Spitzentechnologie made by MTU

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1 Spitzentechnologie made by MTU

2 MTU_Technologie_DE_2017_RZ_01.qxd :02 Uhr Seite 2 Das Unternehmen Nummer eins in Deutschland Die MTU Aero Engines ist Deutschlands führender Triebwerkshersteller und weltweit eine feste Größe. Das Traditionsunternehmen, dessen Wurzeln bis zu den Anfängen der motorisierten Fliegerei zurückreichen, entwickelt, fertigt, vertreibt und betreut zivile und militärische Luftfahrtantriebe sowie stationäre Industriegasturbinen. Der Unternehmenssitz befindet sich in München. Halfen Vorgängergesellschaften zu Beginn des 20. Jahrhunderts den ersten Motorflugzeugen in die Luft, ist das Unternehmen heute in wesentlichen Triebwerksbereichen technologisch führend: Hochdruckverdichter, Niederdruckturbinen, Turbinenzwischengehäuse, Herstell- und Reparaturverfahren made by MTU gehören weltweit zum Besten, was es auf dem Markt gibt. Im Bereich der Triebwerksinstandhaltung ist das 2 MTU-Maintenance-Netzwerk einer der größten Dienstleister und unterhält Standorte auf der ganzen Welt. Die MTU kooperiert mit den großen Triebwerksherstellern der Welt und ist in den wichtigen nationalen und europäischen Technologieprogrammen engagiert. Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft arbeiten die Antriebsspezialisten seit Jahrzehnten erfolgreich daran, zivile Triebwerke noch umweltverträglicher zu machen noch sparsamer, schadstoffärmer und leiser. Mit ihrem breiten und ausgewogenen Produktportfolio ist die MTU in allen Schub- und Leistungsklassen vertreten. Star der zivilen Produktpalette ist der Getriebefan (GTF) PurePower PW1000G. Dieses innovative Antriebskonzept

3 MTU_Technologie_DE_2017_RZ_01.qxd wird von Pratt & Whitney und der MTU gemeinsam realisiert: Es entsteht eine komplett neue Triebwerksfamilie, die sich ganz besonders durch einen sehr hohen Wirkungsgrad und geringe Lärmemissionen auszeichnet. Der GTF ist nicht nur technologisch ein Quantensprung sondern auch auf dem Markt ein voller Erfolg: Airbus bietet ihn für die A320neo an und Irkut für die MS-21; exklusiv zum Einsatz kommt er in der C Series von Bombardier, im Mitsubishi Regional Jet und in den neuen E-Jets von Embraer. Weitere zivile MTU-Aushängeschilder sind die Triebwerke V2500 für die Airbus A320-Familie, das PW2000 für die Boeing 757 und die C-17, das CF6-80 der Boeing 747 und der Airbus-Modelle A310 und A330, der A380-Antrieb GP7000, das GEnx für den Boeing 787 Dreamliner und die Boeing sowie das GE9X, der Exklusiv- 10:02 Uhr Seite 3 antrieb der Boeing 777X. Für Business-Jets wird das PW800 konzipiert: Dieser Antrieb gehört ebenfalls zur PurePower-Familie und basiert auf dem gleichen innovativen Kerntriebwerk. Im militärischen Bereich ist die MTU der Systempartner für fast alle Triebwerksprogramme der Bundeswehr. Sie erfüllt sämtliche Systemführungsaufgaben angefangen bei der Bereitstellung von Basistechnologien über die Entwicklung und Fertigung von Triebwerken und deren Komponenten bis hin zur Instandhaltung und bietet umfassenden Kundendienst. Die wichtigsten militärischen Triebwerksprogramme sind das TP400-D6 des neuen Militärtransporters A400M, das EJ200 des Eurofighters, der Tornado-Antrieb RB199 und das MTR390 des Kampfhubschraubers Tiger. Beteiligt ist die MTU auch an den militärischen GE-Antrieben F414, F110 und T408. 3

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5 Spitzentechnologie made by MTU Wachsende Mobilitätsansprüche von Milliarden von Menschen, limitierte Rohstoffe und die sich verschärfende Umweltproblematik fordern neue Antriebslösungen, die über bestehende Konzepte hinausgehen. Die Prognosen gehen von einem jährlichen Wachstum des Passagierflugverkehrs von rund fünf Prozent aus. Das bedeutet: Um die Umweltbelastungen zu kompensieren, müssen Flugzeuge und Antriebe noch sparsamer, sauberer und leiser werden. Der europäische Luftfahrtforschungsbeirat ACARE (Advisory Council for Aviation Research in Europe) hat sich zu ehrgeizigen Zielen für den Luftverkehr verpflichtet und diese in der Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA) veröffentlicht; SRIA integriert die ACARE und Flightpath-2050-Ziele: Bis zum Jahr 2050 sollen Kraftstoffverbrauch bzw. CO 2 -Emissionen pro Passagierkilometer um 75 Prozent reduziert werden, der NO X -Ausstoß um 90 Prozent sinken und der Lärm um 65 Prozent. Zugrunde gelegt werden die Werte des Jahres Zukunftsantrieb Getriebefan Für die ambitionierten Ziele von morgen gibt es heute schon Lösungen: Mit dem Getriebefan (GTF) realisieren Pratt & Whitney und die MTU den Antrieb der Zukunft. Er basiert auf einer neuen Architektur: Der Clou ist ein Untersetzungsgetriebe zwischen dem Fan und der Niederdruck- Zum Getriebefan steuert die MTU Schlüsseltechnologien bei. Kraftstoffsparender, emissionsärmer und leiser dank Getriebefan die A320neo von Airbus. welle mit Niederdruckverdichter und der antreibenden Niederdruckturbine. Das erlaubt dem Fan mit seinem großen Durchmesser, langsamer zu drehen, während gleichzeitig Niederdruckverdichter und -turbine erheblich schneller laufen. Dadurch lassen sich geringere Fan-Druckverhältnisse und damit höhere Nebenstromverhältnisse verwirklichen sowie alle Komponenten in ihrem jeweiligen Drehzahl-Optimum betreiben. Das verhilft dem Getriebefan zu einem sehr hohen Gesamtwirkungsgrad, verringert Treibstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidausstoß um je 16 Prozent und verkleinert den Lärmteppich um 75 Prozent. Weiterer Vorteil: Da weniger Verdichterund Turbinenstufen benötigt werden, wird der Antrieb leichter; zudem sinken die Instandhaltungskosten. Die MTU steuert zum GTF mit der schnelllaufenden Niederdruckturbine eine Schlüsselkomponente bei. Das Besondere: Diese Technologie beherrscht weltweit nur Deutschlands führender Triebwerkshersteller. Dafür erhielt die MTU zwei deutsche Innovationspreise. Des Weiteren hat die MTU zusammen mit Pratt & Whitney einen neuen achtstufigen Hochdruckverdichter entwickelt. Die ersten vier Stufen stammen von der MTU. Der komplette Kompressor entsteht in der innovativen Blisk-Bauweise. Blisks (Blade Integrated Disks) sind Hochtechnologie-Bauteile, bei denen Scheibe und Schaufeln aus einem Stück bestehen. Diese Konfiguration ermöglicht höhere Festigkeit bei geringerem Gewicht und besseren aerodynamischen Eigenschaften. Die MTU hält am GTF je nach Version einen Programmanteil von bis zu 18 Prozent. 5

