komplex zu sein wie IRA, sagt Baker. Gleichwohl ist die Entwicklung des ICs hochanspruchsvoll: Der Zwischenkühler muss ultrakompakt gebaut und dazu noch möglichst leicht sein. Baker und seine NEWAC-Partner haben daher mit einem Rapid Prototyping-Verfahren einen Zwischenkühler aus Titan hergestellt. Seine Wellblech-Struktur habe in ersten Versuchen bereits eine gute Performance gezeigt, sagt Baker. Er soll in seinen Abmessungen nun noch kleiner werden. Prototypen des Zwischengehäuses für ein Triebwerk mit Zwischenkühler. Weitere Arbeiten in Bakers Projekt erfolgten an dem Design der Strömungskanäle, die die Luft zunächst zu den Zwischenkühlermodulen und dann wieder zum Hochdruckverdichter führen. Eine Herausforderung sei es gewesen, hier die Druckverluste möglichst gering zu halten. Darüber hinaus müssen für die Integration des Zwischenkühlers auch die Verdichter optimiert und das Triebwerksgehäuse steifer ausgelegt werden. Ganz erreicht sei das Ziel von insgesamt vier Prozent weniger Treibstoffverbrauch im Vergleich zu konventionellen Triebwerken zwar noch nicht, aber, so Baker: NEWAC ist bereits jetzt das erfolgreichste EU-Projekt, an dem ich bisher mitgearbeitet habe. In einem Jahr werde man so weit sein, versichert der Rolls- Royce-Mann. Und auch nach NEWAC werden wir an den neuen Technologien aktiv weiterarbeiten, so Baker. Ab frühestens 2020 könne man dann mit den ersten Technologien aus NEWAC in Aufbau zur Erprobung der aktiven Spaltkontrolle. Fortschrittlicher Verdichterrotor. Serientriebwerken rechnen. Für uns Triebwerksbauer ist das bereits übermorgen, erklärt Wolfgang Sturm, MTU-Experte und Leiter des Schwerpunktes Active Core, die Dringlichkeit der Forschungsarbeiten. Sein aktives Kerntriebwerk verfüge unter anderem über einen intelligenten Verdichter, der sich dem jeweiligen Flugzustand anpasst. Um dieses ingenieurstechnische Kunststück hinzubekommen, hat Sturms Team eine aktive Spaltkontrolle erarbeitet. Sensoren erfassen dabei kontinuierlich das Spaltmaß und passen das Gehäuse über Aktuatoren so an, dass der Verdichter stets mit optimaler Leistung arbeitet. 6 Titelthema 7

5 Zwei Mitarbeiter der MTU instrumentieren den Versuchsverdichter. Zusätzlich wurde ein sogenanntes Tip-Injection-System entwickelt. Sturm: Hier blasen wir von außen zusätzlich Luft in die vorderen Verdichterstufen ein. Auf diese Weise könne man das Stabilitätsloch bei Teillast verhindern. Drittes großes Thema des aktiven Kerntriebwerks ist die Kühlung der Kühlluft. Ist Der MTU-Verdichterprüfstand ist extrem leistungsstark. diese kälter als bisher, benötigt man für die üblichen Kühlaufgaben im Triebwerk, etwa an den Turbinenschaufeln, deutlich weniger Luft. Das hebt den Wirkungsgrad eines Triebwerkes, erläutert Sturm. Geschenkt bekommt man auch hier nichts: Wird die Temperaturdifferenz zwischen Kühlluft und Heißgas in der Turbine zu groß, verkürzt sich deren Lebensdauer rapide. Sturm und seine NEWAC-Kollegen mussten eine aktive Steuerung der Kühllufttemperatur entwerfen. Auf diese Weise konnte der Kraftstoffverbrauch um 1,5 Prozent gesenkt und der Wirkungsgrad der besser gekühlten Hochdruckturbine um ein halbes Prozent erhöht werden. Insgesamt benötige das aktive Kerntriebwerk rund ein Fünftel weniger Kühlluft als bisher. Die Technologien des intelligenten Hochdruckverdichters verbesserten seinen Wirkungsgrad um zwei Prozent. Unsere Rig- Tests sind gerade erst abgeschlossen und müssen noch detailliert bewertet werden, sagt der MTU-Mann, klar ist aber jetzt schon, dass die Technologien großes Potenzial für die Zukunft bieten. Man werde die Entwicklung in diesem Bereich deshalb weiterverfolgen sehr gerne in einem ähnlich gearteten Folgeprojekt, so Sturm, denn zum Erfolg beigetragen habe vor allem auch die konstruktive Zusammenarbeit mit den Partnern. Hanna Reiss vom französischen Triebwerkshersteller Snecma, Leiterin des Schwerpunktes Flow Controled Core (FCC), hat ebenfalls durchweg Positives von der Arbeitsatmosphäre in NEWAC zu berichten. Ihr Projektteam hat vier unterschiedliche Ansätze weiterentwickelt und getestet, um die Effizienz des Hochdruckverdichters zu verbessern. Damit die neuen Triebwerke ihr volles Potenzial ausreizen können, benötigten sie ein verbessertes Verdichter-Design für hohe Druckverhältnisse, so Reiss. Der FCC- Ansatz ist die lokale Kontrolle der Strömung im Hochdruckverdichter. Das erfordert eine 3D-CFD-(Computational Fluid Dynamics) Optimierung des gesamten Verdichters unter Einschluss der neuen Flow Control -Technologien. Im Speziellen beschäftigte man sich mit der Absaugung von Luft im Hochdruckverdichter und dem Ziel, Leistungsverluste durch Strömungsablösung zu verringern. Das könne entweder von außen über das Gehäuse geschehen, sagt Reiss, oder direkt durch filigrane Absaugkanäle in den Schaufeln über die Schaufelprofile. Ersteres ist laut Reiss in NEWAC in einem neuen und komplett aufgebauten Hochdruckverdichter erfolgreich getestet worden; bei letzterem zeigen Vorversuche, dass das Konzept sehr vielversprechend sei. Ebenfalls getestet wurden optmierte und langlebigere Einlaufbeläge im Hochdruckverdichtergehäuse. Mit ihren Maßnahmen konnte das Team um die Französin die Effizienz des Hochdruckverdichters um 1,9 Prozent und die Pumpgrenze um 7,5 Prozent anheben. Wir sind mit den Ergebnissen sehr zufrieden, müssen uns aber noch weiter anstrengen, die Systeme einfacher und leichter zu konstruieren, sagt die Snecma-Managerin. Auch über NEWAC hinaus werde weiter an der Thematik gearbeitet. Aufbau des Ringbrennkammer-Rigs für Niederdruckversuche bei Avio. Hauptverantworlich dafür, dass NEWAC das gesetzte Ziel der 16-prozentigen Minderung der Stickoxid-Emissionen erreicht, ist Salvatore Colantuoni vom italienischen Triebwerksbauer Avio und Leiter der Forschungsarbeiten im Bereich der Brennkammer. Die unter seiner Regie entwickelten neuen Brennkammer-Technologien setzen konsequent auf Magerverbrennung. Anders als die konventionelle Verbrennung ist bei ihr ein Überschuss an Luft und nicht an Treibstoff in der Brennkammer vorhanden. Colantuoni: So senken wir die Flammentemperatur und verhindern, dass sich vermehrt Stickoxide bilden. Da aber die Magerverbrennungs-Technologie nur sehr begrenzt auf verschiedene Triebwerksgrößen und Gesamtdruckverhältnisse übertragen werden kann, hat Colantuonis Team parallel drei verschiedene Konzepte Zünden der Flamme in der Brennkammer. verfolgt: Lean Direct Injection (LDI), Lean Premixed Prevaporized (LPP) und Partially Evaporated and Rapid Mixing (PERM). LPP ist vorteilhaft für die vergleichsweise niedrigen Gesamtdruckverhältnisse von IRA, erklärt der Brennkammer-Forscher. PERM eignet sich für mittlere Druckverhältnisse, während die LDI-Entwicklung vor allem auf den IC mit den höchsten Drücken abzielt. Alle drei Magerverbrennungs-Konzepte wurden auf Demonstratoren getestet und zeigten sehr gute Resultate im Hinblick auf die Reduzierung des NO X Ausstoßes, so Colantuoni. Bei den nächsten Schritten geht es um die Optimierung des Gewichts und die Verringerung der Systemkomplexität. Näher untersucht werden müsse auch das Zusammenspiel zwischen den neuen Brennkammern und den ihnen am nächsten liegenden Komponenten, dem Hochdruckverdichter und der Hochdruckturbine. Colantuoni: Mit den NEWAC-Entwicklungen sind wir den ACARE- Zielen einen großen Schritt nähergekommen. Besonders erfreulich ist die große Palette an innovativen Technologien, die wir im Rahmen von NEWAC entwickelt haben. Damit ermöglichen wir sowohl kurzfristige Verbesserungen als auch langfristig große Schritte in Richtung eines öko-effizienten Fliegens, freut sich Jörg Sieber, MTU- Technologe und Chief Engineer des NEWAC- Technologieprogramms. Unsere Ziele haben wir erreicht, resümiert auch Stephan Servaty, Leiter des NEWAC- Technologieprogramms, der bei der MTU die EU-Programme koordiniert. Die von der EU und den beteiligten Partnern investierten Mittel seien in zweifacher Hinsicht gut angelegt. Servaty: Sie sorgen nicht nur für eine sauberere Umwelt, sondern helfen dabei, Europas Triebwerksbranche weltweit wettbewerbsfähig zu halten. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Stephan Servaty Interessante Multimedia-Services zu diesem Artikel unter: 8 Titelthema 9

