Optimierte Verarbeitungstechniken für Triebwerkswellen von Flugzeugen dank intelligenten Werkzeugsystems
Eine der wichtigsten Änderungen an Triebwerkskonfiguration und -betrieb ist der Einbau eines Getriebes, um das Gebläse des Triebwerks und die Turbinenrotation zu entkoppeln und den Hauptwellendurchmesser zu minimieren. Dies bringt neue Anforderungen an Turbinen mit höheren Drehzahlen und einer höheren Drehmomentdichte mit sich. Folglich werden neue Anforderungen hinsichtlich der Größe und Form der Hauptturbinenwelle geschaffen. Daraus ergeben sich wiederum neue Herausforderungen für vorhandene Fertigungstechnologien, vor allem für die Innengeometrie der flaschenförmigen Welle, wenn es um Wellen mit einem hohen Längen-Durchmesser-Verhältnis geht. „Wir haben ein neues, intelligentes und leistungsstarkes Werkzeugsystem entwickelt, mit dem sich in Zukunft Triebwerkswellen mit der erforderlichen Präzision und Qualität fertigen lassen“, so Oscar Gonzalo, Koordinator des EU-finanzierten Projekts BBT.
Behutsamer Ausgleich der Werkzeugleistung und -komplexität
Zur Herstellung flaschenförmiger Bohrwellen haben die Projektpartner eine Bohrstange sowie zugehörige Bewegungs-, Sensor- und Steuerungssubsysteme entwickelt. Für die Subsysteme und das Design der Bohrstangen wählten sie geeignete Technologien aus. Das BBT-Team integrierte die verschiedenen Subsysteme in die Bohrstange, bevor das Werkzeugkonzept getestet wurde. „Das war eine Herausforderung, da die vielen Subsysteme in das Werkzeugdesign integriert werden mussten und der Platz begrenzt war“, erklärt Gonzalo. Damit die Bohrstange und die wichtigsten Subsysteme kommerziell genutzt werden können, sollen Patente angemeldet werden. Die Bohrstange bearbeitet flaschenförmige Hohlwellen an Triebwerken, um den Herstellungsprozess besser zu steuern und die Endqualität der Komponenten zu verbessern. Das für das Werkzeug angewandte Herstellungsverfahren umfasst mehrere Subsysteme, mit denen die Wellenbearbeitung korrekt ausgeführt und elektromechanische Antriebe für die Bewegung eingebunden werden können. Es ist auch mit intelligenten Komponenten samt Sensoren ausgestattet, mit denen sich die Vibration, Oberflächengüte und Form der Bearbeitungsspäne überwachen lassen. „Durch die Integration dieser Systeme werden sich die Fertigungskapazität steigern und Prozesse optimieren lassen“, merkt Gonzalo an. „Das wird auch zur Entwicklung von Technologien im Rahmen von Industrie 4.0 beitragen.“
Triebwerke der Zukunft, die sauber, umweltfreundlich und effizient sind
Nach den Vorgaben des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der EU muss der Luftfahrtsektor für intelligenten, umweltfreundlichen und integrierten Verkehr sorgen. Als Teil der Vision der EU für den Luftverkehr und des gemeinsamen Unternehmens Clean Sky 2, das BBT kofinanziert, hat die Branche außerdem den CO2-Anteil, die Treibhausgasemissionen und den Lärmpegel zu reduzieren. „Letztendlich wird BBT die Auswirkungen des Luftverkehrs auf die Umwelt reduzieren sowie die Herstellungsverfahren durch Triebwerke der nächsten Generation optimieren“, so Gonzalo abschließend. Die intelligente Bohrstange wird eine Herstellung von Turbinenwellen mit den erforderlichen Spezifikationen für Flugzeugtriebwerke der Zukunft ermöglichen und somit zu einer Verbesserung der Verfahrenseffizienz beitragen. „Die Endnutzerschaft wird die Leistung ihrer Herstellungsverfahren steigern können, was zu einer höheren Effizienz, geringeren Durchlaufzeit und Kosteneinsparungen führen wird.“
Schlüsselbegriffe
BBT, Welle, Triebwerk, Bohrstange, Triebwerkswelle, Turbinenwelle, flaschenförmige Bohrwelle