6 Technologieagenda Claire In ihrer Technologieagenda Clean Air Engine (Claire) formuliert die MTU ihre Ziele sowie Umsetzungsmöglichkeiten für einen zivilen Antrieb, der die SRIA-Umweltziele im Jahr 2050 erreicht: 40 Prozent weniger Kraftstoff, eine entsprechend niedrigere CO 2 -Emission sowie 65 Prozent weniger Lärm. In drei Etappen will man die SRIA-Ziele erreichen. 15, 25, 40 Prozent weniger Kohlenstoffdioxid das sind die Claire-Etappenziele. Im ersten Schritt wurde bis zum Jahr 2015 durch den Einsatz eines Getriebefans eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der Kohlenstoffdioxid-Emissionen um je 15 Prozent sowie eine drastische Verkleinerung des Lärmteppichs anvisiert. Erreicht werden tatsächlich höhere Werte: Kraftstoffverbrauch und CO 2 -Emissionen sinken um je 16 Prozent; die Verkleinerung des Lärmteppichs liegt bei 75 Prozent. Für die nächste Etappe zeigen Konzeptstudien, dass auf Basis der Getriebefan-Triebwerkskonfiguration die erforderlichen weiteren Verbesserungen möglich sind. So könnte bis zum Jahr 2030 das Fan-Druckverhältnis weiter reduziert und damit das Bypass-Verhältnis weiter erhöht werden von derzeit 12:1 auf bis zu 20:1. Zudem kann der thermische Wirkungsgrad des Kerntriebwerks durch höhere Druckund Temperaturverhältnisse weiter verbessert werden. Das Gesamtdruckverhältnis will man deutlich über den derzeit knapp erreichten Wert von 50:1 steigern und gleichzeitig die erforderliche Kühlluftmenge drastisch reduzieren. Wie man diese Ziele erreichen will, ist in der Leading Technology Roadmap definiert. Der dritte und letzte Claire-Schritt erfordert neuartige Antriebskonzepte, die jenseits der bekannten Gasturbinen liegen können. Die MTU erabeitet gemeinsam mit Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen Studien für diese Phase, die ab 2050 beginnen soll. Es geht etwa um hocheffiziente Wärmekraftmaschinen mit extrem hohen Drücken oder die Einführung rekuperativer Elemente zur Verbesserung des thermodynamischen Kreisprozesses. Auch abgeschirmte Propellerantriebe oder am Flugzeug verteilte Fans sind denkbar. Hinzukommen technologische Lösungen wie alternative Kraftstoffe und auch Schritte hin zum turboelektrischen Fliegen. An allen Ideen arbeitet die MTU schon heute. Die Umsetzung erfolgt auf der Grundlage von Leitkonzepten. Technologieentwicklung Die MTU verfügt über eine hohe Innovationskraft: Jährlich über 400 Patentanmeldungen im In- und Ausland und rund 200 Erfindungsmeldungen zeugen davon. Durch konsequente Forschungsund Entwicklungsarbeit sichert die MTU ihren Technologievorsprung und Unternehmenserfolg langfristig ab. Es gilt, neue Produkte und Services erfolgreich am Markt zu platzieren und das in immer kürzerer Zeit. Das Tempo wird nicht zuletzt durch zunehmende Digitalisierung und Vernetzung verschärft. Um neue technologische Möglichkeiten rechtzeitig zu identifizieren, nutzt die MTU einen Technologieradar. Parallel dazu werden die zukünftigen Märkte, die Vorgaben politischer Luftfahrtstrategien und gesellschaftlichen Trends analysiert. Von den erzielten Ergebnissen Claire (Clean Air Engine} Kerntriebwerk Vortriebserzeuger Indienststellung 0% -20% -40% -60% Claire 1 Getriebefan 2015 Getriebefan BPR ~ 12 Gasturbine OPR ~ 50-15% -40% Claire 2 Ultra Hochbypass Triebwerk 2030 Getriebefan BPR Gasturbine OPR bis zu 70-25% -50% Claire 3 Integrierter Hocheffizienter Antrieb 2050 Integrierter Antrieb niedriger spezifischer Schub Hocheffiziente Wärmekraftmaschine -40% -65% CO 2 -Emission Lärmemission 6