6 Technologien zur richtigen Zeit In der Triebwerksbranche wird intensiv geforscht, um die Luftfahrt von morgen sparsamer, sauberer und leiser zu machen. Auch die Flugzeughersteller arbeiten mit Hochdruck an neuen Technologien. Über die gemeinsamen Anstrengungen haben wir uns mit Sébastien Rémy, Vice President, Head of CoC Powerplant Airbus S.A.S., unterhalten. Sébastien Rémy, VP, Head of CoC Powerplant Airbus S.A.S Herr Rémy, die EU legt seit vielen Jahren Förderprogramme auf, um neue Technologien für die Luftfahrtantriebe der Zukunft zu entwickeln ein aktuelles Beispiel ist NEWAC. Wie sind Zellenhersteller in solche Programme eingebunden? Airbus kooperiert schon lange mit Triebwerksherstellern bei EU-Forschungsprogrammen. Die Zusammenarbeit begann in den späten 1990er-Jahren beziehungsweise Anfang 2000 mit den Projekten EEFAE und Silencer; sie fand in NEWAC ihre Fortsetzung und wird heute im Rahmen der Clean Sky- Technologie-Initiativen (SAGE, SFWA) weitergeführt. Airbus kommt hier die Aufgabe zu, die Triebwerkstechnologien hinsichtlich ihrer Potenziale und Einsatzmöglichkeiten im Flugzeug durch die Bereitstellung von Flugzeugdaten zu bewerten. Triebwerks- und Flugzeugbauer haben das gleiche Ziel: Sie wollen herausfinden, welche Antriebstechnologien auf Flugzeugebene die besten Zukunftschancen haben und diese dann gezielt weiterentwickeln. Alle Flugzeughersteller denken bereits über das Passagierflugzeug der nächsten Generation nach, das frühestens in zehn bis zwölf Jahren auf den Markt kommen soll. Um wie viel muss dieses Flugzeug hinsichtlich Verbrauch, Emissionen und Lebenswegkosten besser sein als heutige Maschinen? Wir prüfen grundsätzlich immer die gesamte Bandbreite der Möglichkeiten, angefangen bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung heutiger Versionen durch die Einführung zellenund triebwerksseitiger Neuerungen bis hin zur Entwicklung eines komplett neuen Flugzeugs mit neuem Antriebssystem. Ausschlaggebend ist letztlich, inwieweit technische Verbesserungen realisiert werden können und sich diese wirtschaftlich für Hersteller und Betreiber auszahlen. Ein Beispiel: In den nächsten Jahrzehnten können Treibstoffeinsparungen von zehn bis 35 Prozent realisiert werden, je nachdem wann das Flugzeug auf den Markt kommt. Mit welchen technischen Maßnahmen will man diese Ziele erreichen? Airbus wendet ein systematisches Verfahren (TRL Technology Readiness Level) an, um die erfolgversprechendsten Technologien auszuwählen und weiterzuentwickeln. Zielsetzung ist, das Leistungspotenzial optimal auszuschöpfen und gleichzeitig das Entwicklungsrisiko möglichst gering zu halten. Dieser schrittweise Ansatz, um Technologien serienreif zu machen, spiegelt sich in einer Reihe von Technologievorhaben wider, die von der EU gefördert werden; sie decken die gesamte Bandbreite der unterschiedlichen Entwicklungsstufen ab, angefangen von akademischer Forschung durch Tests im Labormaßstab (etwa Windkanalversuche) bis hin zu Demonstratortests (Triebwerkstests am Boden oder im Flugzeug/ Flying Test Bed ). Bei der Technologieauswahl gehen Airbus und die Triebwerkshersteller weitestgehend nach dieser Systematik vor; in den vergangenen Jahrzehnten konnten so die richtigen Technologien zur richtigen Zeit eingeführt werden. Die besten Technologien sind immer diejenigen, die ihren Weg in den Markt finden. Denkt man in der Branche auch darüber nach, völlig neue Werkstoffe zu nutzen, die es heute maximal ansatzweise in Labors gibt? Wir arbeiten laufend an der Weiterentwicklung von Werkstoffen, wie etwa Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFK), sowie an Neuentwicklungen, die helfen, das Gewicht von Flugzeugen zu reduzieren und damit den Emissionsausstoß zu senken. Unsere Vision an der wir uns im Übrigen auch messen geht noch weiter: Wir wollen wegweisend sein in Puncto gute Bedienbarkeit, bei Umwelt- und Artenschutz sowie der Ökoeffizienz (inklusive umweltschonende Fertigung und Recycling) wollen wir im Vergleich zum Niveau des Jahres 2006 unter anderem den Energieverbrauch unternehmensweit um 30 Prozent, den CO 2 -Ausstoß und den Wasserverbrauch um jeweils 50 Prozent reduziert haben; Abwässer sollen um 80 Prozent verringert werden und die Abfallmenge um 50 Prozent. Es wurde viel Geld investiert, um beispielsweise ein chromatfreies Lackierverfahren zu entwickeln. Bei der Oberflächenbehandlung kann der Wasserverbrauch gesenkt werden, indem Wasser aufbereitet wird, Verdampfungsverluste durch die Absenkung der Badtemperaturen vermieden und sparsamere Spülverfahren eingeführt werden. Hinzu kommt, dass Flugzeugteile heute lediglich zu höchstens 60 Prozent wiederverwertet werden. Das kann nicht mehr hingenommen werden. Es besteht die Gefahr, dass Schadstoffe frei werden und den Boden verunreinigen. Zudem können ausgebaute Teile unkontrolliert als Ersatzteile in Umlauf gelangen. Die praktizierte Form der Ausschlachtung ist ausgesprochen unwirtschaftlich, da nur ein geringer Teil der Komponenten recycelt wird. Der Abschlussbericht des Projekts PAMELA LIFE, vorgelegt im Januar 2008, zeigt deutlich, dass bis zu 85 Prozent der Bauteile eines Flugzeugs ohne weiteres recy- Concept Plane von Airbus. celt, wiederverwendet oder wiederhergestellt werden können Anteil der Wiederverwendung und herstellung: 70 Prozent. Die Erkenntnisse aus der Zerlegung und dem Recycling werden für eine Verbesserung des Auslegungs- und Fertigungsprozesses (Reverse Engineering, Fertigung, Einkauf, Rohmaterial usw.) genutzt und tragen dazu bei, die Verwertung künftiger Flugzeuge zu verbessern. Welche Rolle spielt der Antrieb, um diese ehrgeizigen Ziele zu erreichen? Für eine weitere Steigerung der Effizienz und die Verbesserung des Umweltschutzes im Flugverkehr spielen die Triebwerke von morgen eine wesentliche Rolle. Ihr volles Potenzial können sie nur entfalten, wenn sie clever ins Flugzeug integriert sind. Um Zellen- und Triebwerkstechnologien optimal zu kombinieren, müssen beide Seiten von Anfang an bei der Forschung und Technologie zusammenarbeiten. Die optimierte Kombination Zelle/Triebwerk wird den Kraftstoffverbrauch um bis zu 40 Prozent senken: Zusammen mit der zusätzlichen Einsparung von zehn bis 15 Prozent aus Verbesserungen der Flugführung ergibt sich dann die von ACARE geforderte Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von insgesamt 50 Prozent im Vergleich zum heutigen Luftverkehr. Der Antrieb sorgt heutzutage nicht nur für den Vortrieb von Flugzeugen, sondern sichert auch deren Energieversorgung. Bleibt das so oder wird es in Zukunft separate Systeme geben? Das Triebwerk ist derzeit die effizienteste und verlässlichste Energiequelle im Flugzeug und wird das auch im nächsten Jahrzehnt bleiben. Die Zellenhersteller sind bestrebt, die Leistungsentnahme ( power off-take ) des Triebwerks zu minimieren. In einem ersten Schritt könnten alternative Systeme die Energieversorgung durch das Triebwerk, zum Beispiel für die Klimaanlage, ergänzen oder sogar übernehmen. Am Boden könnte die Stromversorgung auch während des Rollens zur Startbahn durch einen eigenständigen, etwa am Fahrwerk montierten elektrischen Generator unterstützt werden. Wie beurteilen Sie den Einsatz der vieldiskutierten Brennstoffzelle im Flugzeug? Brennstoffzellen können elektrische Energie mit weit höheren Wirkungsgraden bereitstellen als Verbrennungsmaschinen. Zusätzlich kann man mit ihnen die Emissionsbilanz im Luftverkehr weiter verbessern. Im Februar 2008 haben Airbus, DLR und Michelin als Erste während eines kommerziellen Fluges ein Brennstoffzellensystem getestet. Eingesetzt wurde es zum Antrieb der elektrischen Pumpe des Back-up-Hydrauliksystems zur Steuerung der Spoiler sowie der Quer- und Höhenruder. Die Forschung auf dem Gebiet der Brennstoffzellen befindet sich noch am Anfang. Bevor diese Technik in der zivilen Luftfahrt etabliert wird, muss die Leistungsdichte (elektrische Leistung pro Masseneinheit) der Brennstoffzellensysteme deutlich verbessert werden. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Odilo Mühling Weitere Informationen zu diesem Artikel unter: 10 Titelthema 11

