GTF Backgrounder Vorbereitung

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, das seit Jahrzehnten für Schub am
Himmel sorgt, in die Weltspitze vorgeschoben.
Bei einigen Verfahren ist die MTU weltweit
Technologieführer.
Zu den wichtigsten MTU-Herstellverfahren
gehören:
• Laserformbohren
• Adaptives Fräsen
• Präzises Elektrochemisches Abtragen
• Reibschweißen
• Selektives Laserschmelzen
bohren und Laserstrahlabtragen und ist eine
Schlüsseltechnologie zur Herstellung noch
effizienterer Turbinen. Mit dem Laser werden
Kühlluftlöcher trichterförmig in Lauf- und
Leitschaufeln 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.
Beim GP7000, dem Antrieb des Mega-Airbus
A380, erhöht sich der Wirkungsgrad der
Hochdruckturbine beispielsweise um ein
Prozent – Kraftstoffverbrauch und CO2Emissionen sinken dadurch jeweils ebenfalls um
ein Prozent.
Laserformbohren
Das Laserformbohren haben die Triebwerksspezialisten der MTU entwickelt und besitzen
dafür das Weltpatent. Dieses Verfahren
kombiniert die beiden Einzelverfahren LaserKekse
„Mit unseren Technologien bewegen wir uns
am oberen Leistungsspektrum.“
Richard Maier, Leiter Produktionsentwicklung und
Support bei der MTU Aero Engines in München
Blisk-Herstellung
Blisks
(Blade
Integrated
Disks)
sind
Hochtechnologie-Bauteile, bei denen Scheibe
und Schaufeln aus einem Stück bestehen. Eine
solche Konfiguration verringert Baulänge und
Gewicht. Zum Einsatz kommen Blisks in Niederdruck- und Hochdruckverdichtern militärischer
und ziviler Anwendungen. „Eine Verwendung in
Turbinen wird diskutiert”, erklärt Produktionsexperte Maier. Die MTU ist weltweit einer der
führenden Hersteller dieser Blade Integrated
Disks. In den kommenden Jahren werden es bis
zu 5.000 Exemplare jährlich sein. Um das zu
schaffen, hat die MTU auf dem Münchner
Werksgelände eine neue Halle gebaut, in der das
Kompetenz-zentrum zur Fertigung von TitanBlisks unter-gebracht ist.
5.000 Stück
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-Blisk-Schaufeln werden aus dem Vollen
gefräst. Kleine und mittlere Blisk-Schaufeln aus
Nickel – und somit aus einem schwer zu
bearbeitenden Werkstoff – können mittels
Präzisem Elektrochemischen Abtragen (Precise
Electrochemical Machining = 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.
Kompetenzzentrum für Titan-Blisks in München
Anzahl der Blisks, die
die MTU pro Jahr
fertigen wird
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.
„Elektrochemisches Abtragen ist ein
Standardverfahren und gehört seit langem zu
unserem Fertigungsportfolio. Mit PECM
können wir noch präziser arbeiten.“
Richard Maier, Leiter Produktionsentwicklung und
Support bei der MTU Aero Engines in München
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.
MTU-Reibschweißanlage in München
Das
Reibschweißverfahren
ist
für
Deutschlands führenden Triebwerkshersteller
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.
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 PurePower® PW1100G-JM von Pratt &
Whitney. Maier: „Damit fertigen wir mit
einem der modernsten Verfahren der Welt
Teile für eines der modernsten Triebwerke,
den Getriebefan.“
Additive Fertigung eines Leitschaufelclusters
Boroskopauge, das mittels selektivem
Laserschmelzen hergestellt wurde
Beim SLM-Verfahren 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.
Maier:
„In
Technologieprojekten
und
Technologieprogrammen entwickeln wir das
additive Verfahren mit hoher Priorität weiter.“ Es
geht um neue Designs, neue Bauteile – denkbar
sind Verdichter- und Turbinenschaufeln sowie
Strukturbauteile – 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
beitragen - einem Hauptziel in der Luftfahrt.
Additive Fertigung der MTU in München
Kontakt: Martina Vollmuth, [email protected], +49 (0) 176 100 17133