7 MTU 4.0 Neue Märkte, neue Geschäftsmodelle, neue Technologien: Die vierte industrielle Revolution eröffnet über alle Branchen hinweg neue Möglichkeiten. Die MTU zählt in der Luftfahrtbranche seit Jahrzehnten zu den Technologieführern. Frühzeitig hat sich das Unternehmen mit den Chancen und Herausforderungen digitaler Technologien beschäftigt und lebt die Digitalisierung in allen Geschäftsbereichen. So entsteht Schritt für Schritt die MTU 4.0 der führende deutsche Triebwerkshersteller im digitalen Zeitalter. Technologie 4.0 In Entwicklung und Fertigung sparen Simulationen Zeit und Ressourcen. Das virtuelle Triebwerk und der digitale Zwilling sind zwei Beispiele für wegweisende Veränderungen. Arbeiten 4.0 Produktion 4.0 Die Zukunft gehört der digitalen Fabrik. Mit intelligenter Maschinensteuerung und additiven Ferti-gungsverfahren hat die Zukunft bei der MTU längst begonnen. MRO 4.0 Digitale Technologien revolutionieren die Instandhaltung von Triebwerken: Schon heute lässt sich der MRO-Bedarf von morgen an den Daten ablesen. Die vierte industrielle Revolution betrifft nahezu alle Beschäftigten. Die MTU unterstützt ihre Mitarbeiter auf vielfältige Weise beim Übergang in das digitale Zeitalter. Digitaler Zwilling Das digitale Ebenbild eines Produkts bündelt alle wichtigen Informationen und wird von Daten aus der realen Welt gespeist. Das ermöglicht eine effiziente Optimierung. Virtuelles Triebwerk Virtuelle Triebwerkssimulationen werden eingesetzt, um Triebwerke ökoeffizenter zu machen und schneller auf den Markt zu bringen. ICM ² E Werkstoff- und Fertigungssimulation Mit Simulationen sind erhebliche Einsparungen bei der Entwicklung und beim Testen neuer Materialien und Fertigungsverfahren möglich. werden erste Entwürfe für zukünftige Triebwerkskonzepte abgeleitet. Dann startet der MTU-Technologieprozess: Die einzelnen Fachbereiche entwickeln konkrete Technologiekonzepte, wobei die besten Ideen systematisch ausgewählt werden. Alle Einzelprojekte formen die Leading Technology Roadmap der MTU, den Technologie-Fahrplan bis ins Jahr Entwicklungen, die darüber hinausreichen, werden in sogenannten Leitkonzepten festgehalten. Derzeit umfasst das Technologieportfolio der MTU rund 150 Einzelprojekte, an denen gleichzeitig gearbeitet wird. Die starke Vernetzung mit industriellen Partnern und der Forschungswelt sowie eine nachhaltige Förderung durch die öffentliche Hand national wie europäisch etwa im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms der Bundesregierung (LuFo) oder von Clean Sky auf europäischer Ebene sowie des Bundesministeriums für Verteidigung, sind für die MTU wichtige Pfeiler, um erfolgreich neue Technologien entwickeln zu können. Eine zunehmend größere Rolle spielt die Digitalisierung. Dieses Thema ist für die MTU kein Zukunftskonzept, sondern wird bereits gelebt über alle Geschäftsbereiche hinweg, von der Entwicklung über die Produktion bis zur Instandhaltung. Die Zielsetzung: Alle an der Wertschöpfung beteiligten Bereiche sollen virtuell abbildbar, simulativ berechenbar und intelligent vernetzt werden. So will man die Vorteile des Industrie-4.0-Gedankens nutzen, um das komplette Unternehmen noch durchgängiger und damit produktiver zu organisieren sowie noch flexibler aufzustellen. 7

8 Kernkompetenzen Die MTU Aero Engines hat sich in wesentlichen Triebwerksbereichen technologisch an die Spitze gesetzt: Niederdruckturbinen, Hochdruckverdichter und Turbinenzwischengehäuse made by MTU gehören weltweit zum Besten, was es auf dem Markt gibt. Weitere Kernkompetenzen des Unternehmens sind Hightech-Fertigungs- sowie Instandhaltungsverfahren. Zudem zeichnet den deutschen Triebwerkshersteller eine einzigartige Prüf- und Testingexpertise sowie seine Systemkompetenz aus. Effiziente Verdichter Die Hochdruckverdichter made by MTU gehören zur Weltspitze. Seit über 30 Jahren entwickelt, fertigt, repariert und überholt die MTU diese Komponente, die als Herzstück eines Triebwerks gilt. Die heutigen Verdichter werden in Blisk-Bauweise ausgeführt Scheibe und Schaufeln bestehen aus einem Stück. Diese Konfiguration hat bedeutende Vorteile: höhere Festigkeit, geringeres Gewicht, bessere aerodynamische Eigenschaften durch höhere geometrische Genauigkeiten der Schaufeln, kein Verschleiß am Schaufelfuß bzw. in der Scheibennut sowie Entfall der Montagekosten. Aktuelle Aushängeschilder der Ingenieurskunst sind die militärischen Kompressoren des Eurofighter-Antriebs EJ200 und des TP400-D6 im neuen Militärtransporter A400M. Der gemeinsam mit Pratt & Whitney entwickelte zivile Hochdruckverdichter bildet das Herzstück der neuen GTF-Triebwerksfamilie, die in Regionalund Business-Jets sowie in Flugzeugen für Kurzund Mittelstrecken eingesetzt werden. Mit ERCoat hat die MTU für Hochwertbauteile wie Blisk-Verdichterstufen eine neue Multilayerschicht zum Schutz vor Erosion durch Sand und Schmutz- Zielsetzung für alle neuen Konzepte ist eine ausgewogene Auslegung bezüglich Wirkungsgrad, Gewicht, Lärm, Kosten und Lebensdauer. Zur Senkung der Herstellkosten erforscht die MTU neue Bauweisen mit geringerer Komplexität. Ebenfalls im Fokus stehen neue, leichtere Werkstoffe für hohe Temperaturen, denn dadurch können bis zu zehn Prozent des Turbinengewichts eingespart werden. Ein Beispiel: Rotorschaufeln aus Titanaluminid sind etwa halb so schwer wie herkömmliche Schaufeln aus Nickelbasislegiepartikel entwickelt. Bürstendichtungen erlauben hier technische Lösungen, die mit den bisher üblichen Labyrinthdichtungen nicht möglich sind. Weitere Trends: Zukünftig spielen aktive Systeme bei Verdichtern eine besondere Rolle: Diese Baugruppen können auf verschiedene Betriebszustände reagieren. Weitere Verbesserungen im aerodynamischen Design bei zugleich kleineren Baugrößen tragen zu geringeren Kraftstoffverbräuchen bei. Integrale Bauweisen und neue Werkstoffe sind der Schlüssel zu signifikanten Gewichtseinsparungen. Ausgezeichnete Turbinen Weltweiter Technologieführer ist die MTU bei Niederdruckturbinen mit höchsten Wirkungsgraden. Die Bandbreite reicht von konventionellen Modellen für Antriebe von Business-Jets über Nutzturbinen für schwere Transporthubschrauber bis hin zu großen konventionellen Niederdruckturbinen für Turbofantriebwerke von Mittel- und Langstreckenflugzeugen. Das Meisterstück der MTU ist die schnelllaufende Niederdruckturbine, eine Schlüsselkomponente des Getriebefans: Ihre Technologie ist weltweit einzigartig. Dichte Drähte: MTU-Bürstendichtungen verringern Leckagen um bis zu 90 Prozent. Thermische Spritzschichten leisten einen entscheidenden Beitrag zur Erhöhung von Wirkungsgrad und Lebensdauer eines Triebwerks. 8