7 Der neue Kanzler-Jet Patrick Hoeveler Sie sind fast schon Fernsehstars, auch wenn sie stets im Hintergrund bleiben: Die Maschinen der Flugbereitschaft des Bundesministeriums der Verteidigung sind bei Reisen von Bundeskanzlerin, Bundespräsident und anderen hochrangigen Politikern oft zu sehen. Mit den zwei neuen A319 bekommt die Einheit neue Fähigkeiten. Die beiden Maschinen sind der Auftakt zu einer umfangreichen Modernisierung der Flotte. In die Luft gebracht werden sie von je zwei IAE V2500-Triebwerken, an denen die MTU beteiligt ist. Das aus vielen Kinofilmen berühmte rote Telefon gibt es an Bord der beiden brandneuen Airbus A319 wirklich im neuesten Muster der Flugbereitschaft ist es allerdings schwarz. Mit seinem creme- und beigefarbenen Interieur vermittelt der Innenraum eine gediegene aber keinesfalls spektakuläre Atmosphäre, schließlich erfüllt die Maschine eine der Hauptaufgaben der in Köln-Wahn beheimateten Einheit der Luftwaffe: die Durchführung des Regierungs- und Staatsflugbetriebs. Darüber hinaus ist die Flugbereitschaft auch für den Lufttransport und die Versorgung deutscher Soldaten im Ausland zuständig. Im Bereich der mit VIP-Ausstattung versehenen deutschen Maschinen läutet die A319 einen Generationswechsel ein, denn nach über 20 Jahren wurde Ersatz für die aus Airbus A310 und Canadair CL-601 Challenger bestehende Flotte nötig. Den ersten der zwei für die Mittelstrecke vorgesehenen A319 Corporate Jetliner hat die Lufthansa Technik dem Verteidigungsministerium Ende März in Hamburg übergeben. Das Unternehmen hatte den Jet in neun Monaten mit einer besonderen VIP-Kabine ausgestattet. Die weiteren Pläne: Für Langstreckeneinsätze sollen ab Ende dieses Jahres zwei Airbus A dienen; die verbleibenden Challenger weichen 2011 vier Bombardier Global 5000-Jets. Besatzungen wie Passagiere sind mit dem ersten der drei neuen Muster mehr als zufrieden. Die A319 erweitert die Fähigkeiten der Flugbereitschaft erheblich, meint Oberstleutnant Sascha Kählert, Chef der 2. Staffel. Das betrifft vor allem die mögliche Größe der Delegationen. Im Airbus können wir bis zu 44 Personen einschließlich Besatzung befördern, bei der Challenger sind es nur 16. Dank Zusatztanks im Frachtraum ist auch die Reichweite ungemein höher. Kählert: Flüge von Berlin-Tegel nach Washington D.C. oder nach Peking sind kein Problem. 12 Kunden + Partner 13

8 Innerhalb des IAE-Konsortiums steuert das Unternehmen die Niederdruckturbine bei und hält neben Pratt & Whitney, Rolls-Royce und der Japanese Aero Engine Corporation einen Programmanteil von elf Prozent. Die Hälfte aller V2500-Antriebe wird bei Rolls-Royce in Dahlewitz bei Berlin montiert. Sicher war es nicht nur aus Prestige-Gründen wichtig, ein deutsches Triebwerk am deutschen Regierungsflugzeug zu haben, erklärt Leo Müllenholz, Leiter IAE-Programme bei der MTU. Aber es gab einen normalen Wettbewerb zwischen dem CFM56 und dem V2500, bei dem sich das IAE-Produkt durchgesetzt hat. Das V2500 ist beispielsweise etwas günstiger im Verbrauch. Der Antrieb ist ein Bestseller: Insgesamt sind weltweit mehr als Triebwerke ausgeliefert und über bestellt. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Leo Müllenholz Weitere Informationen zu diesem Artikel unter: Das V2500 sorgt für Power im neuen Kanzler-Airbus. Air Force One Präsidententransport XXL Seit Ende März ist der neue A319 unter deutscher Flagge unterwegs. Über die Unterschiede zu einem normalen Airbus A319, wie er bei der Lufthansa oder anderen Fluggesellschaften fliegt, sagt Hauptfeldwebel Maik Kolditz: Die Änderungen beziehen sich auf den Aufbau der Kabine und auf die Sicherheitssysteme. Kolditz ist Techniker auf der A319. Die Exemplare der Luftwaffe besitzen vorne ein Privatbüro mit zwei VIP-Sitzen sowie einer Couch, die zu einem Bett umfunktioniert werden kann. Ergänzt wird die Einrichtung durch eine Dusche und eine Toilette. Hinter diesem Areal schließt sich der Konferenzbereich mit acht Sitzen, Multimediasystemen samt Fernsehen und Internet an. Alle Kommunikationseinrichtungen sind abhörsicher. Im nächsten Abteil sind 32 Sitze angeordnet. Hinten rechts gibt es noch einen Ruheraum für die Besatzung, denn auf längeren Flügen wird die Cockpitcrew von zwei auf drei Personen erhöht. In diesem Fall beträgt die maximale Einsatzzeit 18 statt 14 Stunden. Normalerweise gehören zur Crew auch noch zwei bis vier Kabinenbesatzungsmitglieder, ein eigener Ladungsmeister, der sich um das Gepäck kümmert, sowie zwei Techniker, da man auf entlegenen Flugplätzen oft auf sich allein gestellt ist. Aus diesem Grund besitzt das Flugzeug auch eine eigene, ausfahrbare Treppe. Wird der Airbus in der sogenannten MedEvac- Rolle zur Beförderung von Intensivpatienten genutzt, komplettieren die Besatzung zwei Ärzte, ein medizinischer Techniker und in der Regel ein Anästhesist. Wie alle Flugzeuge der Flugbereitschaft ist die A319 MedEvac-fähig. Es ist immer eine A310 sowie eine Challenger oder eine A319 in Bereitschaft. Diese Fähigkeit gibt es weltweit nirgendwo sonst, erläutert Stabsfeldwebel Guido Rademacher, Flugmedizinischer Assistent auf der A319. Innerhalb weniger Stunden lassen sich in dem Airbus Passagiersitze ausbauen und Stationen zur Intensivversorgung von zwei Patienten einbauen. Die Einsätze erfolgen in der Regel für verletzte deutsche Soldaten und deutsche Staatsbürger, aber auch im Rahmen internationaler Katastrophenhilfe. Der deutsche Anteil an der bei Airbus in Hamburg-Finkenwerder endmontierten A319 ist deutlich höher als bei den vorherigen Regierungsmaschinen. Das gilt auch für den Antrieb, dem V2500 von International Aero Engines (IAE). Wir freuen uns natürlich sehr, dass die Regierung der Bundesrepublik Deutschland mit einem Triebwerk fliegt, zu dem wir wesentliche Anteile beitragen, erklärt Dr. Anton Binder, Leiter Zivile Programme bei der MTU Aero Engines in München. Seit langem gilt der Begriff Air Force One als Synonym für amerikanische Regierungsmaschinen. Eigentlich ist er der Funkcode eines jeden Flugzeugs der US Air Force, sobald der Präsident der USA an Bord ist. Barack Obama verfügt derzeit über zwei erheblich modifizierte Boeing B, die die militärische Bezeichnung VC-25A tragen und 1990 in Dienst gestellt wurden. Sie können unter anderem in der Luft betankt werden und sind mit einer Vielzahl speziell abgeschirmter Kommunikationseinrichtungen ausgestattet, die den Jumbo im Ernstfall zur fliegenden Kommandozentrale werden lassen. Die Kabine ist über 370 Quadratmeter groß. Jedes Flugzeug wird von vier General Electric CF6-80C2B1-Triebwerken mit je 252,4 Kilonewton Schub angetrieben; auch an ihnen ist die MTU beteiligt. Unser Fertigungsumfang umfasst unter anderem die Lauf- und Leitschaufeln der Stufen 1 und 2 sowie die Scheibe der zweiten Stufe der Hochdruckturbine, sagt Zwei Boeing 747 stehen dem US-Präsidenten rund um die Uhr zur Verfügung. Josef Moosheimer, Teamleitung GEnx-Programm bei der MTU. Auch bei der nächsten Generation der Air Force One könnte das deutsche Unternehmen mit an Bord sein: Ein möglicher Nachfolger der VC-25A ist die Boeing 747-8, die exklusiv vom GE Aviation-Triebwerk GEnx in die Luft gebracht wird. Moosheimer: Die MTU wäre auch in dieser Anwendung mit dem Turbine Center Frame dabei. 14 Kunden + Partner 15

9 Der Tausendsassa- Transporter Andreas vom Bruch Nach dem Erdbeben in Haiti fliegt die US Air Force pausenlos Einsätze, um die notleidende Bevölkerung mit Nahrungsmitteln und Medikamenten zu versorgen. Anfangs müssen die C-17 Globemaster-Maschinen Fallschirme abwerfen, um die Güter zu verteilen. Die Haiti-Bilanz der C-17: Die Transportflugzeuge haben mehr als Mal abgehoben und hatten insgesamt Tonnen Hilfsgüter und knapp Passagiere an Bord. Das Transportflugzeug C-17 Globemaster III ist ein Tausendsassa und kommt bei großen humanitären Katastrophen zum Einsatz: Im pakistanischen Erdbebengebiet haben die Maschinen ebenso geholfen wie nach dem Tsunami in Asien. Sie fliegen unter verschiedenen Flaggen. Ursprünglich gebaut wurde das Flugzeug für anspruchsvolle militärische Einsätze. Ob Panzer, Hubschrauber oder Kommandofahrzeuge, fast die gesamte Ausrüstung passt in den Bauch des Transporters. In dem 26 Meter langen, 5,5 Meter breiten und vier Meter hohen Laderaum haben 78 Tonnen Fracht Platz; der Zugang erfolgt über die Heckklappe und eine Rampe. Ein aktueller Einsatzort ist Afghanistan. Seine Power erhält das Flugzeug, das 53 Meter lang ist und eine Spannweite von 50 Metern hat, von F117-Triebwerken. Dank der vier starken Antriebe mit jeweils 185,5 kn Schub kann die C-17 auf provisorischen Flugfeldern mit extrem kurzen und unebenen Bahnen schnell starten und landen. Sie fährt auch rückwärts und dreht auf der Stelle, erklärt Manfred Vögele, Leiter der Pratt & Whitney-Programme bei der MTU Aero Engines. Der von Pratt & Whitney und der MTU seit 1993 gefertigte Antrieb gilt laut Vögele als außerordentlich zuverlässig. Zudem verbraucht er deutlich weniger Kraftstoff als vergleichbare Triebwerke, was unter anderem an seinem niedrigen Gewicht liegt. Vögele: Das Triebwerk F117 profitiert von der Zuverlässigkeit und Erfahrung der zivilen Version PW2040, das in der Boeing 757 eingesetzt wird. Es ist aber deutlich robuster gebaut; so hat es beispielsweise verstärkte Anbaugeräte. Ein großer Unterschied ist die leistungsstarke Schubumkehr. Sie erlaubt bei voller Beladung autonomes Rückwärtsrollen bis zu einer Steigung von zwei Grad. 16 Kunden + Partner 17

