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Das Fraunhofer IPT erforscht und entwickelt im Geschäftsfeld »Turbomaschinen« Technologien zur Herstellung und Reparatur von Komponenten des Turbomaschinenbaus für die Luftfahrt, die Energie- und Automobil- sowie Öl- und Gasindustrie. Geschäftsfeldleiter Daniel Heinen erläutert, welche technologischen Entwicklungen in den kommenden Jahren besonderes Augenmerk verlangen.

Welches sind heute die wichtigsten technologischen Herausforderungen der Turbomaschinenbranche?

Höhere Effizienz und niedrigere Emissionswerte sind die zentralen Ziele bei der Entwicklung moderner Turbomaschinen. Hier leistet der Einsatz hochwarmfester Werkstoffe, komplexer, oft dünnwandiger Geometrien und integrierter Komponenten einen starken Beitrag. Die Herstellung verlangt deshalb gleichermaßen dynamische wie stabile Prozesse, um eine hohe Oberflächenqualität in akzeptabler Fertigungszeit zu erzielen. Die Herausforderungen liegen dabei in einer schnellen und standardisierten Auslegung unterschiedlicher Prozessketten zur Fertigung der Einzelkomponenten und in der Prozessoptimierung anhand leistungsfähiger Modelle und Softwaretools. Mit unseren speziellen Kenntnissen können wir die Unternehmen der Branche in allen Belangen unterstützen: vom Umgang mit den eingesetzten Werkstoffen über die Auslegung und Charakterisierung hochdynamischer Werkzeugmaschinen, dämpfender Spannsysteme und optischer Messtechnik bis hin zur Simulation und Modellierung der Einzeltechnologien, -prozesse und Prozessketten.

Wie können Unternehmen des Turbomaschinenbaus durch die Vernetzung von Technologie- und Prozesswissen profitieren?

Neue Sensoren, mit denen die realen Geometrien erfasst werden, aber auch umfangreiche Simulationen der Fertigungsprozesse erzeugen bei komplexen Werkstücken des Turbomaschinenbaus riesige Datenmengen. Diese gilt es zu verarbeiten und entlang der gesamten Prozesskette immer wieder abzugleichen. Datendurchgängigkeit und -konsistenz sind deshalb wichtige Entwicklungsziele, um anpassungsfähige, robuste Prozesse zu erhalten. Das Fraunhofer IPT verfügt hier über ein hohes Maß an Erfahrung aus zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten und über eine enorme Methodenkompetenz, sowohl auf der Ebene der Manufacturing-Execution -Systeme (MES) als auch auf der Ebene der CAx-Systeme. Indem wir für unterschiedlichste Produkte durchgängige Datenketten über den gesamten Lebenszyklus sicherstellen, können wir die damit verbundenen Prozesse und Technologien zur Fertigung und Reparatur maximal flexibel anwenden.

Wie wirkt sich eine höhere Online-/Offline-Adaptivität von Prozessen und Prozessketten auf den Turbomaschinenbau aus?

Wir arbeiten am Fraunhofer IPT an neuen Methoden der Modellmanipulation im CAD, beispielsweise durch Morphing der Modellflächen oder protokollieren alle Bauteilgeometrieänderungen während des gesamten Lebenszyklus mit Hilfe eines »Digital Twin«. Durch die Kopplung von Modellen und Simulationen in der CAx-Umgebung sowie maschinenintegrierte Messtechnik sowie die Rückführung der Messdaten in die Prozessplanung und damit in den laufenden Fertigungsprozess gelingt es uns, die Fertigung von Turbomaschinenkomponenten immer weiter zu optimieren – und den Unternehmen Zeit und Kosten zu sparen. Adaptive Spannsysteme und eigens für die speziellen Bedürfnisse der Turbomaschinenbranche ausgelegte Regelungssysteme tragen dazu bei, dass selbst bei den meist schwer zu bearbeitenden Werkstoffen und komplexen Geometrien höchste Ansprüche an die Sicherheit der fertigen Komponenten erfüllt werden können.