9 Konsequent arbeitet die MTU an der weiteren Optimierung ihrer Komponenten: Das Rig 456 ist ein triebwerksnahes Modell der schnelllaufenden Niederdruckturbine für den Getriebefan. Mit ihm getestet werden neue Technologien. rungen. Um den Anteil der Niederdruckturbine am Triebwerkslärm gering zu halten, werden Maßnahmen zur Lärmminderung untersucht, etwa die 3D-Profilierung von Schaufeln. Turbinenzwischengehäuse Im oberen Schubbereich punktet die MTU mit Turbinenzwischengehäusen. Sie entwickelt und fertigt diese äußerst anspruchsvolle Komponente für die Langstrecken-Triebwerke GP7000 (Airbus A380), GEnx (Boeing 787 Dreamliner und Boeing 747-8) und GE9X, den Exklusivantrieb der Boeing 777X. Das Turbinenzwischengehäuse bildet den Kanal für das von der Hochdruckturbine in die Niederdruckturbine strömende Heißgas und ist im Betrieb extremen Belastungen ausgesetzt hoher mechanischer Beanspruchung und hohen Temperaturen. Werkstoff und Konstruktion müssen höchsten Ansprüchen genügen, was wiederum eine Fertigung auf höchstem Niveau erfordert. Die hat die MTU in München aufgebaut. Die MTU punktet im oberen Schubbereich: Sie entwickelt und fertigt Turbinenzwischengehäuse für Langstreckentriebwerke, etwa für das GE9X, den Exklusivantrieb der Boeing 777X. 9

10 Fertigung Triebwerke sind Hightech-Produkte, die innovative Herstellverfahren erfordern. Die MTU beschäftigt sich mit der gesamten Bandbreite von der Verfahrensentwicklung über neue Prüf- und Messmethoden bis hin zur Automatisierung und Fertigungsplanung. Zu den wichtigsten Hightech- Verfahren gehören das Laserformbohren zur Realisierung von Kühlluftbohrungen in Hochdruckturbinenschaufeln sowie Adaptives Fräsen, Reibschweißen und Präzises Elektrochemisches Abtragen (Precise Electrochemical Machining = PECM) zur Fertigung von Blisks. Die MTU ist weltweit einer der führenden Hersteller von Blisks und betreibt in München eines der modernsten, zukunftsweisenden Fertigungssysteme für Verdichterrotoren in dieser Bauweise. Zunehmend an Bedeutung gewinnen additive Verfahren etwa das selektive Laserschmelzverfahren. Damit können komplexe Bauteile weitgehend ohne den Einsatz klassischer Werkzeuge hergestellt werden. Weitere Vorteile: deutlich größere Designfreiheit, kürzere Produktionszeiten, schnellere Innovationszyklen, leichtere, funktionalere Bauteile und geringere Entwicklungskosten. Die MTU fertigt additiv bereits Serienteile für den A320neo-GTF. Instandhaltung In der Instandhaltung ziviler Flugtriebwerke und Industriegasturbinen ist die MTU weltweit einer der größten Anbieter. Die Aktivitäten sind unter dem Dach der MTU Maintenance gebündelt. Die Hightech-Reparaturen der MTU sind weltweit einmalig, zum Großteil patentiert und unter dem Markennamen MTU Plus Repairs bekannt. Das Portfolio umfasst über verschiedene Verfahren. Bei der Entwicklung neuer Reparaturverfahren kann die MTU auf eine einzigartige Kompetenz aus der Entwicklung und Fertigung zahlreicher Triebwerksprogramme zurückgreifen. Für die MTU Maintenance wurde das Engine Trend Monitoring System entwickelt, bei dem die wichtigsten Betriebsdaten, wie Druck, Temperatur oder Vibrationen, durch den Triebwerksregler aufgezeichnet, per Funk oder in ein Netzwerk am Boden eingespeist und permanent mit den idealen Triebwerksdaten verglichen werden. Wird eine Abweichung festgestellt, können Reparaturen rechtzeitig eingeleitet werden. Größere Folgeschäden und kostspielige Reparaturen bleiben aus. Erprobung und Instrumentierung Ob militärisch oder zivil: In der Triebwerkserprobung deckt die MTU den gesamten Bereich der Validierung und Zulassung ab. Getestet werden Werkstoffe, Bauteile, Komponenten und komplette Triebwerke. Das Unternehmen verfügt über eine einzigartige Expertise auf Spitzenniveau. Das Leistungsspektrum umfasst Konzeption, Aufbau, Versuchsdurchführung und Datenauswertung. Für die verschiedenen Erprobungen stehen der MTU eigene Hightech-Prüfstände zur Verfügung, genutzt werden aber auch Testeinrichtungen bei Partnerinstitutionen. Zum Einsatz kommt neueste Messtechnik: Anspruchsvolle Testprogramme werden selbst entwickelt und durchgeführt auch die dafür notwendige innovative Instrumentierung. Die MTU betreut auch die Triebwerksintegration und die Flugerprobung von Prototypen. Dies geschieht in enger Kooperation mit den Partnern und Zellenherstellern. Ein Trend in der Erprobung ist die zunehmende Digitalisierung: Dank optimierter Rechenmodelle werden Versuche zunehmend simuliert, um aufwändige und kostenintensive Nachweistests zu vermeiden. Instandsetzung auf höchstem Niveau: Hightech- Laserverfahren ermöglichen präzises Bohren und Schweißen. 10

