Wärmemanagement und additive Fertigung Intelligenter, leichter und nachhaltiger fliegen

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Das Ziel, Netto-Null-Emissionen zu erreichen, treibt die Luft- und Raumfahrt voran – von Antriebssystemen und Energiequellen bis hin zu den Materialien und Methoden für Flugzeugbau. Wo die Branche um die Dekarbonisierung wetteifert, hat sich die additive Fertigung (AM) als transformative Technologie herausgestellt, etwa beim Wärmemanagement.

Bei Conflux Technology sieht man additive Fertigung nicht nur als eine neue Methode zur Herstellung von Komponenten, sondern als einen grundlegenden Wegbereiter für intelligentere, leichtere und nachhaltigere Flüge. Die Arbeit des Unternehmens im Rahmen mehrerer Kooperationen – darunter Projekte mit Airbus, dem TheMa4HERA-Konsortium von Honeywell und AMSL Aero allein im letzten Jahr – zeigt, wie sich entsprechende Verfahren einsetzen lassen, um eine der größten technischen Hürden der Luft- und Raumfahrt für mehr Nachhaltigkeit zu überwinden: das Wärmemanagement.

Wärmemanagement – wichtig für eine nachhaltige Luftfahrt

Unabhängig davon, ob sie mit Wasserstoff-Brennstoffzellen, Hybrid-Elektrosystemen, nachhaltigem Flugkraftstoff oder Batteriepacks angetrieben werden, erzeugen Flugzeuge der nächsten Generation erhebliche Mengen an Wärme. Diese Wärme sicher und effizient zu managen, ohne unnötiges Gewicht oder Komplexität hinzuzufügen, ist eine Aufgabe, die sich direkt auf die Rentabilität einer nachhaltigen Luftfahrt auswirkt.

Ein effektives Wärmemanagement ist zentral, da übermäßige Wärme sowohl die Leistung als auch die Sicherheit beeinträchtigen kann. In Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen kann Überhitzung die Effizienz verringern und die Lebensdauer der Komponenten verkürzen, während in Batterie- oder Hybrid-Elektrokonfigurationen unkontrollierte Wärme zu einer verringerten Energiedichte, einer schnelleren Degradation oder sogar zu Sicherheitsrisiken führen kann. Herkömmliche Wärmetauscher sind oft durch konstruktive Einschränkungen begrenzt, was Kompromisse zwischen Gewicht, Größe und thermischer Leistung zur Folge hat. Die additive Fertigung überwindet diese Einschränkungen und ermöglicht komplexe Geometrien und optimierte Strömungswege. Diese sorgen für eine effiziente Kühlung, ohne Gewicht oder Komplexität hinzuzufügen.

Additiv gefertigt: Leichte, leistungsfähige Wärmetauscher

Diese Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung macht einen entscheidenden Unterschied. Mit entsprechenden Herstellungsverfahren lassen sich leichte, leistungsstarke Wärmetauscher herstellen, die mit herkömmlichen Methoden nicht zu produzieren wären. Conflux kann zudem sehr dünne Wände erzielen und für jedes Teil maßgeschneiderte Entpulverungsstrategien anwenden – und somit die Technologie bis an ihre Grenzen ausreizen. Das resultiert in Komponenten, die präzise für die Betriebsbedingungen jedes Systems optimierbar sind. Thermische Effizienz und Wärmeübertragung werden maximiert und gleichzeitig sinkt der Materialverbrauch.

Im Wesentlichen ermöglicht den Ingenieuren, auf Leistung statt auf Prozesse zu achten; und das ist zentral für die Weiterentwicklung der Technologien, die einen saubereren Flugverkehr ermöglichen.

Von Wasserstoff zu Hybrid: Zusammenarbeit in Aktion

Die Kooperationen von Conflux veranschaulichen, wie additive Fertigung realen Nachhaltigkeitsherausforderungen im Luft- und Raumfahrtbereich begegnet.

