23.05.2013, 13:59 Uhr | 0 |

Produktion Innovationscluster stärkt nachhaltige Produktion

Es ist ein "grünes" Fertigungsnetzwerk mit Signalwirkung: Die Rede ist vom Innovationscluster "Adaptive Produktion für Ressourceneffizienz in Energie und Mobilität" (Adam), mit dem 21 Industriepartner gemeinsam die Ressourceneffizienz in Energieversorgung und Mobilität durch neue Technologien und Konzepte verbessern wollen.

Fertigung von Turbinenschaufeln
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Ressourcenschonende Fertigung und Instandsetzung von Turbinenschaufeln – im Bild der lasergestützte Aufbau von Blisks (Blade Integrated Disks): Auf eine Scheibe werden mithilfe einer Pulverzuführdüse schichtweise Nickel- oder Titanbasislegierungen dort aufgetragen, wo Schaufeln entstehen sollen.

Foto: ILT

Für Nachhaltigkeit spricht, dass die rot-grüne Landesregierung von Nordrhein-Westfalen das Projekt unterstützt. Begründung des grünen Politikers Johannes Remmel, Minister für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz: "Die nächsten Jahre sollten wir auch nutzen, die Potenziale zur Verbesserung des Bestehenden auszuschöpfen."

Ziel des geplanten Großprojekts ist es, neue Turbomaschinenkonzepte und Designs von Komponenten technisch umzusetzen, um so messbar CO2-Emissionen zu senken und den Wirkungsgrad der Energiewandlung zu erhöhen. Die Ressourceneffizienz wird dabei erstmals über die gesamte Lebensdauer des jeweiligen Produkts bewertet – von der Herstellung über den Betrieb bis zur Reparatur.

Der Innovationscluster soll über drei Jahre mit insgesamt 10 Mio. € vom Land Nordrhein-Westfalen, der Fraunhofer-Gesellschaft und durch die beteiligten Unternehmen gefördert werden. Partner im Innovationscluster sind außer den Aachener Fraunhofer-Instituten für Produktionstechnologie IPT und für Lasertechnik ILT unter anderem: Monforts Werkzeugmaschinen, BorgWarner Turbo Systems, Leistritz Turbinentechnik, MAN Diesel & Turbo, MTU Aero Engines, Okuma Europe, Reis, Rofin-Sinar Laser, Rolls-Royce, Siemens Energy, Trumpf Laser- und Systemtechnik.

Weltweit steigender Bedarf an Gasturbinen

Als Motivation für die Teilnahme nannte Nicolas Vortmeyer, Chief Technology Officer (CTO) der Fossil Power Generation bei Siemens in Erlangen, den weltweiten steigenden Bedarf an effizienten Gasturbinen mit sehr hohem Wirkungsgrad. Hier sei die Fertigung in einem ganz besonderen Maße gefordert, so Vortmeyer kürzlich auf "2. International Conference on Turbomachinery Manufacturing" in Aachen: "Ich glaube, dass nun aus dem Bereich der ‚Advanced Manufacturing Technologies‘ Möglichkeiten erwachsen, die unsere ganze Art und Weise der Turbomaschineninnovation revolutionieren werden."

Bei Gesprächen mit seinen Experten für "Additive Manufacturing", dem schichtweisen Aufbau von Bauteilen mit dem Laser, höre er nun plötzlich interessante Fragen wie: "Welche Kühlkanäle hätten Sie denn gern – in welcher Form und auf wie viel µm exakt?" Nun könne der Konstrukteur beispielsweise bei der Schaufelkühlung komplexe Formen und Geometrien berücksichtigen, die sich früher wegen der Beschränkungen in der Gusstechnik nie realisieren ließen.

Vortmeyer: "In einer nicht mehr allzu fernen Zukunft kann man Gasturbinenschaufeln in einem Stück mit ‚Selective Laser Melting‘ (SLM) aufbauen." Es würde aber auch schon ausreichen, nur den Gusskern mit dem schichtweisen Laseraufbau herzustellen und die Struktur konventionell zu gießen. Doch das sei schon ein enormer Fortschritt, weil Siemens dann statt bisher nur eines Prototypen nun pro Jahr zum Testen 20 verschiedene Versionen herstellen könne.

"Mit SLM kann ich über Nacht Teile mit komplexen Geometrien herstellen und damit schon erste Strömungsversuche machen, um den Heat-Transfer zu verbessern", betonte das Vorstandsmitglied. Außerdem ließen sich die Techniken des Additive Manufacturing mit bestehenden Verfahren wie Laserauftragsschweißen kombinieren. Ein wirklicher Innovationssprung bei den Turbinenmaschinen könne daher eigentlich nur aus dem Gebiet des Additive Manufacturing kommen. "Dazu müssten die Fertigungstechniker mit Materialentwicklern und den Turbinendesignern interdisziplinär zusammenarbeiten", so Vortmeyer.

Verbrauch von Triebwerken soll um 35 % sinken

Ehrgeizige Ziele verfolgt auch ein anderer Adam-Teilnehmer, der Turbinen für Flugzeuge baut. MTU Aero Engines aus München will mit ihren Entwicklungen den Verbrauch von Triebwerken bis 2035 um mehr als 35 % senken. Als Zukunftstechnologie auf dem Weg dahin sieht Erich Steinhardt, Senior Vice President Technology, das "Additive Manufacturing" (AM) an, das seiner Ansicht nicht nur zur Blisk-Reparatur (Blade Integrated Disk), sondern auch für die Serienproduktion von etwa 30 % aller Teile eines Triebwerks infrage komme. MTU stellt bereits erste Teile für Versuchsträger und Entwicklungsantriebe her. "Wir betreten hier vor allem Neuland bei der Zulassung derartig generativ hergestellter Bauteile", so der MTU-Manager. Wichtige Herausforderung sei die Prozessstabilität, um eine gleichbleibende Material- und Oberflächenqualität zu erhalten."

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Von Nikolaus Fecht | Präsentiert von VDI Logo
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