Ziel war, wesentlich umweltfreundlicher zu arbeiten. Wir haben daher bei der Reinigung auf wässrige Systeme umgestellt”, berichtet Francis Schnepp, Koordinator für Investitionen bei Messier. In der neuen Anlage werden die Teile rotiert. Diese Teilebewegung ist erforderlich, um innerhalb kurzer Zeit ein optimales Reinigungsergebnis zu erzielen. Dies machte aber auch die Investition in ein neues Warenträgersystem erforderlich, in beziehungsweise auf dem die Werkstücke sicher befestigt werden können und nicht beschädigt werden. “Da die Entfettung und Entlackung im Fluss der Reparatur erfolgt, benötigten wir ein modulares System, das sich sehr schnell an die unterschiedlichen Teile anpassen lässt und trotzdem ein Höchstmaß an Sicherheit bietet”, führt der Schnepp weiter aus.

Wechsel eine Bremse am hauptfahrwerk eines A340

Die große Herausforderung bei der Konzeption des Reinigungsbehältnisses war die große Vielfalt von über 1.000 in Geometrie und Größe sehr unterschiedlichen Teilen. Neben hoher Flexibilität lauteten die weiteren wichtigen Kriterien Sicherheit, Ergonomie sowie kurze Be- und Entladezeiten. Vorgegeben war außerdem die maximale Größe des Warenträgers. Mit diesem Anforderungskatalog wandte sich Messier an die Metallform Wächter GmbH in Bretten, die bereits für an anderes Unternehmen der Safran Group Warenträger entwickelt und gefertigt hat.

Fahrwerkskontrolle

Auf Basis dieser Erkenntnisse konstruierte Metallform unterschiedliche Befestigungswerkzeuge wie beispielsweise Prismen-Werkzeughalter, Schnellspanner und Winkelfixierungen. Mit dem Prismen-Werkzeughalter können unter anderen rohrförmige Teile im Durchmesserbereich von zirka 80 bis 300 mm befestigt werden. Um dabei auch gekrümmte Rohre sicher auf der Palette zu fixieren, verfügt dieses Tool über eine zusätzliche Lagerung. Sie ermöglicht es, das Prisma nach der Befestigung auf der Palette in Richtung der Krümmung zu drehen. Das Teil wird dadurch im Reinigungsprozess komplett umspült und durchspült. Die Winkelfixierungen verhindern, dass beim Rotieren der Teile querlastige Kräfte auf das Werkstück einwirken und es verschieben. “Metallform hat in diese Lösung wirklich sehr viel Know-how und Entwicklungsarbeit hineingesteckt”, lobt der Fachmann.

Besonderes Augenmerk legten die Konstrukteure von Metallform auf die Minimierung der Auflageflächen zwischen Werkstücken und Palette sowie Befestigungswerkzeugen. Denn jeder Auflagepunkt birgt das Risiko, dass Verschmutzungen oder Reinigungsmedium am Teil haften bleiben beziehungsweise die Teile an den Kontaktpunkten nicht vollständig entfettet beziehungsweise entlackt oder getrocknet werden, wodurch es zu einer Beeinträchtigung nachfolgender Arbeitsschritte wie beispielsweise die Rissprüfung kommen kann. Um den direkten Kontakt Metall auf Metall zu vermeiden, werden die Kontaktpunkte mit Teflon- Clips ummantelt. “Dieser Bauteilschutz bietet gegenüber einer Komplett-Beschichtung mit Teflon deutliche Vorteile. Einerseits ermöglichen die Teflon-Clips einen bedarfsgerechten und sehr flexiblen Bauteilschutz. Andererseits lassen sie sich bei einer Beschädigung des Clips problemlos austauschen”, erklärt Schnepp.

Für kleinere Bauteile entschied sich Messier für die Standardkörbe des MEFO-Box Systems. Es besteht aus einer Vielzahl aufeinander abgestimmter Komponenten, die beliebig kombiniert werden können. Die Fixierung der Teile in den Körben erfolgt mit speziellen Befestigungselementen des Systems. Um die Kapazität der Reinigungsanlage optimal auszunutzen, können bis zu vier Körbe auf einer Basispalette befestigt werden.
Sowohl die Basispaletten und Befestigungswerkzeuge als auch die Standardkörbe bestehen aus Edelstahl mit elektropolierter Oberfläche. Das hochwertige Material gewährleistet eine lange Lebensdauer der Werkstückträger und schließt Rückverschmutzungen vom Behältnis auf das Bauteil ebenso aus wie Verunreinigungen der Bäder durch Korrosion und Zinkabscheidungen.

Diese Teile kann Manthorpe für Triebwerkshersteller, Finalproduzenten oder Luftfahrtgesellschaften meist wirtschaftlicher herstellen, als es die Auftragsgeber ausführen könnten. Der Ort Ripley liegt in Derbyshire, dem Zentrum der Luft- und Raumfahrtindustrie in UK. Zahlreiche Unternehmen produzieren für dies Branche in dieser aufstrebenden Region gegenwärtig mit etwa 12.000 Beschäftigten.

3D Design mit Unigraphics

Was ist neben der Tatsache, dass komplizierte Präzisionsteile meist wirtschaftlicher als bei den Auftragsgebern gefertigt werden können, besonders erwähnenswert an dieser privat geführten Manthorpe Group ? Das Besondere zeigt sich schon im Internet- Portal, wo einem sofort das Untermenü Beruf und Karriere auffällt. Darin sucht Manthorpe Mitarbeiter, und zwar vom Manager über Facharbeiter bis zum Produktionsmitarbeiter. Hinzu kommt, dass der vergleichsweise kleine Mittelständler regelmäßig Lehrlinge einstellt.

So eine zukunftsgerichtete Personalpolitik schafft eine wesentliche Vorraussetzung für das erfolgreiche Bestehen der Manthorpe Group. Nur mit hochqualifizierten Mitarbeitern können die steigenden Anforderung erfüllt werden, mit denen die immer anspruchsvoller werdenden Auftraggeber dort vorstellig werden.

Paul Pochciol, Chairman and Chief Executiv of the Manthorpe Group, erklärt:
“Wir müssen neben der Anschaffung moderner Maschinen und dem Bau neuer Gebäude vor allem in Auszubildende investieren. Unsere Company kann zwar auf das Erreichte stolz sein, wir müssen aber auch künftig unsere wichtige Position in unserer Region absichern. Dabei steht der Sektor Ausbildung im Focus unseres Interesses. Denn generell kann Manthorpe keine Unterstützung von Außen wie etwa eine externe Kapitalspritze erwarten“.
Damit sind wir bei der anderen die Manthorpe Group tragenden Säule angelangt, der Umsetzung neuster Zerspanungs- Technologien mit modernsten Maschinen.