11 Die MTU ist einer der führenden Blisk-Hersteller der Welt. Titan-Blisks entstehen im Blisk-Kompetenzzentrum in München, dem weltweit modernsten Fertigungssystem dieser Art. Es verfügt über einen hohen Automatisierungsgrad sowie ein intelligentes Steuerungs- und Logistiksystem. Systemkompetenz In modernen Flugantrieben kommt der Triebwerksregelung und -überwachung eine zunehmend größere Bedeutung zu, um das Fluggerät sicher und wirtschaftlich zu betreiben. Die MTU besitzt auf diesem Gebiet über 30 Jahre Erfahrung aus der Entwicklung militärischer Triebwerke. Ihr Spektrum umfasst das Gesamtsystem Regelung und Überwachung, elektronische und hydraulische Subsysteme und Geräte einschließlich der zugehörigen Software. Die Kompetenzen reichen von der Geräte-, Software und Systementwicklung bis hin zur Systemvalidierung, Serienbetreuung und Instandhaltung. meinschaftsunternehmen von MTU und Safran Electronics & Defense. In ihm werden die Fähigkeiten beider Unternehmen gebündelt. Dabei bietet AES das komplette Leistungsspektrum von Auslegung, Erprobung und Zulassung sicherheitskritischer Software und Elektronik an. Bei der MTU verbleibt die Fähigkeit zur Spezifikation des Regelungs- und Überwachungssystems sowie die Fertigung und Instandsetzung der Elektronikgeräte. Auch in zivilen Triebwerken ist es vorteilhaft, mechanische und hydraulische Komponenten durch elektrische zu ersetzen, da sie effizient, flexibel positionierbar und intelligenter sind. Die More Electric Engine der Zukunft mit ihrer Vielzahl an Sensoren, Motoren und Steuerelementen stellt das Powermanagement, die Regelungstechnik sowie die Überwachung der Triebwerke vor neue Herausforderungen. Zum langfristigen Erhalt der Regler-Kompetenz wurde das Joint Venture AES (Aerospace Embedded Solutions GmbH) gegründet, ein Ge- Die MTU hat nicht nur das PECM-Verfahren zur Herstellung von Nickel-Blisks entwickelt sondern auch die Maschinen, die in München im Einsatz sind. 11

12 Forschung und Entwicklung Die MTU Aero Engines arbeitet seit Jahrzehnten an neuen Technologien und gestaltet damit die Zukunft der Luftfahrt aktiv mit. Sie war immer wieder Schrittmacher des technologischen Fortschritts. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit erfolgt in enger Kooperation mit bedeutenden Akteuren der Branche Industrie- und Forschungspartnern und im Rahmen von Technologieförderprogrammen. Basis ist die MTU-Technologie-Roadmap sie gibt den Fahrplan vor. Leading Technology Roadmap Der Fortschritt im Triebwerksbau beruht im Wesentlichen auf den beiden physikalischen Stellgrößen Vortriebswirkungsgrad und thermischer Wirkungsgrad sowie Gewicht und Zuverlässigkeit. Die Entwicklungsarbeit der MTU zielt auf alle diese Stellgrößen ab. Jede Neuentwicklung optimiert den Kraftstoffverbrauch, die Schadstoffund Lärmemissionen sowie die Herstell- und Instandhaltungskosten. In ihrer Leading Technology Roadmap hat die MTU ihren Fahrplan bis zum Jahr 2030 festgelegt und die Stoßrichtung klar definiert: Es geht um die Weiterentwicklung und Optimierung der MTU-Komponenten Hochdruckverdichter, schnelllaufende Niederdruckturbine und Turbinenzwischengehäuse. Schlüsseltechnologien dafür sind neue leichte Hochtemperaturwerkstoffe, additive Herstellverfahren sowie virtuelle Auslegung und Fertigung. Rund 150 Technologieprojekte wurden definiert. Hochtemperaturwerkstoffe Die neuen Materialien für die Triebwerke der nächsten Generation müssen leicht und hitzeresistent sein. Sie sollen bis zu zehn Prozent weniger Gewicht ermöglichen und noch höhere Temperaturen aushalten mehrere 100 Grad. Gefragt sind nur die besten Metalle sowie ganz neue Werkstoffklassen. Im Fokus hat die MTU Intermetalle sowie keramische Verbundstoffe für die Herstellung von Turbinenschaufeln, -scheiben und -gehäusen. Mit ihren Erfahrungen aus der Titanaluminid-Industrialisierung hat das Unternehmen eine gute Basis für eine erfolgreiche Entwicklung eines neuen Werkstoffs bis zur Serie geschaffen. Ein Werkzeug wird auch hier immer wichtiger die Simulation. Additive Fertigung Per selektivem Laserschmelzen fertigt die MTU bereits Boroskopaugen für das Getriebefan-Triebwerk PW1100G-JM des Airbus A320neo in Serie. Das Bauteilspektrum soll sukzessiv erweitert werden: Additiv hergestellte Dichtungsträger, die in Hochdruckverdichtern zum Einsatz kommen, sind der erste Schritt in diese Richtung. Weitere Bauteile wie Lagergehäuse, Halterungen und Streben sollen folgen. Zudem gilt es, die Prozessqualität zu verbessern: Geschehen soll das durch eine Erweiterung der Online-Kontrolle sowie die Verbesserung der Oberflächengüte. Virtuelle Auslegung und Fertigung Die MTU wird 4.0: Ziel der MTU ist es, die Digitalisierung in den Bereichen Entwicklung, Werkstofftechnik, Fertigung und Instandhaltung auszuweiten. Langfristig sollen alle Bereiche der kompletten Wertschöpfungskette angefangen von der Produktentwicklung über die Fertigung bis hin zur Instandhaltung untereinander und miteinander vernetzt und virtuell abgebildet werden. Dadurch sollen die Entwicklung und Herstellung immer komplexerer Produkte schneller und effizienter werden. ICM 2 E (Integrated Computational Materials & Manufacturing Engineering) ist der Einsatz von Simulationsverfahren zur Werkstoffentwicklung und Fertigung, um auf kostenund zeitaufwändige Versuchsreihen zu verzichten. Life Cycle Engineering soll eine digitale Simulation von additiver Fertigung Temperature at timestep = Y/ Y I(K) X/ x Temperature at timestep = Y/ Y X/ x Bei additiven Fertigungsverfahren kann die Homogenität der Elemente im Metall eines Bauteils mittels Simulation getestet werden. 12

