V2500: Kleine Reparatur – große Wirkung

Die „V“, wie die Instand­haltungs­spezialis­ten bei der MTU Maintenance Hannover das V2500-Trieb­werk nennen, ist im Shop regel­mäßiger Gast. An über der Hälfte aller weltweit fliegenden Mit­glieder der Airbus A320-Familie ist es verbaut. Eigentlich sollte sein Hoch­druck­verdichter 16.000 bzw. 20.000 Cycles halten, also die ent­sprechende Anzahl von Starts und Landungen. Doch schon bald machten die Instand­halter eine andere Erfahrung: In aller Regel musste der vordere Teil der Ver­dichter­rotor­trom­mel, ein sehr wert­volles Bauteil, bereits nach etwa 8.000 Cycles gewechselt werden.

Schuld daran sind vergleichs­weise unscheinbare Bau­teile, nämlich die nur milli­meter­breiten Dämpfungs­drähte aus einer Kobalt-Basis­legierung. Den Ver­dichter­schaufeln der Stufen 6 bis 8 dienen sie als Schwingungs­dämpfer, damit sich Schaufel­kranz und Rotor nicht gegenseitig abnutzen und Schaufel­brüche verhindert werden. Die Drahtenden fraßen sich im Laufe des Einsatzes in die Titan­legierung der Haltenuten ein, in denen die sechs Dämpfer­ringe unmittelbar vor und hinter den Schaufel­füßen sitzen. Sie beschädigten die Nut so stark, dass der Rotor bereits nach besagten rund 8.000 Cycles für den weiteren Betrieb nicht mehr verwend­bar war.

Schlüssel-Schloss-Prinzip im Milli­meter­bereich

Zwar hatte der OEM selbst am Draht mehrfach Ver­änderungen vorgenommen. Seine ursprünglich stumpfen Enden rundeten die Ingenieure ab. Später versuchten sie es mit einer Über­lappung der Enden. Die Lösung, die die MTU erarbeitete, war eine Nut-Feder-Variante anstelle der stumpf aneinander stoßenden oder über­lappenden Dämpfungs­drahtenden. Für den Nachweis der Wirksam­keit mussten die Reparatur-Entwicklungs­teams aus den MTU-Standorten Hannover und München sowie eine Viel­zahl weiterer Analytik-, Werkstoff- und Test-Ingenieure das komplette Luft­system genau unter die Lupe nehmen, sämtliche Belastungen einbeziehen und Material­proben unter dem Raster­elektronen­mikroskop unter­suchen.

„Vereinfacht gesagt, steckt ein Schlüssel-Schloss-Prinzip im Bereich von Milli­meter-Bruch­teilen dahinter“, erläutert Trieb­werks­ingenieur Christian Heinzelmaier. „Am einen Ende verjüngt sich der Draht. Das Gegen­stück auf der anderen Seite ist genau so konstruiert, dass das verjüngte Ende wie in eine Art kleinen Tunnel hinein­fahren kann. Auf einer Länge von sechs Milli­metern sind die Enden dabei flexibel – und können dadurch die Wärme­dehnungen und Be­lastungen ertragen, ohne zu brechen. Der Clou dabei ist jedoch, dass durch diese Verklinkung die Drahtenden nicht mehr frei schwingen können, sich dadurch nicht mehr in die Nut­wände eingraben und die Reparatur der Nut­wand durch Aus­schleifen viel später fällig wird.“ Eine vergleichs­weise einfache Lösung sei das. „Aber man muss halt draufkommen.“

Zweite Baustelle: äußere Nutwand

Denn weil die äußere Nutwand besonders an der achten Stufe sehr dünn ist, bleibt bei starken Be­schädigungen nach dem Abschleifen kaum noch Material übrig. Deshalb wird die Schad­stelle bei der Reparatur komplett herausgefräst. Weil dadurch keine Auflage­fläche für die Schaufeln mehr vorhanden ist, was zu einem unzulässig starken Kippen führen könnte, versieht die MTU die vordere Nut­wand mit einer wenige Zehntel Milli­meter dünnen Beschichtung. Dabei kommt ein neues und funkenfreies Verfahren zur Anwendung. „So können wir aus­schließen, dass die Eigen­schaften des Rotor-Titan­werk­stoffs be­ein­träch­tigt werden.“

Zulassung nach 8.000 Cycles und 150 Stunden Dauerlauf

Dass sich der reparierte Rotor genauso wie der ursprüngliche Rotor verhält und auch sonst keine weiteren Be­schädigungen auftreten, erkannten die EASA und die FAA mit ihrer Zulassung des Ver­fahrens an. 8.000 Cycles mussten die Dämpfungs­drähte dazu auf dem Prüf­stand durchlaufen. Schließlich folgte ein 150-Stunden-Dauerlauftest in einem kompletten V2500-Triebwerk. Mit der Zulassungs­urkunde ist die MTU Maintenance das einzige unabhängige In­stand­haltungs­unter­nehmen welt­weit, das eine im eigenen Haus entwickelte Reparatur an einem lebens­dauer­limitierten Bau­teil durchführen darf, dessen Design­ver­ant­wortung nicht bei ihm selbst liegt. Erste Erfahrungen aus dem praktischen Einsatz zeigten her­vor­ragende Ergebnisse mit kaum mess­barem Verschleiß und bestätigen die Funktionalität der Reparatur­lösung. Erster Groß­kunde dafür war die US-amerikanische Flug­ge­sell­schaft JetBlue. Sie setzt das V2500-Triebwerk an ihren Airbus-Flug­zeugen vom Typ A320 und A321 ein.

Die Reparatur spart vor allem Kosten und sichert die Kapazitäten der Flotte ab. „Jedes Mal, wenn ein Rotor aus­ge­tauscht wird, muss das Trieb­werk komplett vom Flügel genommen werden“, erklärt Gert Wagner, Director Engine Programs bei der MTU Maintenance Hannover. „Das ist mit einem nicht zu unter­schätzenden Zeit­auf­wand verbunden.“ Zeit, in der die Air­line keine Passagiere trans­portieren kann – und auch kein Geld verdient. Ein positiver Neben­effekt der Reparatur: Wert­volles Material am Rotor bleibt länger erhalten. Eins zu eins übertragbar auf andere Trieb­werke sind die neuen Dämpfungs­ringe nicht. „Aber den Aufbau der verjüngten Draht­enden, den merken wir uns natürlich.“