Dazu nimmt Sales Director Manthorpe Engineering, Chris Bowley Stellung:
„ Wir benötigen wettbewerbsfähige Maschinen, um unser Geschäft nicht nur in Europa und Skandinavien auszubauen, sondern um auch in den USA und Asien, speziell in Japan, erfolgreich zu sein. Dazu vergrößern wir nicht nur das bei uns produzierte Produktportfolio nach Größe und Umfang. Wir müssen vor allem unsere Kosten generell senken und die immer anspruchsvolleren Werkstücke noch schneller produzieren, ohne Qualitätseinbußen hinzunehmen“.

Diese Management- Wünsche hört man heute überall. Als eine Vorraussetzung zu deren Realisierung praktiziert Manthorpe gemäß seinem breiten Produktportfolio auch ein breites Technologiespektrum, das neben der Zerspanung z.B. die komplette Blech- oder Kunststoff- Verarbeitung enthält. Als Schwerpunkt und Kernkompetenz haben sich bei Manthorpe die modernen Zerspanungstechnologien heraus kristallisiert, die man mit möglichst hoher Fertigungstiefe im eigenen Hause ausführt.

Komplexität

Worin besteht das „Moderne“ im Bereich Zerspanungstechnologie bei Manthorpe konkret?
Antworten darauf hat Mark Elliot als Operations Director:
„Über die Wichtigkeit der Ausbildung bei Manthorpe haben wir bereits gesprochen. Ebenso darüber, kompliziert gestalteten Bauteile bei gleicher oder noch besserer Qualität schneller herzustellen. Das gilt besonders für Triebwerksteile, Brennkammer- oder Verdichtergehäuse für die Luftfahrt oder Gasturbinen- Komponenten für die Energieerzeugung. In unserer Fräs- und Drehtechnologien benötigen wir moderne Maschinen mit kurzmöglichsten Hauptzeiten. Zusätzlich müssen diese Automatisierungs- Einrichtungen besitzen, mit denen sich die technologische Nebenzeiten um mindestens die Hälfte verkürzen lassen“.

Schon seit einigen Jahren spielt das Fünfachs- Simultanfräsen bei Manthorpe eine tragende Rolle, die künftig noch verstärkt werden soll. Zum anderen werden zunehmend Palettenwechslern an den Maschinen eingesetzt, um Rüstzeiten zu senken.

Alan Scott, Sales Manager der DMG (UK)Ltd, stellte 2005 direkte Kontakte zwischen den Verantwortlichen von Manthorpe und denen der Deckel Maho GmbH in Pfronten her. Vorausgegangen war ein EMO- Besuch von Chairman of the Manthorpe Group Paul Pochciol auf dem DMG- Stand. Dort wurde ihm erstmalig die Kombination der Technologien Fräsen und Drehen auf einer Maschine demonstriert. Besonders beeindruckten dabei die Dimensionen der auf dem Deckel Maho- Fräs- Drehzentrum DMC 340 FD machbaren Großteile bis 3,3 m Störkreis und 1,6 m Höhe bei max. 7.000kg Werkstückgewicht. Paul Pochciol besuchte darauf im Februar 2006 das Deckel Maho „Open House“. Kurz darauf erreichte Pfronten der erste Manthorpe-Auftrag zur Umsetzung der Fräs- Dreh- Technologie. So begann die Bestellung einer Maschinenreihe, in die Manthorpe bis heute umgerechnet fast 2 Mio € investierte.

Als erstes wurde das Fräs- Drehzentrum DMC 160 FD mit einem Arbeitsraum von 1,6x 1,25x 1 m und einer 44 kW starken, 10.000 U/min schnellen B- Achse mit HSK- 100 Aufnahme für bis 60 Fräs- Drehwerkzeuge bestellt. Die Paletten mit je 1,4 m Drm. für max. 4000 kg Gewicht konnten auf dem Maschinentisch Drehoperationen mit max. 250 U/min ausführen. Wichtig für Manthorpe war neben der Rüstzeit- Einsparung durch den Palettenwechsler die bis jetzt konkurrenzlose Unwuchterfassung am Werkstück an der Siemens CNC, die mit der Option SinTDI auch die Werkzeugverwaltung ausführt.

Nachdem im März 2007 die DMC 160 FD in die inzwischen bei Manthorpe neu errichtete 2.000 m² große und 11,5 m hohe neue Halle installiert war, wartete man schon auf das große Portalfräs- Drehzentrum DMC 340 FD. Diese eigensteife Großmaschine mit 2,8x 3,4x 1,6 m Arbeitsraum wurde ebenso mit der B- Achse ausgerüstet, die mit 44 kW, max. 10.000 U/min und HSK 100- Aufnahme für bis 60 Fräs- Drehwerkzeuge konfiguriert war. Diesmal konnten die 2 Paletten mit 2,5 m Drm. bis zu 7.000 kg Gewicht aufnehmen und sich trotzdem max. 120 U/min schnell drehen. Als ganz wichtig schätzt Manthorpe den einmaligen Vorteil der Eigensteife und Dreipunktauflage dieser DMC 340 FD, der eine unerwartet schnelle Inbetriebnahme der Großmaschine ermöglichte. Ein analog geordertes Fräs- Drehzentrum DMC 125 FD mit 1,25x 1x 1 m mit gleicher B- Achse aber Paletten mit 1,4 m Drm. und 500 U/min Tischdrehzahlen schließt augenblicklich die FD- Investitionen bei Manthorpe ab.

Betritt man die neue Manthorpe- Halle, so mutet die eine Seite fast wie ein Vorführraum der DMG (UK)Ltd an. Alan Scott, Sales Manager der DMG (UK), ergänzt dazu:
„Die Manthorpe Manager sind vor allem von der Eigensteife und damit auch von der hohen Arbeitsgenauigkeit der drei neuen DMC- Fräs- Drehzentren von Deckel Maho Pfronten beeindruckt. Sowohl das Deckel Maho- Portal- als auch das duoBLOCK- Konzept haben den Kunden voll überzeugt, so steht einer weiteren Zusammenarbeit nichts im Wege. Die Modularität des Deckel Maho Maschinenbaukasten ermöglicht dem Kunden nicht nur die analoge Maschinenausrüstung, die sich auch durch den Einsatz unserer DMG- Anwendungstechniker als sinnvoll heraus kristallisiert hatte. Sondern sie schlug sich auch in der preisgünstigeren Bestellung aller Maschinen im Standard nieder.“

