MTU und Fraunhofer-IPT gründen „Technikum Blisk“

Während sich die aktuelle PW1000G-Triebwerks­generation noch im Hochlauf befindet, startet die MTU im „Technikum Blisk“ bereits die Blisk-Proto­typen­entwicklung für die zweite GTF-Generation.

02.2018 | Autor: Thorsten Rienth

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Thorsten Rienth schreibt als freier Journalist für den AEROREPORT. Seine technik­journalistischen Schwerpunkte liegen neben der Luft- und Raumfahrt­branche im Bahn­verkehr und dem Transportwesen.

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.“

Die Blisk-Prototypen beim Fraunhofer-IPT in Aachen werden auf der gleichen Fünfachs-Fräs­maschine gefertigt wie die Serienbauteile bei der MTU in München. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Die Blisk-Prototypen beim Fraunhofer-IPT in Aachen werden auf der gleichen Fünfachs-Fräs­maschine gefertigt wie die Serienbauteile bei der MTU in München.

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Die Blisk-Prototypen beim Fraunhofer-IPT in Aachen werden auf der gleichen Fünfachs-Fräs­maschine gefertigt wie die Serienbauteile bei der MTU in München.

Um ein vielfaches genauer als das menschliche Auge prüft die Messsonde die Oberfläche der Blisk. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Um ein vielfaches genauer als das menschliche Auge prüft die Messsonde die Oberfläche der Blisk.

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Um ein vielfaches genauer als das menschliche Auge prüft die Messsonde die Oberfläche der Blisk.

Kilian Fricke (links) und Willi Tontsch vom Fraunhofer-IPT bei der Programmierung der Fünfachs-Fräsma­schine, auf der die Blisks bearbeitet werden Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Kilian Fricke (links) und Willi Tontsch vom Fraunhofer-IPT bei der Programmierung der Fünfachs-Fräsma­schine, auf der die Blisks bearbeitet werden

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Kilian Fricke (links) und Willi Tontsch vom Fraunhofer-IPT bei der Programmierung der Fünfachs-Fräsma­schine, auf der die Blisks bearbeitet werden

Eine Serienblisk für das PW1100G-JM,das seit 2017 im Linien­dienst fliegt. Die Blisk-Pro­totypen, die ab jetzt in Aachen gefertigt werden, werden vielleicht in den nächsten Triebwerks­generationen in Serie gehen. Fahren Sie über das Bild für eine größere Ansicht

Eine Serienblisk für das PW1100G-JM,das seit 2017 im Linien­dienst fliegt. Die Blisk-Pro­totypen, die ab jetzt in Aachen gefertigt werden, werden vielleicht in den nächsten Triebwerks­generationen in Serie gehen.

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Eine Serienblisk für das PW1100G-JM,das seit 2017 im Linien­dienst fliegt. Die Blisk-Pro­totypen, die ab jetzt in Aachen gefertigt werden, werden vielleicht in den nächsten Triebwerks­generationen in Serie gehen.

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.

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Technikum Blisk

Während die MTU für Design und Auslegung der Bau­teile zuständig ist, beschäftigt sich das Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie (IPT) in Aachen mit der Frage, wie sich die neuen Blisks am besten produzieren lassen. Zum Video ...

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.

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