Eine intelligentes innovatives Ventil für mehr Sicherheit im Luftverkehr
Die ökologischen und sozialen Auswirkungen des Luftfahrtsektors zu verringern, ist nicht bloß eine Frage effizienterer Triebwerke. Vielmehr muss jeder einzelne Aspekt der Luftfahrt neu betrachtet werden. Das gilt auch für den Einsatz giftiger Chemikalien in verschiedenen Anwendungen. So werden in Feuerlöschern für Luftfahrzeuge zum Beispiel traditionell Halogenkohlenwasserstoffe verwendet. Ihre Dämpfe sind jedoch giftig und die verwendeten Chemikalien ozonschädlich. Halon-Feuerlöscher durch eine sichere, grünere Alternative zu ersetzen, ist für die Branche daher zur Priorität geworden.
Explosionsfähige Gemische schon im Ansatz verhindern
Das EU-finanzierte Projekt VISTAC bezweckte die Förderung einer neuen Technologie zur Produktion von Inertgasen, die in der Lage sind, die Bildung von explosionsfähigen Gemischen im Treibstofftank zu verhindern. Konkret befasste sich das Projekt mit dem bestehenden Bedarf an Ventilen zur Steuerung von Gasströmen. „Solche Ventile sind für die Luftfahrtindustrie nur dann wirtschaftlich tragbar und skalierbar, wenn sie zuverlässig, kostengünstig und leichtgewichtig sind und einen kleinen CO2-Fußabdruck haben“, erklärt die Koordinatorin des Projekts VISTAC, Cynthia Rawyler von Equip’Aero Technique in Frankreich. Das Projekt beabsichtigte die Konstruktion eines Ventils zur Verwendung in halonfreien Feuerlöschsystemen der nächsten Generation, die als Inertgas-Erzeugungssysteme oder On Board Inert Gas Generation Systems (OBIGGS) bezeichnet werden. Ihre Funktionsweise beruht darauf, dass sie Inertgase in den Treibstofftank und den Laderaum einlassen, um die Brandausbreitung zu verhindern. Inertgase verdrängen Sauerstoff aus möglichen Gefahrenbereichen. „Zur Regulierung eines OBIGGS wird ein Multipositionsventil benötigt, das genau die richtige Menge an stickstoffangereicherter Luft durchlässt, um den Treibstofftank oder den Laderaum zu inertisieren“, ergänzt Rawyler.
Formgedächtnislegierungen in Aktion
Das Ventil wurde für den Betrieb durch einen Aktor mit Drähten aus einer Formgedächtnislegierung ausgelegt. Formgedächtnislegierungen sind intelligente Werkstoffe, die ihre Eigenschaften bzw. ihr Verhalten bei Einwirkung eines äußeren Reizes verändern. Die elektromechanischen Aktoren, die im Projekt VISTAG zum Einsatz kamen, wurden thermisch aktiviert. „Das bedeutet, dass Wärme in mechanische Kraft umgewandelt wird“, merkt Rawyler an. „Durch diese Technik konnten wir die Anzahl der nötigen Komponenten für den Aktor reduzieren und so eine leichtere, schlankere Konstruktion mit weniger Bauteilen und mehr Zuverlässigkeit erreichen.“ Das Ventil wurde um diesen neuen Aktor herum entwickelt. Die aus Formgedächtnislegierung bestehenden Drähte wurden in repräsentativen Umgebungen, beispielsweise unter heißen und kalten Bedingungen, sowie bei Vibrationen und Stößen erprobt. „Auch das Fließverhalten wurde charakterisiert“, so Rawyler. „Dadurch konnten wir besser erkennen, wie sich das Ventil für verschiedene Durchflussmengen öffnen und schließen müsste.“
Skalierbarkeit auf weitere Branchen
Der Erfolg des Projekts könnte dazu führen, dass elektromechanische Aktoren für OBIGGS künftig durch einen günstigeren und einfacheren Aktor auf Formgedächtnislegierungsbasis ersetzt werden könnten. Rawyler und Team konnten durch das Projekt zudem ihr Verständnis von Formgedächtnislegierungsaktoren ausweiten, was sich von der Konzipierung und Konstruktion bis hin zur Fertigung und der Integration in ein funktionsfähiges Ventilsystem erstreckte. „Der skalierbare Aufbau bedeutet, dass die von uns entwickelte Aktortechnologie auch auf andere Industrieanwendungen anpassbar sein könnte“, fügt sie hinzu. „Das schließt nicht nur den Luftfahrtsektor ein, sondern auch andere Branchen, in denen Aktorventile ebenfalls genutzt werden, wie die Lebensmittelindustrie und die Pharmazie.“ Es sind noch weitere Tests und Studien erforderlich, um die Leistungsfähigkeit und das Potenzial dieser Innovation umfassend zu bewerten. „Diese Technologie wird in einem weiteren Projekt zur Reife gebracht werden“, sagt Rawyler.
Schlüsselbegriffe
VISTAC, Flugzeug, Treibstoff, Flugverkehr, Chemikalien, Luftfahrt, Formgedächtnislegierung, Legierung, elektromechanisch