10 PW2000-Instandhaltung in Langenhagen Ein lukratives Zusatzgeschäft für die MTU ist die Instandhaltung der zivilen PW2000- Triebwerke, auf denen der C-17-Antrieb F117 basiert; sie läuft bei der MTU Maintenance Hannover in Langenhagen. Laut Customer Program Manager Thomas von Kaweczynski wurden seit 1989 über 400 Instandhaltungsaufträge für komplette Triebwerke abgeschlossen sowie etwa 200 Aufträge für einzelne Module. In diesem Jahr rechnet Kaweczynski mit 40 Betreuungsaufträgen für komplette Triebwerke. Instandhaltungs-Kunden sind Fluglinien, die Boeing 757-Maschinen mit PW2000- Antrieben am Flügel betreiben, darunter Shanghai Airlines, VIM Airlines, Finnair und auch der Paketdienst UPS. In den ersten Jahren des Triebwerkes war eine Überholung spätestens nach Flugstunden erforderlich. Heute erreichen die modernen RTC-Triebwerke (RTC = Reduced Temperature Configuration) leicht mehr als Ein PW2000 von Pratt & Whitney auf dem MTU-Entwicklungsprüfstand Flugstunden bis zur nächsten Überholung, informiert Kaweczynski. Möglich wurde das durch technische Modifikationen an Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine, um den Luftmassendurchsatz im Hochdruckkompressor und der Hochdruck- turbine zu erhöhen. Das erlaubt der Brennkammer und der Hochdruckturbine auf einem deutlich niedrigeren Temperatur- und damit Verschleißniveau zu arbeiten. Toussaint L Ouverture International Airport in Port-au-Prince: Nach dem schweren Erdbeben auf Haiti im Januar 2010 fliegt die C-17 Globemaster Opfer aus. Für Deutschlands führenden Triebwerkshersteller ist das PW2000 von hoher strategischer Bedeutung. Vögele: In ihm kommt die erste von der MTU entwickelte zivile Niederdruckturbine zum Einsatz. Wir sind heute auf diesem Gebiet weltweit führend. Seit 1979 entwickeln und fertigen die Münchner das PW2000 in Kooperation mit Pratt & Whitney. Der Programmanteil betrug anfänglich elf Prozent und beschränkte sich auf die Entwicklung und Fertigung der Niederdruckturbine und des Austrittsgehäuses wurde der Anteil auf 21 Prozent erhöht; die MTU entwickelte und fertigte nun auch Teile der Hochdruckturbine. Dass sich das Programm so positiv entwickeln würde und heute zu den starken Umsatz- und Ergebnisträgern des Unternehmens zählt, ahnte damals wohl niemand. Auch die C-17 Globemaster wurde zu einem Erfolg und entwickelte sich zu einem Exportschlager. Mit 200 Maschinen verfügt die US- Luftwaffe über die größte C-17-Flotte. Das erste Flugzeug erhielt sie 1993 von McDonnell Douglas; seit 1997 gehört dieses Unternehmen zu Boeing. Der Bedarf stieg kontinuierlich an und summierte sich schließlich auf 223 Exemplare. Auch die Royal Air Force Großbritanniens schätzt den Allrounder aufgrund seiner Reichweite und Vielseitigkeit: Die C-17 kann in Kampfgebiete schnell ein- und ausfliegen und schafft bei maximaler Beladung ohne Betankung eine Strecke von Kilometer. Mit Luftbetankung fliegt der Frachter nonstop zu jedem Krisenherd der Welt. Die Maschine gilt als äußerst verlässlich, wartungsarm und kraftstoffeffizient. Dank dieses Fähigkeitsprofils stuft sie die US-Luftwaffe nach wie vor als modernstes und flexibelstes Transportflugzeug weltweit ein. In Großbritannien sind derzeit sechs Maschinen im Einsatz; Ende des Jahres sollen es sieben sein. Jeweils vier Stück lieferte Boeing auch an die Royal Australian Air Force sowie an das Air Command der kanadischen Streitkräfte. Die NATO hat im Jahr 2006 den Zusammenschluss einiger Mitgliedsstaaten verkündet, um im Rahmen der Strategic Airlift Capability Initiative drei C-17-Maschinen zu erwerben. Diese fliegen nun mit gemischten Besatzungen aus den Niederlanden, Nor- wegen, Schweden, den USA und Litauen. Auch Katar und die Vereinigten Arabischen Emirate schätzen die C-17: Katar hat der Militärmaschine einen zivilen Anstrich verpasst und stellt sie der Königsfamilie und der Regierung zur Verfügung. Aktuell signalisiert auch Indien Interesse; zehn Maschinen sollen erworben werden. In Summe hat Boeing 219 Globemaster weltweit ausgeliefert. Im April dieses Jahres erhielt der amerikanische Flugzeugbauer das F117-Triebwerk. Im Mai wurde es feierlich an die US-Luftwaffe übergeben. Ab 2011 will Boeing die C-17-Produktion auf etwa zehn Maschinen pro Jahr drosseln. Bis mindestens 2012 soll die Produktion im kalifornischen Long Beach aufrecht erhalten werden. Vielleicht aber noch länger, denn die C-17 Globemaster ist immer noch unübertroffen. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Manfred Vögele Weitere Informationen zu diesem Artikel unter: Montage eines PW Kunden + Partner 19

11 Algen im Tank Achim Figgen Schenkt man den Verlautbarungen vieler Fluggesellschaften Glauben, so ist der großflächige Einsatz von Biotreibstoffen im Luftverkehr nur noch eine Frage der Zeit. Ethanol und synthetisches Kerosin aus Pflanzen oder Wasserstoff Testflüge haben bereits die grundsätzliche Tauglichkeit diverser Kerosin-Alternativen bewiesen. Welcher Ausgangsstoff und welches Verfahren zur Herstellung synthetischer Treibstoffe sich letztlich durchsetzen werden, ist noch nicht geklärt. Die Aktivitäten sind vielschichtig und umspannen die Welt: Anfang Mai dieses Jahres haben sich in Brasilien Fluggesellschaften, Industrievereinigungen und mehrere Unternehmen zur Aliança Brasileira para Biocombustíveis de Aviação (ABRABA) zusammengeschlossen. Wenig später gab Boeing bekannt, gemeinsam mit chinesischen Firmen am Aufbau einer Biotreibstoff-Industrie in dem asiatischen Land arbeiten zu wollen und etwa zeitgleich kündigte die Lufthansa für die nahe Zukunft den erstmaligen Einsatz von Biosprit im kommerziellen Linienflug an. Dieses Unterfangen soll im Rahmen des Luftfahrt-Forschungsprogramms FAIR (Future Aircraft Research) und unter der Beteiligung der MTU laufen, die nach Abschluss der Versuchsreihe die Daten analysieren und das Triebwerk befunden wird. Die Lufthanseaten hoffen, durch den regelmäßigen Einsatz über einen längeren Zeitraum belastbare Daten hinsichtlich der Verwendbarkeit von Kerosin- Alternativen im regulären Liniendienst zu erhalten. Auch andere Airlines, darunter Continental und KLM, sowie die US-Luftwaffe interessieren sich für dieses Thema und haben bereits Testflüge mit einer Mischung aus normalem Kerosin und Treibstoffen durchgeführt, die entweder aus biologischen Aus-gangsstoffen oder Erdgas gewonnen wurden. Alle diese Aktivitäten verdeutlichen: Das Thema Biotreibstoff hat an Bedeutung ge-wonnen. Nicht allein, weil die Erdöl-Vorräte begrenzt sind; auch die Forderung nach einer Reduzierung der CO 2 -Emissionen und generell nach mehr Nachhaltigkeit zwingen zum Handeln. Dass es grundsätzlich möglich ist, Flugzeuge mit synthetischen Kraftstoffen zu betreiben also mit solchen, die nicht über einen Raffinierungsprozess aus Rohöl gewonnen wurden haben die Tests ebenso bewiesen wie die Demoflüge, die die EADS und Diamond Aircraft auf der diesjährigen Luftfahrtausstellung ILA mit einer DA42 durchgeführt haben. Einer der beiden AE300-Dieselmotoren des Reiseflugzeugs wurde dabei zu 100 Prozent mit einem aus Algen gewonnenen Biosprit gefüttert. 20 Technik + Wissenschaft 21

