Passwort vergessen?  |  Anmelden
 |  Passwort vergessen?  |  Anmelden
Suche

Donnerstag, 21. Februar 2019

Instandhaltung

Putzroboter im Triebwerk

Von Iestyn Hartbrich | 3. Mai 2018 | Ausgabe 18

Flugzeugtriebwerke könnten sich in Zukunft selbst reinigen. Einen ersten Ansatz zeigte Rolls-Royce auf der ILA in Berlin.

BU Triebwerksendoskopie
Foto: Grafik: Schölly

Automatisiertes Spülen: Bis zu 360 Kühlkanäle lassen sich auf einmal reinigen.

Auf einem Linienflug im Jahr 2024, irgendwo über dem Atlantik, empfängt das linke Triebwerk einer Passagiermaschine ein Signal von einem Temperatursensor. Eine Statorschaufel wird langsam wärmer, offenbar ist ein Kühlkanal verdreckt. Nach der Landung in Atlanta fährt aus der Triebwerksummantelung ein kleiner Putzroboter aus, vielgliedrig wie ein Tausendfüßler, und reinigt den Kühlkanal. Beim nächsten Flug hat sich die Temperatur normalisiert.

So ähnlich wie in diesem Szenario stellt sich der Triebwerksbauer Rolls-Royce zukünftige Generationen von Flugzeugtriebwerken vor. Vernetzt sollen sie sein und – in Maßen – selbstlernend und eigenständig. Kleinere Arbeiten an nicht rotierenden Teilen könnten sogar in der Luft durchgeführt werden. „Wir werden natürlich keine vollständige Triebwerkswartung in der Luft durchführen können. Aber wir wollen die Triebwerke so autonom wie möglich machen“, sagt Richard Goodhead, Senior Vice President Marketing der zivilen Flugzeugsparte.

Noch ist der sich selbst reparierende Flugzeugmotor Fiktion. Und möglicherweise bleibt er es auch. Allerdings gewinnen die dafür nötigen Technologien an Reife; das wurde in der vergangenen Woche auf der Luftfahrtmesse ILA in Berlin deutlich. Dort stellte Rolls-Royce gemeinsam mit dem Denzlinger Unternehmen Schölly Fiberoptic und dem Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) ein Verfahren vor, mit dem sich Kühlkanäle von Triebwerken endoskopisch reinigen lassen. Der Demonstrator gewann den Innovationswettbewerb der deutschen Luftfahrt in der Kategorie „Cross Innovation“.

Kühlkanäle durchziehen die Rotor- und Statorschaufeln, die in Strömungsrichtung der Luft direkt hinter der Brennkammer liegen. Die Temperatur des Gasstroms liegt bei annähernd 1700 °C, mehrere hundert Grad über dem Schmelzpunkt der Nickel-Basis-Legierungen, aus denen die Schaufeln gefertigt werden. Durch die Kühlkanäle strömt deshalb Zapfluft, die dem bereits verdichteten Luftstrom vor der Brennkammer entzogen wird. Probleme entstehen, wenn sie verdrecken. „In den Kühlkanälen setzen sich alle Partikeltypen ab, die in der Zapfluft enthalten sind: Staub, Ruß vom Flughafen, Sand und Asche zum Beispiel“, sagt der zuständige Rolls-Royce-Projektleiter Matthias Dudeck. Die Partikel verstopfen sukzessive die Kanäle. Ohne Gegenmaßnahmen würde das Material geschädigt.

Bislang werden die Kanäle überhaupt nicht gereinigt. Stellt sich während einer Inspektion oder während eines Wartungsintervalls heraus, dass Kanäle verdreckt sind, wird das Triebwerk ausgebaut und zerlegt. Nachdem die verdreckten Schaufeln ausgetauscht wurden, muss der gesamte Rotor neu gewuchtet werden. Anschließend wird das Triebwerk wieder in den Flügel eingebaut.

Mit dem neuen Verfahren könnten die einzelnen Schaufeln länger genutzt werden. Rolls-Royce strebt ein Prozedere an, nach dem die Kühlkanäle zwischen zwei Shop-Visits, oder Werkstattintervallen, je einmal gereinigt werden. Die Reinigung könnte direkt am Flügel vorgenommen werden: Das Triebwerk müsste nicht ausgebaut werden.

Das neu entwickelte Reinigungsgerät besteht aus einer von Schölly Fiberoptic beigesteuerten Gliederkette, an deren Spitze ein Reinigungskopf vom Fraunhofer-IPK angebracht ist. Es wird durch die Treibstoffeinspritzdüsenöffnung, aus der die Düsen entfernt wurden, eingeführt. „Der Zugang zum zu reinigenden Bereich ist nicht trivial: Man muss das Reinigungsgerät um Ecken lenken und um Kanten herum navigieren“, sagt Dudeck. Dabei dürfen keine Triebwerks-teile berührt werden.

In der Nähe der Kühlkanäle wird ein Druck von annähernd 500 bar erzeugt, unter dem sich das Gerät von selbst versteift. „Ist der Druck aufgebaut, kann nur das vorderste Glied der Kette geschwenkt werden“, sagt Dudeck. „Die Schwierigkeit bestand darin, das Gerät so zu designen, dass es beim Einführen flexibel und beim Reinigen lagestabil ist.“

Mit einem Druckaufbau lassen sich bis zu 360 Kühllöcher in unterschiedlichen Schaufeln mit druckbeaufschlagtem Wasser spülen. Ist die Gliederkette steif, schwenkt der Reinigungskopf dazu fächerförmig hin und her.

Es sind flexible Werkzeuge wie dieses, die den Grad der Autonomie im Flugzeugantrieb steigern könnten. „Mit den richtigen flexiblen Robotern an Bord, könnte das Triebwerk in Zukunft kleinere Wartungsarbeiten an sich selbst übernehmen, ohne dass ein Techniker ausrückt“, sagt der Rolls-Royce-Manager Richard Goodhead. „Möglicherweise könnten wir bei nicht-rotierenden Teilen in zwei bis vier Jahren soweit sein. Bei rotierenden Teilen würde es länger dauern.“