Gemeinsam mit Airbus entwickelt das Unternehmen Wärmetauscher für das ZEROe-Programm. Diese weisen komplexe interne Kanäle auf, optimiert für die Kühlung von Wasserstoff-Brennstoffzellen. Diese nur mit additiver Fertigung realisierbaren Geometrien, erlauben eine effiziente Wärmeübertragung bei minimalem Gewicht. Im Rahmen des TheMa4HERA-Konsortiums entwickelt Conflux skalierbare Wärmetauscher für hybrid-elektrische Regionalflugzeuge und stellt gleichzeitig gemeinsame Erkenntnisse von 28 Partnern aus ganz Europa bereit, um die Energieeffizienz zu maximieren und den Materialverbrauch zu minimieren.

Optimiertes Kühlsystem für Wasserstoff-Brennstoffzellen

Die Partnerschaft mit AMSL Aero bringt diese Prinzipien in die regionale Luftmobilität ein. In Zusammenarbeit entsteht hier ein optimiertes Kühlsystem für Wasserstoff-Brennstoffzellen für Vertiia, das emissionsfreie Langstrecken-VTOL-Flugzeug von AMSL. Die von Conflux entwickelten Wärmetauscher bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Gewicht, Volumen und aerodynamischer Leistung. Sie ermöglichen Flugstrecken von bis zu 1‘000 Kilometern – eine beispiellose Reichweite für ein wasserstoffelektrisches VTOL-Flugzeug.

Jedes dieser Projekte unterstreicht eine gemeinsame Vision: dass Innovation durch Zusammenarbeit für die Schaffung eines nachhaltigen Luftfahrt-Ökosystems unerlässlich ist.

Nachhaltigkeit über den Antrieb hinaus

Während das Wärmemanagement das Geschäftsfeld von Conflux ist, geht das Nachhaltigkeitspotenzial der additiven Fertigung über einzelne Komponenten hinaus. AM ermöglicht eine lokalisierte Produktion, weniger Materialabfall und kürzere Lieferketten – zentrale Faktoren für einen kleinen ökologischen Fußabdruck bei der Entwicklung von Flugzeugen. Außerdem unterstützt es schnelle Iterationen und digitale Validierungen, sodass sich bessere Designs schneller testen und verfeinern lassen, ohne dass es kostspielige Werkzeuge oder überschüssiges Material dazu braucht.

Ein Beitrag zur Kreislaufwirtschaft

Über die Effizienz hinaus kann AM zur Kreislaufwirtschaft beitragen: Teile lassen sich wiederaufbereiten, reparieren oder neu konstruieren, ohne dass ganze Baugruppen entsorgt werden müssen. Ihre Nutzungsdauer verlängert das, und der Ressourcenverbrauch reduziert sich. Die lokalisierte Produktion auf Abruf senkt nicht nur die CO2-Emissionen durch den Transport, sie stärkt vielmehr auch die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette und macht die Flugzeugentwicklung anpassungsfähiger und nachhaltiger. Wirtschaftlich gesehen können schnellere Iterationen und weniger Abfall die Kosten für Hersteller und Betreiber senken. Somit können sie ein Modell schaffen, in dem sich Umweltverantwortung und Wirtschaftlichkeit gegenseitig verstärken.

Das Ergebnis ist ein neues Fertigungsparadigma, in dem Leistung, Effizienz und Nachhaltigkeit nicht mehr konkurrierende Prioritäten sind, sondern Teil desselben Designprozesses.

Fazit und Ausblick

Während Luft- und Raumfahrtunternehmen weltweit ihre Nachhaltigkeitsziele für 2030 und 2050 beschleunigt verfolgen, erweist sich die additive Fertigung als mehr als nur ein technischer Vorteil – sie ist ein strategischer Vorteil.

Das Wärmemanagement ist vielleicht eine der größten Herausforderungen für eine nachhaltige Luftfahrt, aber auch eine der lohnendsten. Jeder Durchbruch bringt die Branche einen Schritt näher an eine sauberere, effizientere und vernetztere Zukunft für den Flugverkehr. Neue Möglichkeiten für Wasserstoff-, Hybrid-Elektro- und andere Antriebssysteme der nächsten Generation entstehen, die unsere Art zu reisen neu definieren werden.

Weitere Informationen: https://www.confluxtechnology.com/

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