Neue Herstell­verfahren made by MTU

Verdichter und Turbinen der MTU Aero Engines gehören seit Jahrzehnten weltweit zum Besten, was es auf dem Markt gibt. Mit dem Hoch­druck­verdichter und der schnell­laufenden Nieder­druck­turbine für den Getriebefan hat Deutschlands führender Trieb­werks­hersteller seine Meisterstücke in diesen Kategorien abgeliefert. Beide Komponenten zeichnen sich nicht nur durch ihren technologischen Vorsprung aus, sondern basieren auch auf neuesten Her­stell­verfahren – ebenfalls made by MTU.

11.2014 | Autorin: Martina Vollmuth

Triebwerke sind Hightech-Produkte, die immer höheren Ansprüchen genügen müssen: Jede neue Antriebs­generation muss noch effizienter, sauberer und leiser sein als die vorhergehende. Die ambitionierten Ziele von morgen hat die europäische Luft­fahrt­industrie und Forschung in der Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA) definiert: Bis zum Jahr 2050 sollen Kraft­stoff­verbrauch und CO2-Emissionen um je 75 Prozent reduziert und der Lärm um 65 Prozent verringert werden. Die MTU Aero Engines arbeitet seit Jahr­zehnten an neuen Trieb­werks­technologien.

Der Fortschritt beruht im Wesentlichen auf zwei physikalischen Stellgrößen – Vortriebs­wirkungs­grad und thermischer Wirkungsgrad. Die MTU-Entwicklungs­arbeit zielt auf beide Stellgrößen ab. Jede Optimierung reduziert die Schadstoff- und Lärm­emissionen. Das hat Folgen: „Durch die hohe Belastung der Trieb­werks­komponenten sind die Anforderungen an Werkstoff und Fertigungs­verfahren deutlich gestiegen“, konstatiert Dr. Stefan Weber, Leiter Tech­no­logie und Vorauslegung bei der MTU. Neue Werkstoffe, etwa Keramik, erfordern neue Fertigungs­verfahren; bestehende Tech­no­logien werden bis an die physikalischen Grenzen gebracht. Seit Jahrzehnten be­schäf­tigen sich die Experten der MTU mit der gesamten Bandbreite der Herstellung, ver­feinern Verfahren und entwickeln neue. „Unsere Fertigungs­technologien bewegen sich am oberen Leistungs­spektrum“, erklärt Richard Maier, Leiter Produktions­entwicklung und Support bei der MTU in München. „Bei einigen Verfahren haben wir uns in die Weltspitze vorgearbeitet.“

Paradebeispiele finden sich in der Getriebefan-Familie Pure Power® PW1000G von Pratt & Whitney: Zu diesem Zukunfts­antrieb steuert der Münchner Triebwerks­bauer nicht nur Hochtechnologie-Komponenten bei – Teile des Hochdruck­verdichters, die schnell­laufende Nieder­druck­turbine und innovative Bürsten­dichtungen – sondern verwendet zu deren Her­stellung auch einige seiner Hightech-Verfahren.

Blisk-Fertigung

Blisks (Blade Integrated Disks) sind Hochtechnologie-Bauteile, bei denen Scheibe und Schaufeln integral gefertigt und nicht mehr zusammengesteckt werden. Zum Einsatz kommen Blisks in Niederdruck- und Hochdruckverdichtern militärischer und ziviler Anwendungen. Die MTU ist weltweit einer der führenden Hersteller dieser Blade Integrated Disks. Um das zu bleiben und diesen Bereich weiter auszubauen, hat sie im vergangenen Jahr in München ein eigenes Blisk-Kompetenzzentrum gebaut. Dr. Rainer Martens, MTU-Vorstand Technik: „Unsere neue Blisk-Fertigung ist die weltweit mo­dernste Fertigung für Triebwerksteile dieser Art.“ Das Produktionskonzept basiert auf optimierten und automatisierten Prozessabläufen, innovativer Maschinen- und An­lagen­technologie.

Am Unternehmenssitz in München steht das Blisk-Kompetenzzentrum.

PECM

Mit zunehmend komplexeren SchaufeIgeometrien, anspruchsvolleren Werkstoffen und geringer werdenden Fertigungs­toleranzen wachsen auch die Ansprüche an die Fer­tigungs­verfahren. Die MTU hat mit dem Präzisen Elektrochemischen Abtragen (Precise Electrochemical Machining = PECM) ein Verfahren selbst entwickelt, mit dem ein Teil der Zulassungshardware für den A320neo-GTF PurePower® PW1100G-JM hergestellt wird – Blisks mit geometrisch extrem komplexen Schaufeln. In diesem Jahr werden zwei neue Maschinen in Betrieb genommen.