Dazu ergänzt Barrie Hollis, Senior Manufacturing Manthorpe Engineering: „ Mit der kombinierten Technologie 5- Achs- Fräsen mit 3D- Drehen auf den DMC- FD- Maschinen haben wir unsere Produktivität durch Reduzierung von 6 auf 3 Werkstück- Spannungen verdoppelt und gleichzeitig die Rüstzeiten halbiert. So sind wir von den Maschinenkonzepten überzeugt, ebenso von den hohen Werkstückgenauigkeiten, die nach den Normen der Luft- und Raumfahrtindustrie zu erzeugen und permanent einzuhalten sind. Dazu besitzen wir umfangreiche Messeinrichtungen, die wir ebenfalls ständig neu ergänzen. Außerdem schätzen wir die Nähe zu unseren DMG- Ansprechpartnern und die vergleichsweise zu Japan direktere und zu uns mental ähnliche Arbeitsweise der Deckel Maho Mitarbeiter. An dieser Stelle möchte ich mich besonders beim Pfrontener Projektverantwortlichen Knut Jendrok bedanken, der bei uns schon zu einem richtigen Kollege geworden ist.“

Dr. Andreas Strohmayer, Managing Director der Grob Aerospace GmbH, erklärt im Detail die Nutzung des riesigen Areals mit eigenem Flugfeld mitten auf der grünen Wiese im schwäbischen Mattsies, wo seit 1974 schon über 3.500 Flugzeuge aus Verbundwerkstoffen gebaut und ausgeliefert wurden. Die sind weltweit bisher über sieben Millionen Stunden geflogen. In den Hallen herrscht an diesem späten Juli-Nachmittag fast kein Betrieb mehr, denn bei Grob Aerospace fängt man am Morgen schon sehr früh an. Aber schon bald werden hier auf 28.000 Quadratmetern überdachter Fläche an die 500 Spezialisten aus Kohlefaser ein Muster in Serie bauen, das auf dem Weltmarkt eine neue Kategorie repräsentiert. Als leichtes Geschäftsflugzeug kann der Grob spn Utility Jet bis zu neun Passagiere transportieren. Die Maschine lässt sich aber auch schnell zum Fracht- oder Ambulanzflugzeug umrüsten.

Der dritte Prototyp war von Februar bis April 2008 zur Erprobung im spanischen Granada, der vierte ist nahezu fertig und auch das erste in Serie gebaute Flugzeug wird nicht ausgeliefert, sondern für den Testeinsatz genutzt. Bis zur endgültigen Zulassung müssen derzeit noch mehr als 1.000 Flugstunden abgeleistet werden, dann ist der Jet gemäß FAR 23 als „single pilot“ – also von nur einem Piloten fliegbares – Muster sowohl von der EASA als auch der FAA zertifiziert. Das und seine sonstigen Eigenschaften machen den zweistrahligen Jet zu etwas Besonderem. Das meint auch Prof. Dr.-Ing. Klaus Broichhausen, Vorsitzender des Vorstandes vom Bauhaus Luftfahrt in Garching bei München. „Der Grob spn ist sicher ein Quantensprung in die richtige Richtung sowohl technisch wie auch vom Marktansatz. Aus unserer Sicht hervorzuheben ist vor allem die Tatsache, dass dieses Konzept mit sehr kurzen und auch unbefestigten Start- und Landbahnen auskommt.“ Das war bisher eigentlich nur mit Propellermaschinen möglich. Auf dem extra verstärkten Fahrwerk hebt der spn mit einem Startgewicht von 6.300 Kilogramm nach nur 914 Metern ab und steigt mit einer Geschwindigkeit von 1.329 m/min bis auf 12.497 Meter.

Ab Frühjahr 2009 – so die Planung – wird die Innenausstattung in St. Gallen-Altenrhein montiert. Dann fliegen alle spn ohne Interieur von Tussenhausen-Mattsies ins schweizerische Kabinenausstattungs- und Auslieferungszentrum von Grob Aerospace. Der Hangar dort ist 2.000 Quadratmeter groß und 50 Techniker sollen dann hier jeden Jet gemäß Kundenwunsch innen fertig konfektionieren. In zwei weiteren Gebäuden werden die Verwaltung und das Trainingscenter mit einem Flugsimulator für Piloten und Techniker untergebracht. Bis dahin hat Andres Strohmayer in Mattsies aber noch jede Menge zu tun. Denn er muss ja die Produktion organisieren, bis 2011 sollen es 45 Flugzeuge pro Jahr sein. Die spn ist ein aus Karbonfaser-Verbundwerkstoffen hergestellter Tiefdecker mit Pfeilflügeln, die an den Enden in Winglets übergehen. Der Flügel besitzt Landeklappen und Spoiler. Die Zelle besteht aus circa 160 Teilen und ist als Druckkabine ausgeführt.

Fragt man Strohmayer nach den Details der Produktion, hört sich das ganz einfach an. Im Jahr 2004 wurde mit einer 5-achsigen CNC-Fräse ein Positivmodell der Struktur des Jets aus Hartschaum erstellt und dann abgeformt. Dann werden diese Formen mit maschinell vorgetränkten und präzise zugeschnittenen Bahnen aus Kohlenstofffasergewebe auslegt, die bei 80 bis 90 Grad Celsius und unter ein bar Druck kontrolliert aushärten. Rumpf und Flügel aus den Formen nehmen, zusammenfügen, fertig. Grob hat dieses Niederdruckverfahren in 35 Jahren perfektioniert und steht damit weltweit als Flugzeugbauer im Markt nahezu allein. Denn selbstverständlich braucht man jede Menge Erfahrung und Know-how, um auf diese spezielle Art und ohne Autoklaven ein komplettes Flugzeug dieser Größe aus Kohlefaser zu „backen“.

Klaus Broichhausen sagt dazu: „Die Karbon-Bauweise entspricht nicht den Verfahren, wie sie bei den großen Airlinern angewendet werden. Sie ist aber trotzdem sehr fortschrittlich und hat aus meiner Sicht für die kleineren Flugzeuge durchaus Vorteile in Sachen Handling und Wartung.“ Allerdings braucht man den richtigen Systempartner für das Ausgangsmaterial. Grob verlässt sich da unter anderem auf die Engineered Cramer Composites (ECC) in Heek. Geschäftsführer Dipl.-Ing. Winfried Steinhauser sagt: „Zusammen mit unserer Muttergesellschaft C. Cramer & Co (CCC) schreiben wir nun seit 25 Jahren an der Erfolgsgeschichte im Bereich der Gewebeherstellung für Hochleistungsverbundwerkstoffe. Wir gehören mittlerweile zu den großen europäischen Anbietern von textilen Strukturen für die Luft- und Raumfahrttechnik.“ Als Rohmaterialien werden ausschließlich Hochleistungskohlenstofffasern verwendet, die während des Herstellungsprozesses permanent in der Qualität zu überwachen sind.