12 Gb pro Jahr Ölfunde im Vergleich zur Ölförderung Quelle: ASPO Association for Peak-Oil Studies Wichtigste Voraussetzung für den großflächigen Einsatz synthetischer Treibstoffe ist, dass sie dem Kerosin so ähnlich wie möglich sind dass also Gefrier- und Siedepunkte, Vergangene Funde Zukünftige Funde Förderung Vergangene Funde basieren auf Daten von ExxonMobil (2002), Änderungen zurückdatiert. Gerundet auf gleitenden Mittelwert (je 3 Jahre) Viskosität sowie Energiedichte den Parametern von Kerosin entsprechen. Zudem müssen sie sich in beliebigem Verhältnis mit heute üblichem Jet-Kraftstoff mischen lassen, damit beispielsweise an Flughäfen keine separaten Tanklager benötigt werden. Sind diese Voraussetzungen erfüllt, spricht zumindest aus Sicht der Triebwerkshersteller nichts gegen den Einsatz von Biosprit, wie Dr. Jörg Sieber von der Abteilung Innovationsmanagement bei der MTU Aero Engines betont: Für Mischungen von bis zu 50 Prozent synthetischem Kerosin mit Kerosin aus Rohöl wurde bereits die Zulassung für den regulären Flugdienst erteilt. Prinzipiell könnte das Flugtriebwerk sogar noch auf viel alternativere Treibstoffe umgestellt werden. Kritisch sind eher die Flugzeugsysteme oder die Infrastruktur der Flughäfen. Die Idee, auf Rohöl basierende Kraftstoffe durch solche zu ersetzen, die aus alternativen Ausgangsstoffen gewonnen werden, ist keine Erfindung des 21. Jahrhunderts: Bereits während des Zweiten Weltkriegs wurde in Deutschland aus der hierzulande reichlich vorhandenen Kohle flüssiger Treibstoff hergestellt. Und als in Südafrika vor rund vier Jahrzehnten aufgrund des wegen der Apartheidpolitik verhängten Embargos das Öl knapp wurde, nahm man in großem Umfang die Kohleverflüssigung zur Gewinnung von petrochemischen Kraftstoffen auf. Nicht nur Benzin und Diesel wurden und werden nach wie vor auf diese Weise hergestellt, sondern auch Kerosin. Die Kraftstoffgewinnung aus Kohle (CTL = Coal to Liquids) oder Erdgas (GTL = Gas to Liquids) könnte tatsächlich helfen, die Abhängigkeit vom Erdöl zu verringern und eine gewisse Versorgungssicherheit für die kommenden Generationen zu garantieren. Bezüglich Nachhaltigkeit ist eine solche Lösung Kerosin Treibstoff der Gegenwart Tägliche Attraktion auf der ILA 2010: Eine DA42 New Generation von Diamond Aircraft fliegt mit reinem Algen-Biotreibstoff. Kerosin, chemisch gesehen ein Gemisch aus mehreren brennbaren flüssigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen, ist ein leichtes Petroleum, das aus dem Mitteldestillat der Erdölraffination gewonnen wird. Je nach Sorte gefriert es zwischen -60 C und -40 C und siedet bei Temperaturen jenseits von 175 C. Es wird heute in der Zivilluftfahrt vorwiegend in den Sorten Jet A1 (USA) beziehungsweise Jet A (Rest der Welt) und vom Militär in der Variante JP8 eingesetzt. Für Flüge in besonders kalte Regionen existieren darüber hinaus die Spezifikationen Jet B respektive JP4. Auch an der Arizona State University erforschen Wissenschaftler Möglichkeiten, alternative Kraftstoffe aus Algen zu gewinnen. 22 Technik + Wissenschaft 23

13 In New Mexico soll eine integrierte Bioraffinerie zur Herstellung von Algen-Sprit für kommerzielle Zwecke entstehen sollen dem Kerosin bis zu zehn Prozent Biokraftstoffe beigemischt werden. Die Lufthansa will in den nächsten beiden Jahren Langzeittests im regulären Passagierbetrieb starten. Alternative Kraftstoffe für morgen Seit geraumer Zeit sind Fluggesellschaften, Flugzeug- und Triebwerkshersteller sowie Forschungseinrichtungen auf der Suche nach alternativen Kraftstoffen, die für den Antrieb von Luftfahrzeugen in Frage kommen könnten. Embraer stellt in Brasilien mit der Ipanema ein Flugzeug zur Schädlingsbekämpfung her, dessen Kolbenmotor anstelle von Flugbenzin Ethanol verbrennt. Die Energiedichte dieses Alkohols ist allerdings deutlich geringer als die von Kerosin oder Benzin, so dass die Reichweite leidet. Gleiches gilt für Biodiesel, der zudem aufgrund seines relativ hohen Gefrierpunktes nicht für die Verwendung in einem Verkehrsflugzeug geeignet ist. Auch Wasserstoff ist zumindest mittelfristig keine echte Alternative, obwohl damit bereits Testflüge durchgeführt wurden, unter anderem mit einer modifizierten Tupolew TU-154. Zum einen ist zur Erzeugung von Wasserstoff Auch die ölhaltigen Samen des Jatropha-Busches eignen sich zur Erzeugung hochwertigen Biokraftstoffs. ein vergleichsweise hoher Energieaufwand notwendig, zum anderen wären umfangreiche Änderungen am Flugzeug erforderlich: Die niedrige Energiedichte erfordert eine Verflüssigung des Wasserstoffs und damit großvolumige und gut isolierte Tanks. Sinnvoll scheint der Einsatz von Wasserstoff gegenwärtig allenfalls innerhalb einer Brennstoffzelle, die die heute zur Energieversorgung der Bordsysteme am Boden verwendete Hilfsgasturbine (APU = Auxiliary Power Unit) ersetzen könnte. Ganz und gar unrealistisch ist die Vorstellung, ein Verkehrsflugzeug mit Hilfe von während des Fluges aufgenommener Sonnenenergie antreiben zu können. Allenfalls bei einem extrem leichten Luftfahrzeug wie der für einen Rekordflug um die Welt entwickelten Solar Impulse aus der Schweiz reicht die Kraft der Sonnenstrahlen als Energielieferant aus. jedoch alles andere als optimal, nicht zuletzt weil das verwendete und bereits 1925 in Deutschland entwickelte Fischer-Tropsch- Verfahren (FT) vergleichsweise energieintensiv ist. Deutlich besser sieht die Bilanz aus, wenn als Ausgangsmaterial anstatt von Erdgas oder Kohle ein nachwachsender Rohstoff (BTL = Biomass to Liquids) verwendet wird. Der Grund: Der Teil des Kohlendioxids, der bei der Verbrennung im Triebwerk anfällt, wurde hier zuvor von den Pflanzen aus der Luft aufgenommen. Diese Biomasse kann beispielsweise aus Holz oder Holzabfällen, Mais, Stroh, aber auch Algen bestehen. Alternativ lässt sich aus bestimmten Algenarten ein Öl gewinnen, das über eine katalyti-sche Reaktion mit Wasserstoff in eine dem Kerosin ähnliche Kohlenwasserstoff-Verbindung, ein hydriertes Pflanzenöl (HVO = Hydrogenated Vegetable Oil), umgewandelt werden kann. Diese Vorgehensweise kommt mit einem geringeren Energieaufwand aus als die FT-Synthese. Als Basis zur Herstellung von HVOs eignen sich darüber hinaus auch Pflanzen wie Ölpalmen, Jatropha oder Camelina. Nicht alle der dabei entstehenden Öle weisen allerdings die für Kerosin typische Kombination von Kohlenstoff-Kettenlängen auf, so dass zum Beispiel das Palmöl wohl eher als Diesel-Ersatz in Frage kommt. Die unterschiedlichen Ansätze zeigen, dass es nicht nur einen Weg gibt, aus nachwachsenden Rohstoffen einen synthetischen Kraftstoff herzustellen. Welche der Möglichkeiten sich schließlich durchsetzen wird, hängt nicht zuletzt davon ab, welcher Rohstoff in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt werden kann. Die Herausforderung besteht darin, Energiepflanzen und vor allem die Anbaugebiete so zu wählen, dass sie keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion darstellen. Der Idealfall wäre eine nichtessbare Pflanze, die wenig Ansprüche an Bodenbeschaffenheit und Klima stellt. Das Bauhaus Luftfahrt, eine in München ansässige Denkfabrik, die 2005 von der EADS, Liebherr-Aerospace und der MTU Aero Engines sowie dem Bayerischen Wirtschaftsministerium ins Leben gerufen wurde, geht der grundlegenden Frage nach, wie viel Biomasse sich theoretisch erzeugen lässt, wenn man strenge Nachhaltigkeitskriterien anlegt, und versucht eine Bewertung der einzelnen Alternativen. Professor Mirko Hornung, Vorstand Forschung und Technik, kann sich vor- stellen, dass es nicht auf eine einzige Lösung hinausläuft: Unterm Strich wird man nachher mehrere Wege parallel beschreiten. Denkbar wäre, dass Kerosin in nicht allzu ferner Zukunft sowohl aus hydrierten Pflan-zenölen als auch über die hinsichtlich des Energieaufwandes nicht so optimale Fischer-Tropsch-Synthese aus Bioabfällen gewonnen wird, die in der Land- und Forstwirtschaft anfallen. Gegenwärtig, so Hornung, stehe man an der Schwelle zur Industrialisierung. Die verschiedenen Verfahren hätten zumindest im Prototypenstadium ihre grundsätzliche Tauglichkeit bewiesen, nun gelte es, den für die großindustrielle Umsetzung optimalen Weg zu finden. Ganz ohne staatliche Förderung wird es vermutlich nicht gehen, denn durchsetzen werden sich synthetische Kraftstoffe erst dann, wenn sie zu konkurrenzfähigen Preisen auf den Markt gebracht werden können. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Dr. Jörg Sieber Weitere Informationen zu diesem Artikel unter: 24 Technik + Wissenschaft 25

