Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »NEXT«
Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen in der Luftfahrt
Die Forschungs- und Innovationsstrategie »Flightpath 2050« von EU-Kommission sowie Luft- und Raumfahrtindustrie fordert stark reduzierte Treibhausgas-Emissionen. Aufgrund seiner geringen Dichte und sehr guten thermischen und mechanischen Eigenschaften wurde Titanaluminid (TiAl) als Schlüsselwerkstoff identifiziert, um Triebwerke deutlich leichter zu machen und so diese ehrgeizigen Ziele zu erreichen. Die Verarbeitung des Werkstoffes ist allerdings aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften schwierig. Die Herstellung von Turbinenschaufeln aus TiAl geht derzeit mit einem großen Bearbeitungsaufmaß und somit einem schlechten Buy-to-Fly-Verhältnis (Gewicht des Rohmaterials zu Gewicht des Fertigteils) einher. Aus diesem Grund wurde im Vorgängerprojekt IDEAL ein TiAl-Feingießprozess inklusive einer integrierten Endbearbeitungsstrategie entwickelt, die ein Bearbeitungsaufmaß von weniger als 1 mm erreicht. Dieser Herstellungsprozess für Turbinenschaufeln wurde allerdings noch nicht umfassend hinsichtlich Kosten und Qualität betrachtet.
Nachweis wirtschaftlicher und technologischer Konkurrenzfähigkeit des TiAl-Feingießens
Ziel des Projekts »NEXT« ist daher ein Wirtschaftlichkeitsnachweis für die Erfüllung von Qualitätsanforderungen des TiAl-Feingießens in konventionellen Anwendungen von Flugzeugtriebwerken: Zum einen soll dafür das Bearbeitungsaufmaß weiter reduziert und das hohe Eigenschaftsniveau nachgewiesen werden, zum anderen sollen Prozesskosten optimiert und die Wirtschaftlichkeit nachgewiesen werden.
Ziel des Fraunhofer IPT im Forschungsprojekt ist die Entwicklung und partielle Umsetzung einer Industrie-4.0-Umgebung für die Herstellung von TiAl-Niederdruck-Turbinenschaufeln unter Betrachtung der Wirtschaftlichkeit. Dies umfasst die Konzeption und partielle Umsetzung von Prozessdigitalisierung und -vernetzung sowie den Einsatz von Industrie-4.0-Methoden. In diesem Zusammenhang werden beispielsweise Optimierungsmodelle zur Fehler- und Ausschussreduktion entwickelt. Weiterhin wird eine Produktverfolgung innerhalb der Fertigung implementiert und ein Kostenanalyse-Tool aus dem Vorgängerprojekt in die Produktionsumgebung eingebunden, um eine automatisierte, bauteilgenaue Allokation von Personal-, Prozess-, Material- und Maschinenkosten sowie -zeiten zu erreichen. Die weitere Verwertung der Produktionsdaten anhand von Methoden der Industrie 4.0 zur Kostenreduktion wird analysiert und in einem Lastenheft detailliert festgehalten.
Projektkonsortium
- Leistritz Turbinentechnik GmbH
- ACCESS e.V.
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Projektträger
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
Förderkennzeichen
20T1708A