Eine Versuchsreihe während der Vorentwicklung ergab: Die besten Laminatergebnisse lassen sich mit Fasern von Toho Tenax® erzielen. Winfried Steinhauser weiter: „In Zusammenarbeit mit den Entwicklungs- und Fertigungsabteilungen sowie der Qualitätssicherung von Grob Aerospace wurden nun die verschiedensten Anforderungen an die textilen Halbzeuge für die spn zusammengetragen.“ Der Serieneinsatz des Gewebes erfordert einen hohen Qualitätsstandard in der Fertigung. „Neben den Wareneingangsprüfungen muss der Fertigungsprozess lückenlos überwacht und dokumentiert werden. Es folgt eine 100%ige Sichtkontrolle, die gesammelten Fertigungsdaten werden in einem Abnahmeprüfzeugnis nach EN 10204-3.1B zusammengefasst.“ Grob Aerospace lässt sich das Gewebe trocken anliefern. Mit Harz getränkt wird erst bei Bedarf, also sozusagen ‚tagesfrisch’, unter den gleichen, immer wieder reproduzierbaren Bedingungen. Das hat im Vergleich zu vorgetränkten Prepregs viele Vorteile bei der Lagerung und Handhabung und entspricht der Philosophie von Grob: „Am liebsten verantworten wir möglichst viel selbst, dann haben wir die Qualität einfach besser und durchgängig im Griff.“ sagt Andreas Strohmayer. Das gilt auch für die notwendigen Tests an Struktur und Material.

Für die Druck- und Lastsimulation gibt es in Mattsies einen von Grob entwickelten Prüfstand. Die Faserverbundstrukturen werden mit niederfrequentem Ultraschall und hörbaren Klopfmethoden, also mit Verfahren der Resonanzprüfung untersucht. Grob Aerospace will jetzt zusätzlich die Thermografie qualifizieren. Die Qualität der Stahlteile wird mittels fluoreszierender Eindringstoffe und magnetischer Rissprüfung (MagnaFlux) geprüft und für andere Metalle setzt Strohmayer auf Wärmebehandlungs-Kontrollen und auf Messungen der elektrischen Leitfähigkeit. Die wäre bei einem Rumpf aus reinem Carbon natürlich nicht gegeben, mit verheerenden Folgen bei einem Blitzeinschlag. Denn das Material leitet nicht ausreichend. „Deshalb wurde für das beim spn verwendeten Gewebe ein Hybridaufbau aus Kohlenstoff- und metallischen Garnen entwickelt, welches in diversen Versuchen den Nachweis hoher elektrischer Leitfähigkeit erbrachte.“ erklärt Winfried Steinhauser und verweist damit auf einen weiteren der vielen notwendigen Entwicklungsschritte, bis die ECC von Grob Aerospace den Zuschlag als Lieferant der textilen Grundstruktur erhalten hat.

Und wie fliegt sich nun die spn? Das sagt uns ihr Head of Flight Operations Peter Weger: „Es macht den Piloten Freude, ein Flugzeug mit derart modernen Systemen und hoher Präzision zu fliegen. Als Light Businessjet ist die spn zwar vergleichsweise klein, hat aber alle Fähigkeiten eines Verkehrsflugzeugs und ist damit nicht weniger anspruchsvoll!“ Zu diesem positiven Eindruck trägt sicher auch die Avionik des spn bei. Es kommt die neue Primus Apex von Honeywell zum Einsatz. Sie ist voll integriert und setzt bei Businessjets einen neuen Standard bei Einfachheit, Zuverlässigkeit und Technologie.

Das empfinden anscheinend auch die Kunden so. Gut 50 Prozent davon kommen aus Amerika und hier will Grob Aerospace auch in Zukunft den größten Markt für die spn finden. Europa rangiert mit 20 Prozent an zweiter Stelle, wobei der Mittlere Osten mit 15 georderten Maschinen ebenfalls ein großes Potential hat. Gute Vermarktungschancen sieht Klaus Broichhausen: „Das Marktsegment der 8-10 Sitzer ist nach unseren Studien durchaus richtig, da zunehmend die Klientel der Geschäftsflieger die kleineren direkt fliegenden Businessjets gegenüber Linienflügen bevorzugt. Dies geschieht dann in der Regel in “Fractional Ownership” oder schlichtweg in Miete wie ein Taxi.“ Das bestätigt auch die Order von Jetline, die mit zu den ersten Bestellern gehörte. Die Fluggesellschaft für Privat- und Geschäftsreisende mit Sitz in Stuttgart hat für die anspruchsvolle Klientel eine spn mit der sechssitzigen Executive-Ausstattung bestellt. Dafür werden dann aber mehr als 5,8 Millionen Euro fällig. Denn soviel kostet eine spn derzeit schon in der Grundausstattung.

Andreas Strohmayer vergleicht: „Die spn liegt mit diesem Preis gut im Markt. Denn unsere Mitbewerber verlangen für eine Kabine in vergleichbarer Größe an die 15 Millionen Dollar.“ Und wie gesagt: Die ersten 100 Jets sind ja auch schon bestellt.

Nun bleibt die große Hoffnung, dass sich schnellstmöglich ein Investor für die Grob Aerospace findet.

Robert Wouters

(Bilder: Grob)

Scott Carson ist ein richtig netter Kerl. Wenn er einmal nicht oben auf dem Podium sitzt und die Rede vom Blatt liest, die ihm seine Mitarbeiter aufgeschrieben haben, dann kann er richtig ins Plaudern kommen und Anekdötchen aus der Welt der Fliegerei liefern. Manchmal lacht er dann sogar laut prustend los, wenn er sich über eine Pointe besonders amüsiert.

Wenn Carson weiß, dass er nun im Namen seines Arbeitgebers Boeing sprechen soll, dann ist es so, als würde er innerlich Haltung annehmen und jede Lockerheit verdrängen. Carson, Chef der Commercial Airplane Group und damit zweitwichtigster Mann im Konzern nach Jim McNerney, wirkt dann in etwa so originell, wie sein grauer Anzug. Und wenn er dann auch noch von sich selbst sagt, er sei „ein sehr konservativer Mann“, glaubt man es ihm aufs Wort.

Es ist diese Grundhaltung, die Boeings Entwicklung wie kaum ein anderer Faktor in den vergangenen Jahren beeinflusst hat. Eigentlich muss eine gewisse Zurückhaltung nicht verkehrt sein, weil sie einen vor allzu viel unliebsamen Überraschungen und unnötigen Experimenten bewahrt. Doch zu viel Konservativität kann auch schädlich sein: Man droht den Anschluss gegenüber der Konkurrenz zu verlieren und vergisst, wie sich Innovation und Erneuerung anfühlt. Boeing scheint genau das gerade passiert zu sein.

