MTU und Fraunhofer-IPT gründen „Technikum Blisk“

Was Dr. Sascha Gierlings da aus der Maschine hievt, sieht irgend­wie anders aus. Silbrig glänzend wie ein Schmuck­stück ist der Blisk-Proto­typ noch immer. Doch seine Schaufeln scheinen schlanker. Der Ein­druck täuscht nicht: „Der Trend bei den Blisks für die nächste GTF-Trieb­werks­gene­ration geht genau in diese Richtung.“

Um das Jahr 2030 herum könnten sie die Nach­folger von Airbus A320neo oder C Series antreiben. Designt und ausgelegt sind die Bauteile nach wie vor von den MTU-Entwicklern. Gierlings beschäftigt sich beim Fraunhofer-Insti­tut für Produktions­technologie (IPT) in Aachen mit der weiter­führenden Frage, wie sich die neuen Blisks am besten produzieren lassen.

„Die Architektur moderner Verdichter macht bei den Schaufeln neue Designs nötig, das konnten wir in Rechen­modellen bereits aufzeigen“, erklärt Dr. Bertram Kopperger. Der Entwickler leitet bei der MTU Aero Engines in München das Fertigungs-Techno­logie­programm und ist der Auftrag­geber des speziell hierfür qualifizierten „Technikums Blisk“ am IPT. „Um das Potenzial dieser Design­opti­mierungen auch für die Praxis nachzuweisen, müssen wir Proto­typen in einem Rig verbauen – und eine Menge Tests fahren.“

Diese Prototypen herzustellen, ist aufwändig. „Ihr Design ist ganz individuell, jede dieser Blisks ist ein Einzelteil“, erklärt Kopperger. „Zwar haben wir in München unsere Blisk-Fertigungs­kapa­zitäten enorm in die Höhe geschraubt.“ Doch die gesamte Halle ist auf Automati­sierung getrimmt und Unter­brechungen sind möglichst zu vermeiden. Zusätzlich eingelastete Proto­typen würden die Abläufe in der Blisk­fertigung für die aktuelle PW1000G-Familie daher erschweren. Die MTU, so sieht es die „Technikum-Blisk“-Koope­ration vor, lässt Blisk-Proto­typen deshalb künftig vermehrt beim IPT in Aachen fertigen. Das entlastet die Serien­fertigung in München.

Echte anwendungsnahe Forschung

Gleichzeitig erfordern immer ausgereiftere Trieb­werke immer anspruchs­vollere Fertigungs­verfahren. „Für uns wiederum bedeuten die Proto­typen echte anwendungs­nahe Forschung“, beschreibt IPT-Geschäfts­führer Dr. Thomas Bergs die Motivation des Instituts. „Es ist essenziell, dass wir unsere theo­retischen Modelle in praxisnaher Umgebung verifizieren können.“

Schlankere Schaufeln bedeuten weniger Steifig­keit – sie schwingen also leichter. Werkzeuge jedoch verursachen bei der Fertigung unbeab­sichtigt Schwingungen, die sich ungünstig auf die Qualität auswirken könnten. Die Beherrschung der Schwingungen ist eine echte Heraus­forderung. Den Ansatz, den das Team um Gierlings gerade erforscht, sieht vereinfacht beschrieben so aus: Über die Werkzeug- und Positions­daten sowie einer Schwingungs­situations­analyse können die Forscher die Aus­wirkungen der Werk­zeuge auf die gesamte Bauteil­oberfläche voraus­berechnen. Über die Steuerungs­software passen sie die Prozess­para­meter nun so an, dass Schwingungen redu­ziert oder sogar gänzlich vermieden werden. „Zum Beispiel, indem wir die Fräser an neural­gischen Stellen mit ganz bestimmten Dreh­zahlen laufen lassen“, sagt Gierlings.

Vier Blisk-Prototypen im Jahr

Bergs, Gierlings und Kopperger kennen sich mitt­lerweile bestens. Seit zehn Jahren arbeiten die MTU und das IPT im Kompetenz­zentrum „Verdichter und Fertigung“ zusammen. Die Fertigung von anspruchsvollen Triebwerks­bauteilen steht dabei im Vorder­grund, und zwar werkstoff-, prozess- und maschinenseitig. „Damals sind wir mit der Beschaffung baugleicher Maschinen, die genauso bei der MTU in München stehen, den ersten strategischen Schritt gegangen“, erklärt Geschäfts­führer Bergs. Jetzt zahlt sich diese Weitsicht aus.

Aus diesen Maschinen kommt nun auch der erste Blisk-Prototyp in Gierlings Händen. Dieser Tage ist die Blisk auf dem Weg zur Technischen Uni­versität Darmstadt. Dort wird sie in ein Test-Rig verbaut. „Das ist aber nur der Anfang“, sagt Bergs. Etwa vier Blisk-Proto­­typen wird das „Technikum“ im Jahres­mittel an die MTU liefern.