Innovationen aus der deutschen Luftfahrtindustrie: Struktur / Materialien

Advanced Layer Manufacturing (ALM), u.a. bei Rolls Royce

Moderne Produktionsverfahren, wie der 3D-Druck, bieten nicht nur hervorragende Möglichkeiten Gewicht zu sparen und damit CO2-Emissionen zu reduzieren. Die innovative Anwendung der Technologien führt in der neuesten Triebwerksgeneration von Rolls-Royce auch zu massiven Einsparungen beim Stickoxid-Ausstoß und verbessert gleichzeitig die Lebensdauer – ein Gewinn auf ganzer Linie und ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Klimaneutralität.

Um die Effizienz moderner Triebwerke noch weiter erhöhen zu können, werden unter anderem die Verbrennungstemperaturen in der Brennkammer immer weiter gesteigert. Diese erreichen heute schon fast die Hälfte der Temperaturen, die auf der Sonnenoberfläche herrschen. Die bisherige Konstruktion, die Widerstandsfähigkeit der verwendeten Materialien und der Effekt, dass bei höheren Verbrennungstemperaturen auch mehr Stickoxide entstehen, setzten dieser Entwicklung allerdings Grenzen.

Damit die Brennkammer auch unter diesen extremen Bedingungen, die weit über den Schmelztemperaturen der verwendeten, hochtemperaturbeständigen Speziallegierungen liegen, zuverlässig funktioniert, müssen die Brennkammerwände aufwendig mittels einem Isolationsfilm aus Luftgekühlt werden. Eine per Laserstrahl aufgebrachte, hauchdünne Keramikbeschichtung sorgt für weiteren Schutz.

Für das Pearl® 700 Triebwerk setzen die Ingenieure jetzt auf eine neue bahnbrechende Technologie, die bisher aufgrund der hohen Belastung in diesem Triebwerksbereich noch keine Anwendung gefunden hat. 3D-Druck, beziehungsweise technisch korrekt Additive Layer Manufacturing (ALM), eröffnet auch im Brennkammerbereich viele neue Möglichkeiten, das Design noch besser an die Anforderungen anzupassen.

Eines der Hauptmerkmale der neuen Pearl-Triebwerksfamilie sind 3D-gedruckte Brennkammerkacheln, die in einem fortschrittlichen additiven Verfahren hergestellt werden. Die Brennkammer verfügt über Kühlöffnungen, die den Kühlluftstrom in einer Schleife führen und dann auffächern können.  Diese bahnbrechende Technologie trägt zur direkten Reduzierung der NOx-Emissionen bei und bewirkt außerdem, dass die Kühlluft die Hitze von den Kacheln auf die effektivste Weise aufnimmt und der fächerförmige Lochaustritt einen gleichmäßigen schützenden Luftfilm auf der heißen Oberfläche der Brennkammerkacheln erzeugt. ALM ermöglicht es, diese Löcher auch dort zu erzeugen, wo dies vorher nicht möglich war. Das Ergebnis? Eine effizientere Kühlung der Brennkammer, eine Verringerung der "heißen Stellen" in der Turbine und geringere Emissionen.

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