Einst schien der US-Flugzeugbauer den zivilen Markt nach Belieben zu dominieren. 80 Prozent Anteil hatte das Unternehmen an dem lukrativen Geschäft noch in den 80er Jahren, den eher kümmerlichen Rest teilten sich McDonnell Douglas und Airbus. Aus 80 Prozent sind mittlerweile 50 geworden, vor allem, weil Airbus aggressiv mit neuen Produkten auf den Markt gedrängt ist. Bis spät in die 90er Jahre galt der neue Konkurrent vielen bis in die Boeing-Spitze hinein als durch staatliche Subventionen künstlich am Leben gehaltenes Politikum, das schon früher oder später zu erkennen habe, wer wirklich gute Flugzeuge baut.

Irgendwann ließ sich selbst in Seattle nicht mehr leugnen, dass Airbus ein immer ernster zu nehmendes Problem werden würde, und so beschloss Boeing, mit einem dramatischen Durchbruch zu reagieren. Der Konzern präsentierte ein aberwitziges Konzept, genannt Sonic Cruiser, das schon heute, nur wenige Jahre nach seinem Ende, aus einem anderen Zeitalter zu stammen scheint. Der Sonic Cruiser sollte die gleichen operativen Kosten wie eine Boeing 767 aufweisen (die Anfang der 80er Jahre auf den Markt gekommen war), aber 20 Prozent schneller fliegen, etwa Mach 0,98. Der Sonic Cruiser war auf Geschäftsreisende ausgelegt, denen eine Stunde weniger Reisezeit bei einem Flug von Frankfurt nach New York etwas bringt. Boeing schien um das Jahr 2000 den Kontakt selbst mit der damaligen Realität verloren zu haben.

Aus dem Sonic Cruiser entstand der Dreamliner – und mittlerweile war der Leidensdruck so groß geworden, dass sich Boeing selbst auch noch gleich mit neu erfinden wollte. Die 787 (den Zusatznamen bekam das Flugzeug in einem Internet-Wettbewerb) sollte nun genauso schnell sein wie eine 767, aber 20 Prozent weniger Sprit verbrauchen, durch: neue Triebwerke, erstmals einem Rumpf aus Faserverbundwerkstoffen, neue Tragflächen, neue Avionik, aerodynamische Verfeinerung. Gleichzeitig vergab Boeing rund 80 Prozent der Arbeiten an der 787 nach außen, um sich auf die Rolle des Planers und Integrators zurückzuziehen – und scheiterte kläglich. „Das Modell war die richtige Idee, aber wir haben sie schlecht umgesetzt“, räumt Konzernchef Jim McNerney ein. „Wir haben uns mehr vorgenommen, als wir leisten konnten, und wir haben anderen mehr gegeben, als sie übernehmen konnten.“

Frankfurt Flughafen, warten auf den Direktflug nach New York: Erwartungsfreudige Urlauber vertiefen sich in ihren Reiseführer und Geschäftsreisende nutzen die letzte Gelegenheit ihre E-Mails zu checken. Allmählich füllt sich die Abflughalle mit wartenden Passagieren. Geraume Zeit später ertönt das erlösende Signal zum Aufbruch „We are now ready for boarding“. In raschem Durchlauf folgen kurzes Schlangestehen zur letzten Ticketkontrolle, Busfahrt zur Maschine und Eintauchen in den Flugzeugbauch, der die Fluggäste die kommenden 18 Stunden umgeben wird.

An Bord geht es recht eng zu, insbesondere in der Economy-Klasse, die dem Fluggast naturgemäß wenig Platz bieten kann. Für die Passagiere, die in der Regel eine längere Anfahrtszeit zum Flughafen hinter sich haben und entsprechend müde sind, entscheiden nun wenigen Zentimeter über eine positive Wahrnehmung während der Reise. Da sind kreative Lösungen willkommen, die dabei helfen, den Komfort für die Passagiere auf engstem Raum zu steigern. Ein Schlüsselelement dabei ist atmosphärisches Licht. Besonders effektvoll und beruhigend: der Anblick des Sternenhimmels – sowohl am Firmament als auch an in der Kabinendecke. Faseroptische Sternenhimmel ermöglichen durch ihre hohe Flexibilität in Bezug auf Biegeradien und Gestaltungsmöglichkeiten eine ideale und individuelle Ergänzung zum Gestaltungskonzept der Kabine.

Zusätzlichen Komfort bieten Leseleuchten, die jedem Passagier an seinem Sitzplatz zur Verfügung stehen. Die Beleuchtungslösung ermöglicht dem Fluggast den Lichtkegel individuell zu verstellen und zu justieren, ohne dabei Mitreisende zu blenden oder zu stören. Form, Farbe und Material der Leseleuchten werden ebenfalls an das Kabinenkonzept angepasst. Auch mit Contourlights, schmalen Leuchtrahmen für die Flugzeugfenster auf Basis von Faseroptik, lassen sich feine, aber nicht unwesentliche Komfortelemente in die Kabine integrieren.

Während derart innovatives Lichtdesign für die Economy Class noch recht neu ist, haben Ingenieure für die Business- und First-Class schon längst Beleuchtungslösungen entwickelt, die dem Fluggast höchsten Komfort ermöglichen. Wegweisende Beispiele hierfür sind auch die neuesten Entwicklungen im Bereich der Business- und First Class Sitze. Der Langstreckensitz lässt sich über Elektromotoren individuell verstellen und per Knopfdruck in ein komfortables Bett verwandeln. Die Beleuchtungslösungen, die sich in der Rückenlehne befinden, sind in die Gesamtkonstruktion des Sitzes integriert. Der Fluggast kann den Kopf der Leselampe über einen beweglichen Arm entsprechend seiner Sitz- oder Liegehaltung einstellen.
Da Economy-Passagiere zahlenmäßig den größten Anteil unter den Fluggästen einer Maschine ausmachen, sollten die Licht-Lösungen platzsparend sein und gleichzeitig der Leistungsverbrauch der einzelnen Lampe gering ausfallen.

Bei LED-Beleuchtungslösungen von Schott, die sich durch hohe Energieeffizienz auszeichnen, beträgt der Verbrauch nur wenige Watt pro Sitz. Das ist bedeutend weniger als bei einer normalen Zimmerleuchte, deren durchschnittlicher Verbrauch bei 60 bis 100 Watt liegt. Durch die Langlebigkeit der verwendeten LEDs bewegt sich der Wartungsaufwand gen Null.