14 K3 Coole Beschichtung Geschosse dann mit Temperaturen weit unterhalb der Schmelztemperatur auf ein Bauteil, verbinden sie sich mit ihm und bilden so eine sehr dichte und besonders festhaftende Schicht. Da die vergleichsweise geringe thermische Energie der Partikel durch eine wesentlich höhere Bewegungsenergie kompensiert wird, muss das Beschichtungsgut im Gasstrahl beim K3-Verfahren anders als bei den herkömmlichen thermischen Spritzverfahren nicht in einer flüssigen Phase vorliegen, erklärt Dr. Manuel Hertter, MTU-Verfahrensingenieur Thermisches Spritzen. Genau dieser Unterschied habe entscheidende Konsequenzen, so der Experte, denn auf diese Weise können Oxidations- und Verdampfungsprozesse im Strahl vermieden werden, die bisher zu Problemen geführt haben. Zudem entstehen durch die hohen Partikelgeschwindigkeiten sehr dichte Schichten. Eben diesen Effekt zu vermeiden, war Koppergers und Hertters Ziel führt er doch zu geringerer Haftung und Festigkeit des aufgebrachten Materials. Die Porosität der K3- Schichten ist so gering, dass wir in Zukunft erstmals Schichten erzeugen wollen, die zur Bauteilfestigkeit beitragen, sagt Kopperger. Das heißt, die Schichten haften so gut und sind so fest, dass der Übergang zum ursprünglichen Material des Bauteils bei niedrigschmelzenden Materialien kaum noch wahrzunehmen ist. Darüber hinaus bietet das neue Verfahren eine größere Freiheit in der Wahl der Beschichtungswerkstoffe. Neben Nickel- und Titanlegierungen können wegen der geringen Partikeltemperaturen mit K3 beispielsweise auch Magnesium- Schichten aufgebracht werden. Bei allen anderen thermischen Spritzverfahren ist dieser empfindliche Werkstoff schon vollständig oxidiert, bevor er das Bauteil überhaupt nur berührt, sagt Hertter. Denis Dilba Wenn Dr. Bertram Kopperger und Dr. Manuel Hertter von ihrem neuesten Projekt erzählen, könnte man sich in die Welt von Star Wars versetzt fühlen: Von einer Partikelkanone ist die Rede, die mit Überschallgeschwindigkeit schießt. Und auch der Name des neuen Verfahrens, Kinetisches Kaltgaskompaktieren, kurz: K3, wirkt futuristisch. Die beiden MTU- Ingenieure verschießen aber keine Laserstrahlen, sondern pulverförmigen Werkstoff. Ihr Ziel ist es, Bau-teile zu reparieren oder vor starken Beanspruchungen zu schützen. Das K3-Verfahren zählt zu den thermischen Spritzverfahren, wie Plasmaspritzen, Flammund Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder Lichtbogendrahtspritzen, erklärt Kopperger, Leiter Technologieprogramme Fertigung und MRO bei der MTU Aero Engines in München. Eigentlich sei diese Einordnung widersprüchlich, so der MTU-Experte, denn die neue hochleistungsfähige Technologie weise einige entscheidende verfahrensspezifische Besonderheiten gegenüber ihrer Verwandtschaft auf, die eine ganze Reihe hochinteressanter Anwendungen in der Beschichtungstechnik möglich machen. Um Triebwerksschaufeln oder Gehäuseteile vor Beanspruchungen wie Korrosion und Verschleiß zu schützen oder aufgetretene Schäden zu reparieren, wurden bisher mit Hilfe thermischer Spritzverfahren funktionelle Schichten auf die Bauteile aufgebracht. Wegen der starken Verwirbelungen mit der Umgebungsluft ist der Materialauftrag oft porös und damit nicht fest genug für einige Anwendungen. Das bei der MTU neu eingeführte kinetische Kaltgasspritzen löst dieses Problem erstmals und eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Die grundsätzliche Funktionsweise des K3- Verfahrens ist einfach zu beschreiben: Ein komprimiertes und auf Temperaturen um 800 Grad Celsius erhitztes Gas beispielsweise Helium oder Stickstoff wird in einer Laval-Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. In diesen Hochgeschwindigkeits-Hauptgasstrahl wird der pulverförmige Beschichtungswerkstoff mit Hilfe eines Trägergases eingebracht. Prallen die im Hauptgas aufgeheizten mikrometergroßen 26 Technik + Wissenschaft 27

15 Material auf das Gehäuse aufspritzen und arbeiten den Flansch neu aus. Auf die gleiche Weise sollen bei erfolgreicher Ent-wicklung Dichtfins entstehen oder es werden Fehler einer mechanischen Bearbeitung durch neuen Materialauftrag beseitigt. Rohrsegment mit bearbeiteter K3-Spritzschicht im Innendurchmesser. Auch in der Dicke der Schichten ist man mit K3 kaum noch eingeschränkt. Gleich mehrere Zentimeter seien machbar, schwärmen die MTU-Ingenieure. Ein weiterer Vorteil: Mit dem auf rund fünf Millimeter im Durchmesser fokussierbaren K3-Spritzstrahl lassen sich Oberflächenkonturen genau nachfahren und somit selektiv beschichten, oftmals ohne dass Maskierungen notwendig sind. Beim Flammspritzen ist der Strahlkegel laut Hertter um ein Vielfaches breiter. Der Beschichtungswirkungsgrad von K3 ist damit deutlich höher. Auf 90 Prozent komme das neue Verfahren; Flammspritzen liege bei Werten von maximal 40 Prozent, so der Experte. Trotz aller Vorzüge ist K3 kein Allheilmittel. Jedes der thermischen Spritzverfahren hat seine Daseinsberechtigung; K3 kann nicht alles ersetzen, resümiert Kopperger. Da der Beschichtungswerkstoff für das kinetische Kaltgasspritzen verformbar sein muss, können damit beispielsweise keramische Schichten nicht erzeugt werden. Und wenn Bereiche am Bauteil vor dem Spritzstrahl geschützt werden müssen, hilft nur noch eine aufwändige Stahlmaskierung. Bei den verwandten Prozessen reichen Klebebänder aus. Kopperger will K3 daher vor allem dort nutzen, wo es Möglichkeiten bietet, die vor-her nicht machbar gewesen sind etwa beim gezielten Aufbringen von Strukturen auf Bauteile. auszubessern, so Hertter. Auch werden mit dem neuen Verfahren Reparaturen möglich, die vorher völlig unrentabel waren. Wenn überhaupt, wurden abgenutzte Flansche in Gehäuseteilen bisher gezielt ausgeschnitten, repariert und dann wieder in die Aussparung eingeschweißt. Durch den hohen Wärmeeintrag beim Schweißen verzieht sich das Gehäuse allerdings in der Regel so sehr, dass das Bauteil nach der Behandlung oft schrottreif ist. Hertter: Mit K3 wollen wir Laut Hertter beschäftigt sich die MTU seit 2008 intensiv mit K3. Wurden in der ersten Phase noch Bauteile bearbeitet, die nicht sicherheitskritisch waren, will man die Schichten jetzt so perfektionieren, dass auch rotierende Bauteile ausgebessert oder mit Schichten überzogen werden können. Kopperger: Ab 2012 soll K3 für Schaufeln aus dem Tornado-Triebwerk RB199 in Serie gehen. Zivile Anwendungen folgen später, so der Experte, da man in diesem Bereich anders als auf dem militärischen Sektor nicht alleine verantwortlich sei, sondern gleich mit mehreren Partnern zusammenarbeite. Die Wettbewerber haben auf dem Gebiet K3 natürlich nicht geschlafen, sagt Kopperger, der die Entwicklungen verfolgt. Mit dem Einsatz von K3 sind wir aber auf jeden Fall Vorreiter in der Triebwerksindustrie. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Dr. Manuel Hertter Weitere Informationen zu diesem Artikel unter: Derzeit arbeite man daran, Gehäuseteile aus Stahl, Nickel, Titan und Magnesium gezielt Aluminiumrohr mit K3-Spritzschicht und Pistole. Aluminiumrohr mit K3-Schicht im gespritzten und bearbeiteten Zustand. 28 Technik + Wissenschaft 29

16 Verdichter- und Turbinenkomponenten von Flugzeugtriebwerken haben komplexe Geometrien. Das wissen die Spezialisten in der Teileinstandsetzung nur zu gut. Um diese Bauteile reparieren zu können, mussten diese bisher vor einer Reparatur manuell vermessen werden; erst dann konnte repariert werden. Die MTU hat jetzt ein neues Maschinenkonzept entwickelt, das die zu bearbeitenden Komponenten exakt vermisst und die Schadstellen anschließend per Laserauftragschweißen wieder flugfähig macht. Beim Namen sind wir noch sehr fachlich unterwegs: Adaptive Laser-Pulver-Auftragschweißanlage, erklärt Wolfgang Werner, Leiter der Produktionsvorbereitung Teileinstandsetzung bei der MTU in München. Das Wortungetüm lässt erahnen, dass einiges an Hochtechnologie in der 1,4 Millionen Euro teuren Anlage steckt. Das Besondere ist, dass sie sich individuell an jede Bauteilform anpasst. Dieses maschinelle Mitdenken nennen Experten Adaption. Adaptives Laserschweißen Daniel Hautmann Die Kiste ist massiv, quaderförmig und gleicht einem gigantischen Wandschrank. Auf Knopfdruck gleiten die beiden Türen auseinander und geben den Blick frei in einen lichtdurchfluteten Raum. Hier erfolgt Maßarbeit auf höchstem Niveau: Die Hightech-Maschine repariert unterschiedlichste Triebwerkskomponenten vollautomatisch und effizienter als alles bislang Gekannte. Sie steht bei der MTU Aero Engines in München und ist seit September im Serienbetrieb. 30 Produkte + Services 31