13 Additive Fertigung in Serie: Die MTU stellt Boroskopaugen für die schnelllaufende Niederdruckturbine des A320neo-Getriebefans her. Durchgängigkeit im Engineering erreichen (Stichwort: Virtual Engine/4.0 Produktentwicklung). Dabei entsteht parallel zu den realen Bauteilen jeweils ein digitaler Zwilling, in dem alle Daten aus der kompletten Wertschöpfung von der Entwicklung bis zur Instandhaltung einfließen. Technologien zur intelligent vernetzten Produktion und zum Engineering sind unter der digitalen Fabrik zusammengefasst. Hier geht es um die Simulation von Fertigungsprozessen und Werkzeugentwicklungen aber auch aller Wertströme. In ihrer Leading Technology Roadmap hat die MTU den Technologiefahrplan bis zum Jahr 2030 definiert: Es geht um die Optimierung von Hochdruckverdichtern, schnelllaufenden Niederdruckturbinen und Turbinenzwischengehäusen. Schlüsseltechnologien sind neue Werkstoffe, additive Herstellverfahren sowie virtuelle Auslegung und Fertigung. MTU s Leading Technology Roadmap Schlüsseltechnologien Produkte Integriertes Kompressionssystem Optimale schnelllaufende NDT und TCF Leichte Hochtemperaturwerkstoffe Additive Fertigung Virtuelle Auslegung & Fertigung Hohes Gesamtdruckverhältnis/kleine Bauweise Verbesserte Aerodynamik Aktive/passive Features Verbesserte Aerodynamik und Akustik Integrierte variable Systeme Umweltfreundliche Beschichtungen Hochtemperaturbeständige Schaufeln und Scheiben Leichtgewichtige Schaufeln für die hinteren Stufen Keramische Strukturen Laser/EBM Fertigung und Reparatur Online-Kontrolle der Prozessqualität Oberflächenbehandlungen ICM 2 E (Prozess- und Werkstoffsimulation) Digitale Fabrik 4.0 Life Cycle Engineering 13

14 14 Die MTU verfügt über eine einzigartige Prüfexpertise: Getestet werden Bauteile, Komponenten und komplette Triebwerke. In München betreibt die MTU mehrere Prüfstände für komplette Triebwerke (Foto links) und Komponenten. Das Rig 268 dient der Weiterentwicklung des GTF-Hochdruckverdichters (Foto oben).