Die Kombination von LED und Faseroptik schafft die Voraussetzung für ganz neue Lichtkonzepte im Flugzeug. Durch die technische Möglichkeit, Führung und Ausbringung des Lichts von der Beleuchtungsquelle zu trennen, kann Licht in nahezu jeden Bereich des Flugzeugs gebracht werden. Auch in Bereichen, in denen die Anbringung konventioneller Kabel nicht möglich ist. Die LED mit ihrer – wenn auch geringen – Wärmeabstrahlung können immer so platziert werden, dass sie keinen störenden Einfluss auf andere Flugzeugsysteme haben. Faseroptik ist extrem widerstandsfähig, was sich in geringen Wartungskosten niederschlägt. Zudem zeichnen sich Glasfasern durch einen extrem kleinen Durchmesser und geringes Gewicht aus. Sie gewährleisten im Flugzeug optimale Brandsicherheit, hohe Flexibilität, geringe Störanfälligkeit und lassen sich in äußerst geringen Biegeradien frei verlegen.

Auch wenn die neuen Lichtlösungen die Flugzeit natürlich nicht verkürzen können, so tragen sich doch dazu bei, dass auch der Economy-Reisende mit Blick auf den Sternenhimmel angenehmer und gelassener reist.

Gina Hardebeck

Bild: Airbus

„Bei Airbus arbeitet eine größere Zahl von Spezialisten, deren Aufgabe darin besteht, Daten so aufzubereiten und bereitzustellen, dass sie im richtigen Format und passenden Umfang zum Zulieferer gelangen, beziehungsweise wieder in die Airbus-Systeme integriert werden können“, sagt Joachim Günther, Berater beim PLM-Spezialisten CIMPA, Hamburg. Konkret heißt das: Einerseits werden CATIA Nativdaten, die in ENOVIA VPM gespeichert sind, über Open DXM zur Verfügung gestellt. Andererseits werden Ursprungsdaten intern in ein komprimiertes Format konvertiert, das eine DMU-Darstellung etwa des Bauraums und der Komponenten erlaubt. Beide Arten von Daten werden auf einem so genannten Drop Server für den Zugriff der Supplier bereitgestellt.

Diese Arbeit nimmt etwa die Hälfte des Gesamtaufwands ein, denn auch der Zulieferer muss eventuell noch Daten in sein eigenes CAD-System konvertieren. Vor allem aber muss er vor der Sendung seiner Entwicklungsergebnisse die vorgeschriebenen Checks durchführen und nachweisen können, dass seine Lieferung den qualitativen Anforderungen entspricht. Diesen Aufwand muss jeder Lieferant betreiben, und auch dessen Unterlieferanten müssen ein vergleichbares Procedere durchlaufen.

Um dieses aufwändige Verfahren zu umgehen, setzte Airbus eine Technologie ein, deren Daten-Komprimierungsverfahren ursprünglich für das NASA Mars Rover Programm entwickelt worden war: Hewlett Packard Remote Graphics Software erlaubt es, High-end Designsysteme fern zu bedienen. Der Grafikkarten-Inhalt auf dem gesteuerten Rechner wird dabei in Form komprimierter Pixeldaten transferiert und mit minimaler zeitlicher Verzögerung auf dem Remote Bildschirm zur Darstellung gebracht. Umgekehrt werden die Eingaben des Benutzers als Fernsteuerung an die Applikation auf der anderen Seite übertragen und dort ausgeführt.

Die Frage war: Reicht die Performance dieser Technologie auch für die Anforderungen eines Entwicklungsingenieurs, der mit CAD-Anwendungen dreidimensional arbeitet? Reagiert das System schnell genug auf die Ferneingaben? Können die Ergebnisbilddaten so rasch via Datenfernübertragung dargestellt werden, dass es sich für den Benutzer anfühlt, als arbeite er selbst an der CAD-Workstation? Um sie zu beantworten wurden von den PLM-Spezialisten in Hamburg umfangreiche Tests im Rahmen eines Pilotprojektes durchgeführt. Zwölf Entwickler der Elbe Flugzeugwerke, Zulieferer von Airbus, wurden Mitte 2006 unter anderem mit einfachen PC an die HP Workstations bei Airbus gekoppelt. Während die Ingenieure ihrer Arbeit nachgingen, wurde der Datenverkehr im Netzwerk gemessen und mit dem subjektiven Empfinden der Designer verglichen.

Beispiel

Eine zweite Bedingung ist die Bandbreite der Übertragungsleitungen und ihre Nutzung durch eine größere Anzahl von Entwicklern. Dazu erstellte das Projektteam eine Matrix, in der die gleichzeitige Arbeit unterschiedlich vieler Ingenieure mit einer unterschiedlichen Kombination von Applikationen aus ENOVIA VPM, CATIA V4, CATIA V5, und den DMU-Anwendungen dVise und TreND verglichen wurde. „Das Ergebnis dieses Tests lässt interessante Schlüsse zu“, so Joachim Günther von CIMPA: „Bei einer Übertragungsbandbreite von vier Mbit/Sekunde können fünf Entwickler bei Elbe Flugzeugwerke gleichzeitig so komfortabel zugreifen, als arbeiteten sie intern an der eigenen Workstation. Die Bewertung der Testpersonen war gut bis sehr gut.“

Wichtig – für beide Seiten – ist die Auswirkung der neuen Methode auf den gesamten Entwicklungsprozess. Bisher lagen oft fünf bis sechs Wochen zwischen den Lieferungen des aktuellen Entwicklungsstandes und dem Abgleich der Daten. Jetzt arbeiten die Entwickler bei Elbe Flugzeugwerke, als säßen sie direkt bei Airbus. Sie nutzen die Original-Applikationen für CAD, PDM und DMU, verwalten und versionieren damit ihre Daten wie jeder Airbus-Mitarbeiter. Der Status der in den Airbus-Datenbanken gespeicherten Daten entspricht, dank stündlichem Update, dem exakten Stand der Entwicklung, was das Freigabe- und Änderungswesen enorm erleichtert. Für das gesamte Engineering bedeutet das auch, dass an jedem Platz sofort auf alle relevanten Informationen und Produktdaten zugegriffen werden kann. Wahrscheinlich führte diese Tatsache zu der Zeiteinsparung von 40 Prozent während des Projekts.

