Werkstoffe: Clausthaler Werkstoffkundler erforschen Flugzeugturbine der Zukunft

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Je leichter ein Flugzeug ist, desto weniger Treibstoff benötigt es und desto ressourcenschonender kann es eingesetzt werden. Forscher am Clausthaler Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik (IWW) entwickeln deshalb in den kommenden dreieinhalb Jahren zusammen mit renommierten Partnern neue Leichtbaukonzepte für Flugzeugturbinen.


In dem Gemeinschaftsprojekt mit einem Gesamtvolumen von rund vier Millionen Euro fließen allein 763.000 Euro an das Institut der TU Clausthal, das von Professor Lothar Wagner geleitet wird. Gefördert wird das Vorhaben durch das Bundesforschungsministerium über das Programm „Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft“. Die Projektpartner sind Rolls-Royce Deutschland, ThyssenKrupp VDM, die Otto Fuchs KG, die Dyconn GmbH sowie die Universität Erlangen-Nürnberg.

„Dieses Projekt passt wunderbar ins Clausthaler Zentrum für Materialtechnik“, unterstreicht Professor Wagner, der Vorstandsmitglied im CZM ist, mit Blick auf den gerade entstehenden Forschungsneubau im Campusgebiet Feldgraben.

Was genau haben die Wissenschaftler vor? Im Verdichter eines Flugzeugtriebwerks werden vorwiegend Titanlegierungen eingesetzt. Grundsätzlich sind die Schaufeln anderen Belastungen ausgesetzt als die zugehörigen Scheiben. Deshalb ist es sinnvoll, verschiedene Titanlegierungen, die über unterschiedliche Eigenschaften verfügen, zu kombinieren. Hierzu sind innovative Fügetechnologien erforderlich. Im geplanten Forschungsvorhaben soll dazu das Multiorbital-Reibschweißen erprobt und weiterentwickelt werden.

„Bei den Bauteilen der Zukunft ist ein Materialmix gefragt, der an kritischen Stellen den jeweils geeigneten Werkstoff vorhält“, sagt Professor Wagner. Neueste, hitzebeständige Titanlegierungen könnten zukünftig in einigen Bereichen sogar die hochtemperaturstabileren, aber wesentlich schwereren Nickellegierungen ersetzen. „Durch den Einsatz von multiorbital-reibgeschweißten Werkstoffpaarungen auf Titan- sowie Nickelbasis soll auch eine spürbare Kostenreduktion im Triebwerksbau gegenüber der bisherigen Fertigung realisiert werden“, führt Professor Wagner aus. Die neue Herangehensweise in der Fertigung ermöglicht zudem den Einsatz innovativer Kühlkonzepte für die Turbine, wodurch die Effizienz des Triebwerks erhöht wird. Mehr Effizienz bedeutet zugleich weniger Kerosinverbrauch.

Um die geplanten Fügeversuche an den Mischverbindungen aus verschiedenen Titan- und Nickellegierungen vorantreiben zu können, erhält das TU-Institut eine Multiorbital-Reibschweißanlage. Diese hochmoderne Anlage wird zunächst im Hochschulgebiet Tannenhöhe aufgestellt. Später, wenn der Neubau fertiggestellt ist, kommt die Anlage ins CZM, damit sie vielfältig genutzt werden kann. Für die Dauer des neuen Forschungsprojektes können außerdem zwei wissenschaftliche Mitarbeiter, ein Techniker und ein Feinwerkmechaniker beschäftigt werden, so Titan-Experte Wagner. Der Clausthaler Professor leitet den Fachausschuss „Titan“ der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) und ist deutscher Vertreter im Organisationskomitee der „World Conferences on Titanium“.


Bild: Woraus besteht das Flugzeugtriebwerk von morgen? Dieser Frage gehen Professor Lothar Wagner (kl. Bild) und seine Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik nach. (Grafik: Rolls-Royce)

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