15 Technologie- Förderprogramme Die MTU ist in den wesentlichen Forschungsvorhaben auf nationaler und internationaler Ebene aktiv. Maßgeblich beteiligt ist sie am deutschen Luftfahrtforschungsprogramm sowie den EU-Forschungsprojekten Clean Sky, ENOVAL, LEMCO- TEC und E-BREAK. Luftfahrtforschungsprogramm Beim Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo) der Deutschen Bundesregierung ist die MTU ein industrieller Hauptpartner. Sie arbeitet mit Universitäten und Instituten zusammen und konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Technologien für Hochdruckverdichter und Niederdruckturbinen, um deren Wirkungsgrad weiter zu erhöhen. LuFo- Fördergelder haben bereits bei der Entwicklung der erfolgreichen GTF-Technologien der MTU eine wesentliche Rolle gespielt und auch bei der Optimierung von Blisk-Fertigungsverfahren. Clean Sky Clean Sky 1 war das größte europäische Luftfahrt-Forschungsprogramm, das je gestartet wurde mit über 600 Partnern. Es hat sechs sogenannte Integrated Technology Demonstrators (ITDs) und einen Technology Evaluator umfasst. Im Rahmen des ITD SAGE (Sustainable And Green Engines) wurden fünf Triebwerks-Demonstratoren in unterschiedlichen Leistungsklassen und für verschiedene Marktsegmente aufgebaut und getestet. Einen Demonstrator hat die MTU verantwortet SAGE 4. Zusammen mit Partnern wurde der Getriebefan weiterentwickelt, insbesondere durch zukunftsweisende Verdichter- und Turbinentechnologien. Das Programm wurde 2008 gestartet und hat eine Laufzeit bis Seine Fortschreibung findet es in Clean Sky 2, das seit 2014 läuft und bis 2020 für die MTU ein wichtiges Technologie-Förderprogramm ist. Die MTU hat hier ihre Rolle ausgebaut und agiert als eines von 16 Lead-Unternehmen (OEMs). Gearbeitet wird an zwei Demonstratoren, um Technologien für die nächste Generation von Getriebefan-Triebwerken zu entwickeln und zu testen. Die MTU konzentriert sich wieder auf die Komponenten Verdichter und Turbine. ENOVAL ENOVAL (ENgine module VALidators) wurde 2013 gestartet, ist auf vier Jahre ausgelegt und steht unter der Leitung der MTU. 35 europäische Partner aus Industrie, Forschung und Lehre entwickeln neue Technologien für Niederdruckkomponenten für mittlere, große und sehr große Turbofans, um eine CO 2 -Reduzierung um bis zu Der Clean-Sky-Triebwerksdemonstrator SAGE 4 wurde zum Teil in München montiert. fünf Prozent und eine Lärmminderung um bis zu 1,3 db zu realisieren. Erreicht werden sollen diese Einsparungen durch höhere Nebenstromverhältnisse zwischen 12:1 und 20:1 sowie ein höheres Gesamtdruckverhältnis zwischen 50:1 und 70:1. Die MTU konzentriert sich auf die Integration und Optimierung des Expansionssystems bestehend aus den Komponenten Turbinenzwischengehäuse, Niederdruckturbine und Turbinenaustrittsgehäuse. LEMCOTEC Im Rahmen von LEMCOTEC haben 35 europäische Partner an einer weiteren Steigerung des Gesamtdruckverhältnisses gearbeitet, um den thermischen Wirkungsgrad zukünftiger Triebwerke weiter zu verbessern. Die MTU beschäftigte sich mit Auslegung, Aufbau und Test eines neuen Hochdruckverdichters, der sich durch ein bisher unerreichtes Druckverhältnis, leichtere Hochtemperaturwerkstoffe sowie ein fortschrittliches Sekundärluftsystem auszeichnet. E-BREAK Das EU-Technologieprogramm E-BREAK trägt dazu bei, den Brennstoffverbrauch und die CO 2 - Emissionen künftiger Antriebe weiter zu reduzieren und die Lebensdauer zu verlängern. 42 Partner entwickeln Komponenten und Triebwerkssysteme, wie Dichtungs-, Werkstoff- und Zustandsüberwachungstechnologien, weiter. Das Programm läuft unter dem 7. EU-Rahmenprogramm; gestartet wurde im Jahr Die MTU engagiert sich bei den Themenkomplexen Anstreifsysteme, Simulationsmethoden, Entwicklung des Leichtbauwerkstoffes Titanaluminid sowie Triebwerksüberwachung. 15

16 Technologienetzwerk Die MTU pflegt eine enge Zusammenarbeit mit Instituten und Hochschulen. Davon profitieren beide Seiten: Die grundlagenorientierte Arbeit der Forschungseinrichtungen bekommt Praxisbezug und die MTU kann bei langfristigen Aufgabenstellungen auf die Expertise der Wissenschaftler zurückgreifen. Die Netzwerkstrategie stützt sich auf die Trendforschung und Entwicklung visionärer Triebwerkskonzepte im Bauhaus Luftfahrt, die Konzentration der Grundlagenforschung bei wenigen Spitzeneinrichtungen sowie den branchenübergreifenden Erfahrungsaustausch mit Experten. Bauhaus Luftfahrt Als international ausgerichtete Ideenschmiede entwickelt das Bauhaus Luftfahrt innovative Lösungsansätze für Lufttransportsysteme der Zukunft. Die Experten erarbeiten unter anderem visionäre Flugzeugkonzepte und untersuchen ökologische Perspektiven der Luftfahrt, etwa alternative Kraftstoffe, sowie revolutionäre Zukunftstechnologien und die gesellschaftspolitischen Treiber der Luftfahrt. Erfolgsfaktoren sind das Zusammenspiel der im Hause angesiedelten Disziplinen sowie das Arbeiten in einem globalen Netzwerk aus Industrie und Forschung. Gegründet wurde das Systemhaus 2005 von den Unternehmen EADS, Liebherr-Aerospace, MTU Aero Engines und dem Freistaat Bayern; hinzugekommen ist die IABG. Kompetenzzentren Strategische Allianzen mit Forschungspartnern sollen die Innovationsfähigkeit der MTU langfristig sichern und die Verzahnung zwischen Hochschule und Industrie weiter fördern. Durch frühzeitige Praxisnähe will die MTU kontinuierlich Nachwuchs qualifizieren. Mit führenden deutschen Hochschulen und Forschungseinrichtungen hat sie sechs Kompetenzzentren für spezielle Aufgaben gegründet. Bei der Auswahl der Partner wurde auf herausragende fachliche Qualifikation und langjährige Erfahrung geachtet: Die RWTH Aachen beschäftigt sich mit den Bereichen Verdichter & Fertigung, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Köln mit Antriebssystemen, die Technische Universität München mit Bauweisen, die Universität der Bundeswehr München mit militärischen Antrieben und die Universität Stuttgart mit Turbinen-Testing & Thermodynamik. Die Leibniz Universität Hannover und das Laser Zentrum Hannover bearbeiten die Themenschwerpunkte Turbine & Maintenance Repair. DLR-Institut TESIG Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt plant in Augsburg ein Test- und Simulationszentrum für Gasturbinen (TESIG) aufzubauen, das die MTU intensiv nutzen wird. Die Idee des neuen Zentrums ist, numerische Simulationsverfahren ( Virtual Engine ) mit experimentellen Verfahren auf Prüfständen so zu validieren, dass zukünftige Auslegungen mit deutlich geringerem Testaufwand möglich sind. Dazu werden Hochleistungsrechner für hochauflösende und gekoppelte Simulationen im Bereich der Aerodynamik, Strukturmechanik und Werkstoffmechanik beschafft. Außerdem werden zwei moderne Prüfstände errichtet. TESIG ist ein wichtiger Baustein zur Stärkung der Forschungslandschaft Virtual Engine. Substanziell unterstützt wird das Vorhaben von der Bundesregierung und vom Freistaat Bayern. Fraunhofer-Institute Die Zusammenarbeit mit verschiedenen Fraunhofer-Instituten im gesamten Bundesgebiet ist ein Schwerpunkt der MTU-Kooperationen insbesondere bei Fertigungs- und Werkstofftechnologien. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist mit ihren weitgefächerten Kompetenzen ideal aufgestellt, um für die MTU industrienahe Forschungsaufträge zu bearbeiten. Netzwerker: Die MTU setzt auf interdisziplinären Erfahrungsaustausch. 16