PECM ist eine Verfeinerung des ECM-Verfahrens. Fertigungs­spezialist Richard Maier: „Elektrochemisches Abtragen ist ein Standard­verfahren und gehört seit langem zu unserem Fertigungs­portfolio. Mit PECM können wir jetzt noch präziser arbeiten und schaffen es, eine Nickel-Blisk-Schaufel in nur zwei Arbeits­schritten zu fertigen.“ Im Vergleich zu zerspanenden Verfahren hat PECM mehrere Vorteile: Das Bauteil wird nicht berührt, weshalb die Werkzeuge verfahrensbedingt nicht verschleißen. Zudem werden wesentlich höhere Abbildungs­genauig­keiten erzielt. Dr. Martens: „Bei der Komplexität des Verfahrens haben wir in der Branche die Nase vorne – und das vermutlich für eine ganze Weile, weil wir auch die einschlägigen Patente besitzen.“

Per selektivem Laserschmelzen entstehen Serienteile. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Per selektivem Laserschmelzen entstehen Serienteile.

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Per selektivem Laserschmelzen entstehen Serienteile.

Additive Verfahren

3D-Printing, Rapid Manufacturing oder auch Additive Verfahren sind Oberbegriffe für Fertigungs­techno­logien, die derzeit eine Wirtschafts­branche nach der anderen erobern. In der Luftfahrt­branche ist die MTU eines der ersten Unternehmen, das bereits Bauteile für die Serie herstellt. Der Durchbruch gelang mit dem selektiven Laser­schmelz­verfahren (Selective Laser Melting = SLM), das Bauteile Schicht für Schicht entstehen lässt. Damit fertigt die MTU in München Boroskop­augen für das A320neo-Triebwerk, das PurePower® PW1100G-JM. Boroskop­augen sind Teil des Gehäuses der schnell­laufenden Nieder­druck­turbine und werden benötigt, um die Beschaufelung auf mögliche Abnutzungen hin zu überprüfen. Additive Verfahren eignen sich vor allem für die Fertigung von Kleinserien oder individuell aufgebauten Bauteilen. Bei der MTU ist die Übertragung des SLM-Verfahrens auf andere Bauteile und Triebwerks­typen bereits in Vorbereitung, denn die Vorteile sind bestechend: Komplexe Bauteile können mit geringerem Material- und Werkzeug­einsatz hergestellt, neue Designs realisiert, Entwicklungs-, Fertigungs- und Lieferzeiten verkürzt und die Herstellkosten deutlich gesenkt werden.

Bürstendichtungen

Einen kleinen, sehr feinen Fertigungsbereich repräsentiert das Bürstendichtungsteam in München. Mit dieser Technologie beschäftigt sich die MTU seit über 30 Jahren und hat eine Spitzenposition erreicht. Die innovativen Bauteile überzeugen in Dampf- und Gasturbinen, Pumpen und weiteren Anwendungen des allgemeinen Maschinenbaus und jetzt auch im Luftfahrtbereich: Der Durchbruch gelang mit der Anwendung im GTF. Hier werden bis zu vier dieser innovativen Bauteile made by MTU verbaut.

„Bei Bürstendichtungen bilden Tausende dünner Drähte eine sehr flexible Dichtung, die sich nahezu perfekt an die abzudichtende Fläche anpasst“, erläutert Benjamin Großkurth, Leiter der MTU-Bürstendichtung-Fertigung. Mit dieser Eigenschaft sind sie den üblicherweise verwendeten Labyrinthdichtungen deutlich überlegen, da Leckagen um bis zu 90 Prozent verringert und dadurch die Leistungsfähigkeit der Maschine gesteigert werden kann. Die Dichtelemente sind vielfältig einsetzbar und halten extremen Bedingungen stand. Sie sind leicht einzubauen, benötigen wenig Raum, erreichen eine lange Lebensdauer, lassen sich einfach instand setzen und nachrüsten und senken die Betriebskosten deutlich. Hergestellt werden Bürstendichtungen in einzigartigen Wickel- und Klemmverfahren – made by MTU. Laut Großkurth steht die innovative Dichtung erst am Anfang ihrer Anwendung in der Luftfahrt. Darauf bereitet man sich in München bereits vor: Neue Werkstoffe und flexiblere Bauformen werden erprobt. Zudem kommen neue Herstellverfahren ins Spiel. Die ersten Gehäuse-Prototypen konnten bereits per Laser additiv hergestellt werden.

Das ist Spitze: Seit über 30 Jahren stellt die MTU Bürstendichtungen her. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Das ist Spitze: Seit über 30 Jahren stellt die MTU Bürstendichtungen her.

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Das ist Spitze: Seit über 30 Jahren stellt die MTU Bürstendichtungen her.

Die MTU hat sich im Laufe der Jahrzehnte ein einzigartiges Fertigungs-Know-how erarbeitet. Einen Namen gemacht hat sie sich auch durch innovative Beschichtungen und Spitzen­panzerungen von Schaufeln sowie das Laserformbohren zur Realisierung von Kühlluftbohrungen in Hochd­ruckturbinen­schaufeln. Um den techno­logischen Vorsprung zu halten und weiter auszubauen, investiert die MTU in vielfältige tech­no­logische Aktivitäten und setzt damit eine Tradition fort, der sie sich verpflichtet fühlt: den Fortschritt der Luftfahrt weiter voranzutreiben.

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