Die Erfahrungen waren so positiv, dass die beteiligten Ingenieure nach Ende der Pilotphase im November 2006 nicht mehr das bisherige Verfahren anwenden wollten; und die Elbe Flugzeugwerke äußerten den Wunsch, alle 26 Arbeitsplätze im Engineering auf HP Remote Graphics Software umzustellen. Für Airbus und CIMPA steht deshalb fest, dass sich für viele Anwendungen eine interessante Alternative auftut. Neben rund 120 deutschen Airbus-Ingenieuren, die während ihrer Arbeit im Electric New Design Plateau in Toulouse über HP Remote Graphics auf ihren Workstations in Hamburg arbeiten, startet deshalb in Kürze ein zweites Pilotprojekt bei EADS in München, an dem 13 Entwickler beteiligt sein werden.

Trienwerk-Tests

Gegenwärtig läuft das Optimieren der Triebwerke über die Reduzierung von Sekundärströmungsverlusten mittels CFD (Computational Fluid Dynamics oder Numerische Strömungssimulation). “Der Trend geht zu immer hochwertigeren Simulationsverfahren, die mit immer weniger Versuchen zur Validierung auskommen”, bringt es Dr. Gerhard Kahl, Leiter Kompressortechnologie bei MTU Aero Engines, auf den Punkt. “Und die Vorhersagen der Simulationen liegen sehr nahe am realen Ergebnis.” Die Resultate solcher Bemühungen bringen jeweils Verbesserungen um einige Zehntel Wirkungsgradpunkte. Vielfach sind die Ingenieure schon an den Grenzen des physikalisch Machbaren angelangt und jagen nur mit immer größerem Aufwand immer kleineren Effekten hinterher.

Dr. Gerhard Kahl - MTU Aero Engines

Pratt&Whitney, Lockheed Martin, Allison Gas Turbine, General Electric (GE), Gulfstream, Rohr Industries, NASA und Boeing entwickelten als Antwort auf den Ölpreispeak von 1973 den Open Rotor. Ein solcher Open Rotor, der einen Schub lieferte, wie ihn der A320 braucht, hätte das gigantische Nebenstromverhältnis von 35:1, würde etwa ein Viertel weniger Sprit durchlassen, wäre laut und hätte einen Durchmesser in der Größenordnung von vier Metern.

Aber die beiden Richtungen Getriebefan und Open Rotor spalten nicht die Gemeinde. Beide Konzepte bieten Potential, aber niemand kann eine fundierte Prognose liefern, zu viele Probleme sind bei beiden noch zu lösen. So haben die großen Triebwerkshersteller zwar ein Lieblingskonzept, lassen aber auch das andere nicht aus dem Auge. CFM International, ein Joint-Venture zwischen GE und Snecma, beschäftigt sich mit dem Open Rotor und dem gegenläufigem Getriebefan. GE und die NASA arbeiten zusammen an einem gegenläufigen Open Rotor und auch Rolls-Royce befasst sich im EU-Projekt DREAM ausführlich mit diesem Konzept.

MTU und Pratt & Whitney arbeiten schwerpunktmüßig am Getriebefan-Triebwerk, mittlerweile einem fast verdoppelten Nebenstromverhältnis bis zu 12:1. Die Kooperationspartner entwickeln nun einen Demonstrator auf der Basis des PW6000-Kerntriebwerks, wie es am Airbus A318 eingesetzt wird. In der zweiten Jahreshälfte sollen Flugversuche mit einer Boeing 747 folgen, später mit einem A340. Auch Mitsubishi hat sich mit dem 70- bis 90-sitzigen Regionaljet und Bombardier mit der 110- bis 130-sitzigen C-Serie für den Getriebefan entschieden.

Die beiden Konzepte zeigen außer geringerem Spritverbrauch noch weitere Vorteile. Die CFM-Lösung verspricht um 15 bis 25 Prozent, der PW8000 10 Prozent geringere Betriebskosten.

Christian Speydel - Rolls Royce

Gegenläufige Fans werden nicht nur beim Getriebefan, sondern auch beim Open Rotor eingesetzt und da die nachlaufende Schaufel dabei mal im Windschatten der vorderen mal im volle Staudruck ist, entstehen Druckpulse, was den Lärm verstärkt und für Vibrationen sorgt. “Die Form der Schaufeln ist also nicht alleine das Problem, sondern auch die Druckpulse”, so Konrad Vogeler. Diese Druckpulse müssen automatisch gedämpft werden, etwa durch einen Aktor, der entsprechend entgegengesetzte Druckpulse erzeugt und durch ein geeignetes Design der Rotoren. “Man weiß was man machen muss, aber noch nicht genau wie”, bringt es Konrad Vogeler auf den Punkt.

Um die Probleme mit den Triebwerkskonzepten zu lösen, braucht man die entsprechenden Simulatonsprogramme. “Die heutigen Rechenverfahren sind in ihrer Vorhersagekraft bereits extrem fortgeschritten, können aber Sekundäreffekte, wie Wirbelbildung an Ecken, das Ausblasen zwischen Stator und Rotor oder Kühlungsströme in Turbinenschaufeln nur ansatzweise wiedergeben”, so Dr. Christian Willert vom DLR-Institut für Antriebstechnik. Hier braucht man die Messdaten aus den Validierexperimenten.

In der Strömungsmesstechnik wachsen zunehmend die Anforderungen an eine zeitlich und räumlich hochauflösende Geschwindigkeitsmessung, im Besonderen in instationären, heißen und auch reagierenden Strömungen. Particle Image Velocimetry (PIV) erlaubt es, die Strömungsgeschwindigkeit an vielen Punkten innerhalb einer Messfläche zeitgleich zu erfassen. Durch zwei sehr kurz aufeinander folgende Lichtpulse liefert das Verfahren quasi Schnappschüsse der Strömung und kann so nicht stationäre Wirbelstrukturen sichtbar machen.

Christian Willert weiß: “Bildgebende Verfahren arbeiten immer schneller. Die momentane Kameratechnologie ermöglicht Bildfolgeraten von 10 kHz und mehr, bei reduzierter Auflösung. So liegen die Kameras zwar im Frequenzbereich der Schaufelfrequenzen, aber die Frequenzen der Wechselwirkungen in den Maschinen liegen deutlich über den Bildfolgefrequenzen der derzeitig verfügbaren Kameras.” Aber man braucht auch geeignete, gepulste Lichtquellen. Gepulste Laser arbeiten mit Frequenzen um die 50 Hz, teilweise bis zu 1 kHz, aber man braucht 10 kHz und mehr.

Weitere Möglichkeiten bieten Oberflächenmessverfahren mit temperatur- oder drucksensitiver Farbe. Dazu müssen die Farben schnell reagieren. Damit kann kontinuierlich der Druck- und Temperaturverlauf auf Schaufeln gemessen werden. Aber zum Erfassen nichtstationärer Effekte ist das Verfahren momentan noch zu langsam.