17 Von der engen Zusammenarbeit der MTU mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen profitieren alle Seiten auch der wissenschaftliche Nachwuchs. Bei der MTU erhält die grundlagenorientierte Arbeit von Forschungseinrichtungen Praxisbezug: Viele Studenten fertigen hier Forschungsarbeiten an. 17

18 Antriebe der Zukunft Seit den 1960er-Jahren ist der Kraftstoffverbrauch von Triebwerken um mehr als 45 Prozent verringert worden. Zu dieser erfolgreichen Entwicklung hat die MTU maßgeblich beigetragen und will das auch weiterhin tun. Mit dem Getriebefan realisieren die MTU und Pratt & Whitney den zivilen Antrieb der Zukunft. Planetengetriebe: Clou des Getriebefans. Die Zukunftstrends: Neue zivile Triebwerke werden noch größere Fans mit geringem Druckverhältnis haben, um den Vortriebswirkungsgrad zu verbessern. Das erfordert konsequenten Leichtbau und einen Flugzeugentwurf, der die größeren Abmessungen berücksichtigt. Im Inneren des Triebwerks werden die Drücke und Temperaturen steigen, um den Wirkungsgrad weiter zu optimieren. Das erfordert unter anderem neue Werkstoffe und Beschichtungen. Weitere Optimierungen will man bei Zuverlässigkeit, Herstell- und Instandhaltungskosten erzielen. Darüber hinausgehende, langfristige Verbesserungen versprechen verteilte und integrierte Antriebe sowie eine hocheffiziente Wärmekraftmaschine, z.b. mit Variable Cycle, rekuperativen Elementen, Kombiprozessen oder hybriden Elementen. Die MTU verfolgt alle technischen Möglichkeiten zur Verbesserung von Flugantrieben und prüft sie auf technische Realisierbarkeit, darunter auch elektrische Antriebssysteme. Aktiv unterstützt sie die Entwicklung alternativer Kraftstoffe. Auf absehbare Zeit wird es zur Fluggasturbine in weiter optimierter Version als Antrieb großer Verkehrsflugzeuge keine Alternative geben. Hat eine große Zukunft der Getriebefan. Im militärischen Bereich werden unterschiedliche Anwendungen eine Rolle spielen. Sie reichen von klassischen Turbofans mit niedrigem Nebenstromverhältnis für Kampfflugzeuge bis zu fortschrittlichen Wellenleistungstriebwerken für Hubschrauber und Turboprop-Flugzeuge, wie den Militärtransporter A400M. Antriebe für unbemannte Flugsysteme bestimmen innerhalb der EU derzeit die militärische Technologie-Entwicklung. Die MTU bringt ihre umfassende Expertise ein und arbeitet als zuverlässiger Partner maßgeblich an nationalen und internationalen Studien mit, etwa dem European Technology Acquisition Programme (ETAP). So könnte ein Flugzeug der Zukunft aussehen: Studie von Airbus. 18

19 Flughafen von morgen Die Wissenschaftler des Bauhaus Luftfahrt haben ein neues, umfassendes Flughafen- und Flugzeugkonzept entwickelt: Ziel von CentAirStation und CityBird ist es, die Vorgabe der Europäischen Kommission für das Jahr 2050 zu erreichen. 90 Prozent aller Reisenden in Europa sollen dann innerhalb von vier Stunden von Tür zu Tür kommen. Zukunftstrend: Das System eines Kampfflugzeugs ist auf maximale Leistung in Extremsituationen ausgelegt. Das Konzept der Variable Cycle Engine versucht mit Hilfe aktiver Systeme das Triebwerk individuell auf verschiedene Betriebszustände einzustellen. Zu den notwendigen Entwicklungen zählen variable Komponenten (Nebenstromkanal, Fan oder Düse) oder verstellbare Bauteile (Leitschaufeln). Die Herausforderung besteht darin, diese Systeme mechanisch und elektronisch zuverlässig zu integrieren. Auch im militärischen Bereich wird sich der Trend zu höheren Drücken und Temperaturen im Triebwerk fortsetzen; neue Werkstoffe und Schichtsysteme sind auch hier der Wegbereiter zu leistungsfähigeren und haltbareren Triebwerken. Fortschritte bei der Datenermittlung, Weitergabe und Verarbeitung werden einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, dass die Verfügbarkeit künftiger militärischer Triebwerke steigt und ihre Betriebskosten sinken. Tradition verpflichtet Der Name MTU steht für Triebwerkstechnologie auf höchstem Niveau. Dank ihrer einzigartigen Expertise und Innovationsstärke hat sich die MTU die Technologieführerschaft in wesentlichen Bereichen erarbeitet und sich als verlässlicher Partner in der Branche etabliert. Damit das so bleibt, investiert sie in vielfältige technologische Aktivitäten, neue Produkte und Leistungen und stellt damit die Weichen für die Zukunft. Den Fortschritt der Luftfahrt voranzutreiben ist für das deutsche Unternehmen eine Tradition, die verpflichtet. 19

20 MTU Aero Engines AG Dachauer Straße München Deutschland Tel Fax GER 05/17/MUC/02000/DE/EB/D