17 Adaptive Komponente Derzeit ist die adaptive Komponente in der Instandsetzung nur in Nischen anzutreffen, soll aber nach und nach Einzug in weitere Bereiche halten. Es gibt sie beim Fräsen und beim Finishing neu hinzugekommen ist jetzt das Schweißen. De facto ist das eine deutliche Effizienzsteigerung und ermöglicht somit eine beschleunigte Instandsetzung, konstatiert Dr. Christoph Ader, Engineering Commercial MRO bei der MTU. Die adaptive Komponente ist bei Deutschlands führendem Triebwerkshersteller in zivilen und militärischen Prozessen zu finden, etwa bei der Reparatur von Schaufelspitzen (Tip) von Verdichter- und Turbinen-Laufschaufeln bzw. Blisk-Schaufeln oder beim Rekonturieren von Turbinen-Leitschaufeln. Maßarbeit auf höchstem Niveau: der zwei Kilowatt starke Scheibenlaser. Adaption ist dringend nötig, denn die zu behandelnden Triebwerkskomponenten sind vielfältig: Sie werden je nach Anwendung unterschiedlich beansprucht und dementsprechend abgenützt. Bearbeitet wird auch Adaptive Laser-Pulver-Auftragschweißanlage komplexe Hochtechnologie. nicht nur ein Bauteiltyp etwa Schaufeln sondern eine Vielzahl von Exemplaren unterschiedlicher Abmessungen. Die Dimensionen variieren hier von Fingernagel- bis Handgröße. Werner spricht von einem Spektrum sehr filigraner Konturen. Manche Schaufelspitzen seien nur 0,2 Millimeter dünn, andere hingegen mehrere Millimeter dick. Gemeinsam haben alle Varianten, dass sie früher oder später repariert werden müssen: Partikel in der Luft und die immense Hitze im Triebwerk tragen Material ab und beschädigen die Schaufel. Die Ist-Positionen können dann erheblich vom Originalwert abweichen; Fachleute sprechen in diesen Fällen von vertwistet. Jede einzelne Schaufel zeigt ein individuelles Schadensbild, erläutert Werner. Deshalb muss jedes Teil in der Instandsetzung für sich betrachtet werden. Das wurde bisher von erfahrenen Mitarbeitern erledigt: Sie untersuchten die Bauteile und reparierten sie auf einer konventionellen Laser-Cladding-Maschine. Die Anlage fuhr die Kontur ab und schweißte neues Material auf. Das Einrichten war jedes Mal mit erheblichem Zeitaufwand verbunden. Dirk Eckart, bei der MTU verantwortlich für die Produktionsvorbereitung Verfahren und Prozesse Teileinstandsetzung, bedauerte schon länger, dass es auf dem Markt keine Maschinen gab, die diesen Prozess unterstützen. Um Abhilfe kümmerte er sich gleich selber und konzipierte kurzerhand eine Maschine. Er begann zu überlegen, zu telefonieren und zu koordinieren und brachte Experten verschiedenster nationaler und internationaler Unternehmen sowie von Wissenschaftsinstituten zusammen. So entstand das Vorhaben, die Ist-Kontur jeder einzelnen Schaufel optisch zu erfassen und mit der Nominalkontur zu vergleichen (Adaption). Im Anschluss erfolgt dann ein maßgeschneiderter Schweißprozess Material wird aufgetragen. Für die geometrische Erfassung und den Schweißprozess übernahm Siegfried Scharek vom Fraunhofer Institut für Werkstoff und Strahltechnik (IWS) in Dresden die Verantwortung: Laserauftragschweißen ist unsere Kernkompetenz. Konkret entwickelten die Fraunhofer-Spezialisten die kamerabasierte Konturerfassung und die Koaxialdüse, die das Pulver (auf Titan-, Nickel-, Kobalt- oder Stahlbasis) zehntelmillimetergenau ringförmig um den Laserstrahl verteilt. Scharek ist beeindruckt: Die Komplexität der Anlage ist herausragend. Möglich wurde ihre Realisierung auch durch eine weitere technische Neuerung: Die Leistung des zwei Kilowatt starken Scheibenlasers lässt sich exakt einstellen. Wir können den Laser bis auf 50 Watt runterfah-ren und in 100-Watt-Schritten genau regeln. Das war bislang undenkbar, schildert Werner, dadurch können wir Material ganz gezielt aufbringen, was die Nacharbeit erheblich reduziert. Die Anlage verfügt über sie-ben Achsen, so dass nahezu jede Position jedes Schaufeltyps angefahren werden kann, ohne das Bauteil immer wieder neu in der Maschine einzuspannen. Nachdem die Anlage im September den Serienbetrieb aufgenommen hat, sind sich alle Beteiligten einig: Die Mühen haben sich gelohnt, denn die Prozesszeiten für eine typische Turbinenschaufelreparatur konnten um rund 30 Prozent gesenkt werden. Für die MTU liegt der Wert der futuristischen Kiste nicht nur in der Effizienz der Schaufelreparatur, sondern auch in der Realisierbarkeit aktueller sowie zukünftiger Entwicklungsaufgaben: Auf der neuen Anlage können diverse Schweißversuche unter Adaptive Fräsbearbeitung eines Niederdruckverdichter-Stator. Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden, darunter Tests mit neuen, hochwarmfesten Werkstoffen wie Titan-Aluminid. Bislang mussten solche Machbarkeitsnachweise inklusive aller erforderlichen Parameter von Fremdfirmen eingekauft werden. Viele dieser Unternehmen beneiden die Münchner jetzt, denn: Die Anlage in dieser Ausführung ist weltweit einzigartig, freut sich Werner. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Wolfgang Werner Interessante Multimedia-Services zu diesem Artikel unter: 32 Produkte + Services 33

18 Finaler Feinschliff Bernd Bundschu Neue Maßstäbe setzen - das ist der Anspruch, den Ingenieure immer wieder an sich und ihre Arbeit stellen, sei es bei der Entwicklung innovativer Produkte oder neuer Verfahren. Genau das ist der MTU Aero Engines im Bereich Triebwerksinstandsetzung wieder gelungen: Ein standortübergreifendes Projektteam hat die schwierige und zeitintensive Endkonturbearbeitung von Leitschaufeln der IAE V2500-Hochdruckturbine erfolgreich automatisiert. Der Clou: Jede einzelne Schaufel erhält eine neue, optimale Form. Die Hochdruckturbine eines V2500 besteht aus zwei Stufen, die sich jeweils aus rotierenden Lauf- und feststehenden Leitschaufeln zusammensetzen. Das garantiert einen hohen Wirkungsgrad. Um der Triebwerkshitze zu trotzen, sind die Leitschaufeln der Stufe 1 aus MAR M 509, einer Cobalt-Basislegierung, hergestellt und die der Stufe 2 aus der Nickellegierung MAR M 247. Diese hochtemperaturfesten, gegossenen Bauteile werden im Plasmaspritzverfahren zusätzlich mit einer 0,2 Millimeter dünnen Keramikschutzschicht überzogen und anschließend mit einer Vielzahl von Kühlluftbohrungen versehen, erklärt Projektleiter Marcus Klemm. Der Spezialist für Fügetechnik entwickelt bei der MTU in München Fertigungs- und Reparaturverfahren. 34 Produkte + Services 35

