Hintergrundinformationen XXXX

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Backgrounder
Fertigungsverfahren
Verdichter und Turbinen made by MTU gehören
weltweit zum Besten, was es auf dem Markt gibt.
Auch bei Fertigungsverfahren hat sich das
Unternehmen an die Weltspitze vorgeschoben. Bei
einigen Verfahren ist Deutschlands führender
Triebwerkshersteller weltweit Technologieführer.
Zu den wichtigsten Hightech-Herstellverfahren der
MTU gehören:
MTU-Hochdruckverdichter: Hergestellt
mit modernsten Verfahren
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Laserformbohren
Adaptives Fräsen
Präzises Elektrochemisches Abtragen
Reibschweißen
Additive Verfahren
Laserformbohren
Die MTU besitzt für das Laserformbohren das
Weltpatent. Dieses Verfahren kombiniert die
beiden Einzelverfahren Laserbohren und
Laserstrahlabtragen und ist eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung hocheffizienter
Turbinen. Mit dem Laser werden Kühlluftlöcher
trichterförmig in Lauf- und Leit- schaufeln der
Hochdruckturbine gebohrt, wodurch sich der
Luftstrom besser auf der Oberfläche des
Bauteils verteilen kann. Das senkt den Bedarf an
Kühlluft und verbessert die Effizienz.
GP7000-Hochdruckturbinenschaufeln
Beim GP7000, dem Antrieb des MegaAirbus A380, erhöht sich der
Wirkungsgrad der Hochdruckturbine durch
das Laserformbohren beispielsweise um
ein Prozent – Kraftstoffverbrauch und CO2Emissionen sinken dadurch jeweils
ebenfalls um ein Prozent.
Airbus A380
10. April 2015
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Blisk-Herstellung
Blisks (Blade Integrated Disks) sind Hochtechnologie-Bauteile, bei denen Scheibe und Schaufeln integral gefertigt und nicht mehr zusammengesteckt werden. Das verringert das Gewicht.
Zum Einsatz kommen Blisks in Niederdruck- und
Hochdruckverdichtern militärischer und ziviler
Anwendungen. Eine Verwendung in Turbinen wird
diskutiert. Die MTU ist weltweit einer der führenden Hersteller dieser Blade Integrated Disks.
Bei der Blisk-Herstellung kommen
Reibschweißen, Adaptives Fräsen und
Elektrochemisches Abtragen (Precise
Electrochemical Machining = PECM) zum Einsatz.
4.000 Stück
Anzahl der Blisks, die
die MTU ab 2016 pro
Jahr fertigen wird.
Die MTU hat auf dem Münchner Werksgelände
eine neue Halle gebaut, in der das BliskKompetenzzentrum untergebracht ist.
„Elektrochemisches Abtragen ist ein
Standardverfahren und gehört seit langem zu
unserem Fertigungsportfolio. Mit PECM
können wir noch präziser arbeiten und
schaffen es, eine Nickel-Blisk-Schaufel in nur
mehr zwei Arbeitsschritten zu fertigen.“
Richard Maier, Leiter Produktionsentwicklung und
Support bei der MTU Aero Engines in München
Fertigung einer Blisk für den PW1000G-Getriebefan
Große Blisk-Schaufeln aus Titan werden mittels
Linearem Reibschweißen einzeln mit der Scheibe
verbunden und anschließend durch Adaptives
Fräsen angepasst; mittlere und kleine Titan-BliskSchaufeln werden aus dem Vollen gefräst.
Kleine und mittlere Blisk-Schaufeln aus Nickel –
und somit aus einem schwer zu bearbeitenden
Werkstoff - können mittels PECM hergestellt
werden. Wie sonst beim Elektrochemischen
Abtragen üblich entfällt hier eine Nachbearbeitung der Oberfläche. Das PECM-Verfahren
haben die Experten der MTU selbst entwickelt.
10. April 2015
Das PECM-Grundprinzip:
Ein metallischer Werkstoff wird bei Anwesenheit
eines Elektrolyten mit Hilfe elektrischen Stroms
gezielt aufgelöst. Der zu bearbeitende Werkstoff
wird als positiver Pol geschaltet und das
dreidimensionale, metallische Abformwerkzeug
als negativer Pol. Als Elektrolyt kommt eine
wässrige Natriumnitratlösung zum Einsatz, die
zwischen Anode und Kathode fließt. Diese
Flüssigkeit hat drei Funktionen: Sie stellt eine
elektrisch leitende Verbindung her, sorgt für den
Abtransport des abgetragenen Materials sowie
entstehenden Wasserstoffs und kühlt den
Prozess. Die Vorteile von PECM gegenüber
zerspanenden Verfahren: Das Bauteil wird nicht
berührt, weshalb die Werkzeuge
verfahrensbedingt nicht verschleißen. Zudem
erzielt das PECM-Verfahren wesentlich höhere
Abbildungsgenauigkeiten durch die Bearbeitung
mit extrem kleinen Spalten im
Mikrometerbereich.