19 Um angegriffene Leitschaufeln instandzusetzen, muss zunächst die Beschichtung in einem kombinierten chemischen und mechanischen Verfahren abgetragen werden. Anschließend werden die Kühlluftbohrungen sowie mögliche Risse mit einer Lotpaste verfüllt. Nach dem Auftragen wird das Lot zuerst getrocknet, bevor das Bauteil einem Vakuum-Lötprozess unterzogen wird. Im nächsten Schritt muss die korrekte Form der Schaufel wiederhergestellt werden. Die Endkonturbearbeitung konnte bislang nur manuell erfolgen: Mit Hilfe von Schleifstiften und kleinen Bandschleifern haben MTU-Spezialisten die Schaufeln vorsichtig wieder in Form gebracht. Dafür braucht man viel Erfahrung, ein gutes Augenmaß und Fingerspitzengefühl, um nicht mehr Material abzutragen als erforderlich, erklärt Dieter Scheibe, Bauteilverantwortlicher bei der MTU Maintenance Hannover. Abschließend werden die instandgesetzten Leitschaufeln wieder mit Keramik beschichtet und zuletzt per Laserverfahren mit neuen Kühlluftkanälen versehen. Bei dem neuen Verfahren läuft es im Prinzip genauso ab. Nur die Endkontur der Schaufeln Bereits im Serienbetrieb - die vollautomatisierte Endkonturbearbeitung von Schaufeln. wird ab sofort auf einem vollautomatischen Anlagensystem aus Messmaschine, Handlingsystem und Fräsmaschine durch adaptives Fräsen wiederhergestellt, so Klemm. Dazu wird jede mit Lot ausgebesserte Schaufel zunächst mit einem 3D-Laserscanner ganzflächig abgetastet. Der Computer vergleicht das dabei entstehende virtuelle Abbild der Schaufel mit der gespeicherten Kontur eines Vorher nachher: eine Hochdruckturbinenleitschaufel nach der maschinellen Bearbeitung mit optimal angepaßter Kontur. Neuteils. Diese beiden Datensätze können ganz erheblich voneinander abweichen, so Klemm weiter, denn je nach Art und Dauer von Einsätzen sind Triebwerke unterschiedlich belastet und die Leitschaufeln verziehen sich mehr oder weniger stark. Es kann losgehen: Bauteil mit eingerichtetem Werkzeug. Das Besondere des neuen Verfahrens ist, dass die instandgesetzte Schaufel nicht wieder die Kontur eines Neuteils erhält. Auf Basis der beiden Datenquellen ermittelt die Software vielmehr für jede einzelne Schaufel eine neue optimale Form. Um das zu gewährleisten, darf Lot nur noch punktuell auf die Schaufel aufgetragen werden. Denn an je mehr Stellen der Scanner die originale Metalloberfläche erkennen kann, umso besser lässt sich die Schaufelkontur wiederherstellen. Die neu errechneten Daten werden schließlich als CNC-File an die Fräsmaschine weitergeleitet, die die Endbearbeitung der Schaufel übernimmt. Das neue Verfahren hat eine Reihe von Vorteilen: Dank der maschinellen Behandlung der Schaufeln ist die Reparaturqualität deutlich höher und die Ausschussquote geringer, erklärt Bernd Kriegl, Leiter Engineering Zivile Instandsetzung. Gleichzeitig werden Wandstärkenverluste an den Schaufeln minimiert. Denn beim adaptiven Fräsen wird praktisch nur das Lot weggenommen und das Originalmaterial der Schaufel geschont. Dadurch lassen sich die Schaufeln öfter als bisher reparieren. Das ist für den Kunden deutlich kostengünstiger als der Einbau neuer Schaufeln. Zuletzt bietet das neue Verfahren eine bessere Reproduzierbarkeit und senkt die Bearbeitungszeit. In Summe sorgt die automatisierte Endkonturbearbeitung für eine optimale Wiederherstellung instandgesetzter Leitschaufeln. Das verbessert den Wirkungsgrad eines Triebwerks und bringt dem Kunden ebenfalls eine Kostenersparnis, so Kriegl. Und verbessert die Wettbewerbsfähigkeit der MTU. Planung und Realisierung der neuen Anlage erfolgten in enger Abstimmung zwischen der Projektleitung in München, der MTU Maintenance Hannover und dem englischen Generalunternehmer TTL. Die MTU brachte ihr Know-how beim adaptiven Fräsen aus der Blisk-Herstellung ein, TTL programmierte die Software und fungierte als Systemintegrator. Dank des Engagements von TTL konnten wir die Bearbeitungszeit der Schaufeln von anfangs 25 auf 17 Minuten senken und den Verschleiß der Fräswerkzeuge minimieren, lobt Carsten Behrens, der die Schaufelreparaturlinien bei der MTU Maintenance Hannover ehemals leitete und heute den Vertrieb der Teilereparatur verantwortet. Wir haben mit dem neuen Verfahren inzwischen den Serienbetrieb aufgenommen. Die bisherigen Ergebnisse entsprechen voll und ganz der laut Spezifikation geforderten Qualität und Bearbeitungsdauer. Die automatisierte Endkonturbearbeitung kommt künftig bei allen Leitschaufeln der V2500-Hochdruckturbine zum Einsatz, die bei der MTU Maintenance Hannover instandgesetzt werden das sind jährlich mehr als Stück. Langfristig wollen die MTU- Ingenieure das neue Verfahren auch bei anderen Schaufeln anwenden und die dabei gewonnenen Erkenntnisse für die Bearbeitung von noch komplexeren Bauteilstrukturen nutzen. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Carsten Behrens Weitere Informationen zu diesem Artikel unter: Reparieren statt Ersetzen Die MTU Maintenance bietet die Instandhaltung für das Bestseller-Triebwerk V2500 seit 1989 an. Die Arbeiten erfolgen an den beiden Standorten in Hannover und im chinesischen Zhuhai. Mit einem Anteil von 34 Prozent an der gesamten IAE V2500-Maintenance ist die MTU heute einer der weltweit bedeutendsten Instandhaltungsbetriebe für diesen Triebwerkstyp; in China ist sie unangefochtener Marktführer. Anfang Mai dieses Jahres wurde mit der türkischen Fluglinie Onur Air der Shop-Visit eines V2500 gefeiert. Montage eines V2500 bei der MTU Maintenance Zhuhai. Langjähriger MTU-Kunde: die türkische Fluglinie Onur Air. Dank innovativer Verfahren und jahrzehntelanger Expertise kann die MTU Maintenance auch stark verschlissene Bauteile, Komponenten und Anbaugeräte wieder wirtschaftlich instandsetzen. Wo andere bereits zum Neuteil greifen, wird bei der MTU repariert. Die Hightech-Reparaturen der MTU sind weltweit einmalig, zum Großteil patentiert und unter dem Markennamen MTU Plus Repairs bekannt. Paradebeispiele sind das Autoclave Airfoil Cleaning, das speziell für die Reinigung von mit Sand verstopften Kühlbohrungen entwickelt wurde, die Erosionsschutzschicht ERCoat oder die CBN Tip Protection, eine verschleißfeste Panzerung für die Spitzen von Hochdruckturbinen-Laufschaufeln. 36 Produkte + Services 37

20 MAX1 Vorstoß in neue Dimensionen Martina Vollmuth Die einen bauen die größten Industriekompressoren der Welt und die anderen die besten Verdichter der Luftfahrt: Vor drei Jahren haben sich die MAN Diesel & Turbo und die MTU Aero Engines zusammengetan, um einen neuen MAN-Hybrid-Axialkompressor zu entwickeln. Er ist der erste Vertreter seiner Art und soll am Anfang einer neuen Kompressorgeneration stehen. Auf den Prüfstand kommt er bei der MTU in München in verkleinerter Form als MAX1-Rig. Ende Juli trafen sich das Topmanagement und die Entwicklungsteams beider Unternehmen bei der MTU in München zur Last-Bolt-Zeremonie. Traditionell wird vor Beginn der Testreihen symbolisch die letzte Schraube eines Aggregats angezogen. Diesen Akt nahmen die beiden Konzern-Chefs, Klaus Stahlmann, MAN Diesel & Turbo-Vorstandssprecher, und der Hausherr, MTU-CEO Egon Behle, vor. Damit gaben sie den Startschuss für das Testprogramm des MAX1-Rigs, das den neuen, zunächst siebenstufigen Kompressor in verkleinertem Maßstab mit dem Faktor 3 herunterskaliert repräsentiert. Getestet wird nur die neue Axialbeschaufelung des zukünftigen Axial-Radialverdichters. Der siebenstufige Verdichter soll Ende dieses Jahres auf den Markt gebracht werden; im Frühjahr des Jahres 2012 folgt die Freigabe von Versionen mit höheren Stufenzahlen, nachdem zuvor ein zehnstufiges MAX1-Rig getestet wurde. Axialverdichter sind eine Kernkompetenz der MAN Diesel & Turbo; die größten weltweit gebauten Industriekompressoren stammen von dem Oberhausener Unternehmen. Montiert sind sie in Ras Laffan, Katar, und Escravos, Nigeria. Zum Einsatz kommen die Kolosse unter anderem bei der Herstellung von Kraftstoffen aus Erdgas, Kohle und Biomasse in Anlagen zur Luftzerlegung. Mit der neuen Baureihe will man in neue Dimensionen vorstoßen. Dr. Hans-O. Jeske, Technologievorstand und Leiter der Geschäftseinheit Turbomachinery von MAN Diesel & Turbo: Als Weltmarktführer von Axialkompressoren haben wir den Trend zu immer größeren Anlagekomplexen aufmerksam verfolgt und die Megafähigkeit unserer Produkte ständig weiterentwickelt. Um die Leistungsanforderungen der künftigen Anlagengrößen wirtschaftlich erfüllen zu können, brauchten wir einen technologischen Quantensprung. Den haben wir jetzt nach dreijähriger Entwicklungsarbeit mit dem Know-how der Gasturbinen-Verdichtertechnologie der MTU erreicht. Entwickelt wurde ein Kompressor, der die Vorteile der Industrieverdichter hoher Wirkungsgrad, robustes Design und breiter Arbeitsbereich über eine neuartige Beschaufelung mit der deutlich höheren Leistungsdichte der Gasturbinen-Verdichtertechnologie vereinigt. Dazu haben wir das Beste aus zwei Welten zusammengeführt, erklärt MAN Diesel & Turbo-CEO Stahlmann. MTU-Chef Behle ergänzt: Die MTU hat ihr Verdichter- Der neue MAN-Hybrid-Axialkompressor in der Instrumentierung. Last-Bolt-Zeremonie: MTU-CEO Egon Behle und MAN Diesel & Turbo-Chef Klaus Stahlmann (v.l.) ziehen die letzte Schraube an. Know-how in die Auslegung der Beschaufelung eingebracht. Mit MAX1 betreten beide Unternehmen Neuland: Für die MAN ist es das größte Entwicklungsprojekt, das im Verdichterbereich je gestemmt wurde auch finanziell. Für die MTU ist der neue Verdichter eine gewichtige Angelegenheit, da man kleinere Dimensionen gewöhnt ist. Zum Vergleich: Der neueste MTU-Verdichter für den Getriebefan, der auf dem gleichen Prüfstand gelaufen ist, kommt auf ein Gewicht von 300 Kilogramm und hat einen Durchmesser von rund 50 Zentimetern. Demgegenüber bringt es das siebenstufige, verkleinerte Rig des neuen MAN- Verdichters auf ein Gewicht von sieben Tonnen. Der Kompressor in Originalgröße wird bis zu 340 Tonnen schwer sein und einen Durchmesser von bis zu 600 Zentimetern haben. Um MAX1 testen zu können, musste die MTU die Testzelle umrüsten. Zur Modifikation des Abluftsystems wurden neue Rohrleitungen verlegt Gewicht: drei Tonnen; zur Verstärkung der Fundamente verbaute man 26 Tonnen Stahl. MAX1 ist ein deutlich sichtbarer Erfolg der Kooperation zweier Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen: Die MTU war unser Wunschpartner für eine solche Entwicklungspartnerschaft. Die Zusammenarbeit läuft hervorragend, MAX1 ist ein Vorzeigeprojekt, betont Dr. Kai Ziegler. Der Vice President Engineering Compressors bei MAN Diesel & Turbo erklärt sich diesen Erfolg zum einen durch die herausragende Kompetenz der MTU aber auch durch die enge Verbun-denheit der beiden Unternehmen: MTU und MAN haben eine gemeinsame Historie, und die Tatsache, dass einige Mitarbeiter auf MAN-Seite ehemalige MTUler sind, hat die Zusammenarbeit einzigartig gemacht. Man ist sich einig: Die Kooperation soll fortgesetzt werden. Ihr Ansprechpartner zu diesem Thema: Dieter-Eduard Wolf Interessante Multimedia-Services zu diesem Artikel unter: 38 Produkte + Services 39