2
Tandem-Blisks sowie Verdichtertrommeln – mehrere hintereinander geschaltete Verdichterstufen –
entstehen durch Rotationsreibschweißen. Eine der größten und präzisesten Anlage weltweit steht bei
der MTU in München. Entwickelt wurde die rund 20 Meter lange Anlage mit einem Doppelspindelkonzept, um eine größere Bandbreite an Bauteilen mit höchster Genauigkeit verschweißen zu
können. Hergestellt werden Verdichtertrommeln bei einem Druck von 1.000 Tonnen.
Reibschweißanlage der MTU am Standort München
Das Reibschweißverfahren ist für die MTU eine Schlüsseltechnologie zur Fertigung von Rotoren der
nächsten Triebwerksgeneration, die aus höher belastbarem Material bestehen und wesentlich größer
sind als herkömmliche Teile. Hergestellt werden können kompaktere und hochintegrale
Verdichterrotoren aus Titan- und Nickelbasiswerkstoffen, die weniger wiegen und damit zur
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Triebwerks beitragen. Ebenfalls im Portfolio hat die MTU
das Induktive Hochfrequenz-Pressschweißen, das mittlere Titanschaufeln mit den Scheiben verbindet.
10. April 2015
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Additive Verfahren
Additive Verfahren erobern eine Wirtschaftsbranche nach der anderen. Im Triebwerksbau ist der MTU ein Durchbruch gelungen:
Als eines der ersten Unternehmen stellt sie
Serienbauteile her. Per selektivem
Laserschmelzverfahren (Selective Laser
Melting = SLM) entstehen in München
Boroskopaugen für das A320neo-Triebwerk,
das PW1100G-JM von Pratt & Whitney. Diese
Bauteile sind Teil des Turbinengehäuses und
werden benötigt, um die Beschaufelung von
Zeit zu Zeit mit einem Boroskop auf
mögliche Abnutzungen hin zu überprüfen.
Additive Fertigung eines Leitschaufelclusters
„In Technologieprojekten und Technologieprogrammen entwickeln wir das additive
Verfahren mit hoher Priorität weiter.“
Richard Maier, Leiter Produktionsentwicklung und
Support bei der MTU Aero Engines in München
Boroskopauge, das mittels additiven Verfahren
hergestellt wurde.
Beim SLM wird das 3D-Modell des zu
fertigenden Teils am Rechner in einzelne
Schichten zerlegt. Nach diesem Bauplan baut
ein Laser die Schichten auf einer Bauplattform
nach und nach aus einem pulverförmigen
Ausgangsmaterial auf. Die Pulverpartikel werden
lokal aufgeschmolzen und so miteinander
verbunden.
Die Vorteile: Mit additiven Verfahren können
komplexe Bauteile, die herkömmlich nicht oder
nur sehr aufwendig gefertigt werden, mit
geringerem Material- und Werkzeugeinsatz
hergestellt werden. Die Realisierung neuer
Designs wird möglich, Entwicklungs-,
Fertigungs- und Lieferzeiten verkürzen sich
deutlich und die Herstellkosten sinken. „Das
additive Verfahren eignet sich vor allem für
schwer zerspanbare Werkstoffe, etwa
Nickellegierungen“, konstatiert Maier. Dank
seiner Flexibilität empfiehlt sich das Verfahren
insbesondere für die Fertigung von Kleinserien
oder individuell aufgebauten Bauteilen.
Kontakt:
Martina
10.
April 2015
Es geht um neue Designs, neue Bauteile –
denkbar sind Schaufeln für Verdichter und
Turbinen sowie Gehäuse – und neue Werkstoffe.
Im Rahmen des größten europäischen
Technologieprogramms Clean Sky arbeitet die
MTU derzeit an einem additiv gefertigten
Dichtungsträger: Der Innenring mit integralen
Honigwaben soll im Hochdruckverdichter
verbaut und zu einer Gewichtsreduzierung,
einem Hauptziel in der Luftfahrt, beitragen.
Die additive Fertigung der MTU in München
Vollmuth, [email protected], +49 (0) 176 100 17133
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