Das BSSM-System (Berührungsloses Schaufelschwingungs und Spalt-Messsystem) mit einem wandbündigen Sensor misst den Radialspalt und die Schaufelschwingungen. “Weiter werden Spaltsonden für präzise Rotorspaltmessung eingesetzt”, berichtet Gerhard Heider Leiter Technologieprogramme und Kernfunktionen bei MTU. “Langfristig sollten diese auch in fliegenden Maschinen einsetzbar sein zur kontinuierlichen Überwachung.” Die Spaltsonde funktioniert im Prinzip wie ein Kondensator: die Schaufel entspricht der einen Kondensatorplatte, die Sonde der anderen. Je nach Abstand der beiden ‘Platten’ stellt sich eine unterschiedlich hohe Kapazität ein. Und wenn Elektronik und Software dahinter schlau genug sind, funktioniert die Überwachung sogar online bei drehendem Rotor und jeder Schaufel.

Gerhard Heider: “MTU hat für die Hochdruckverdichter-Messung Standard-Sonden entwickelt, die bei nur sechs Millimeter Durchmesser haben und bis zu 700°C aushalten, also für alle Hochdruckanwendungen wo wenig Platz ist, geeignet sind.” In der Niederdruckturbine können die Ingenieure mittlerweile mit ungekühlten Sonden bis 1100°C zu messen.

Weiter setzt MTU FRAP-Sonden (fast response aerodynamic probe) der ETH Zürich ein, um hinter dem ersten Rotor instationäre Winkel- und Druckänderungen, so genannte Nachlaufdellen, zu vermessen. Zudem stehen verbesserte Traversiersonden zur Verfügung, zur Durchführung von Druck- und Temperaturmessungen bei laufendem Rig. Die Messstelle ist dabei über mechanisches System auf der Fläche beliebig bewegbar.

Barbara Stumpp

Themenpark Aerospace Compsite World

Die rasante technologische Entwicklung im Flugzeugbau machen Composites zu einer der wichtigsten Werkstoffe im Bau von Flugzeugen. Ziel dieses Themenparks ist, Anbietern, Verarbeitern und Anwendern von Composite Strukturen innerhalb der AIRTEC einen ganz besonderen Ausstellungsbereich zu bieten und allen Teilnehmern, Ausstellern und Besuchern, eine internationale Plattform zum Informations- und Wissensaustausch und für die Entwicklung neuer Composite Projekte und für intensive Fachgespräche zu geben. Besucher sind alle wichtigen Anwender aus der Luftfahrtindustrie, die bereits Composites einsetzen oder vermehrt einsetzen werden, wie Konstrukteure, Entwickler, Einkäufer von OEMs und von Teilen aus der gesamten Luftfahrtbranche. Der Themenpark Aerospace Composite World bietet Besuchern den Vorteil einer sehr intensiven und fokussierten Ansprache, um bestehende Lieferantenbeziehungen zu vertiefen und neue Lieferanten zu finden. Die Vorteile der Aerospace Composite World liegen auf der Konzentration und der Spezialisierung auf den Aerospace Composite Bereich und in ihrem hohen technologischen Anspruch.

Wichtige Aussteller aus zahlreichen Ländern, wie zum Beispiel Saertex, Scholz Maschinenbau, Aerostruktur Faserverbundtechnik, Fiberforge aus den USA und das CFK Valley Stade e.V. stellen aus.

Die 3. Internationale Fachkonferenz „Supply on the wings“, die in diesem Jahr unter dem Motto „Aerospace – The driver for the Industry“ steht, ist in den Themenpark „Aerospace Composite World“ eingebunden. Die dreitägige, englischsprachige Fachkonferenz bringt renommierte Experten aus verschiedenen Bereichen der Industrie und der Wissenschaft zusammen. Sie deckt die gesamte Bandbreite aktueller und zukünftiger Produkte der Luftfahrtindustrie ab, darunter:

• Composite Structures
• Metallic Structures
• Improved simulation (for composites and metallics)
• Engines
• Systems and components
• Aerospace supply chain

Obgleich die Konferenz alle relevanten Materialien der Luftfahrtindustrie einbezieht, liegt der Schwerpunkt auf Composite Structures. Das gesamte Programm enthält mehr als 50 Fachvorträge. Als Highlights sind drei hochkarätige Keynote Vorträge angekündigt von Airbus, Boeing und von der European Commission, sowie geladene Vorträge von Boeing, Israel Aircraft Industries, Rolls Royce, Hitco, Polish University of Science, Warsaw University und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR. Die Fachkonferenz „Supply on the wings“ ist ein idealer Treffpunkt für Fachleute aus dem Bereich Entwicklung, Engineering, Projektmanagement, Geschäftsführung, Produktion und ähnlichen Geschäftsfeldern. Die wissenschaftliche Leitung der Konferenz hat Professor Dr.-Ing. Richard Degenhardt von der PFH Göttingen und vom DLR. Vice Chairman ist Dr. Trevor Young von der University of Limerick in Irland.

Da liegt es nahe, dass der CFK-Anteil besonders in der Luftfahrtbranche stetig steigt: Hatte der A310 von 1983 noch weniger als 5 Prozent CFK verbaut, bringt es der A380 bereits auf 25 Prozent. Über 50 Prozent Kohlefaser-Werkstoff wird der A350 im Jahr 2012 auf die Reise nehmen. So lassen sich die Ziele der Luftfahrtunternehmen erreichen, bis 2020 den Treibstoffverbrauch je Kilometer und Passagier um 50 Prozent bzw. den CO2-Ausstoß um ganze 80 Prozent zu senken.

Jedoch verursachen die harten Kohlenstofffasern bei der zerspanenden Bearbeitung einen extrem hohen Abrasionsverschleiß, wogegen nur Schneidstoffe und Beschichtungen höchster Härte helfen. Zudem gilt es, die Fasern so zu trennen, dass sie sich nicht von der weitaus weicheren und thermisch sehr empfindlichen Harzmatrix ablösen. Daher geht die Tendenz bei der Zerspanwerkzeug-Entwicklung deutlich in Richtung gesteigerter Produktivität – mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten und längeren Werkzeugstandzeiten aber gleichzeitig auch mit dem Einhalten höchster Qualitätsanforderungen.

Links: Abrasionsverschleiß - rechts: mit Diamantbeschichtung

Diamant-Multilayer-Beschichtungen kombinieren Diamantschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften und verschiedenen Strukturen zu untrennbaren Einheiten. Sie sind prädestiniert zur Bearbeitung von CFK und anderen Verbund- und Sandwichwerkstoffen, die unter anderem zum Kleben oder zu Aufschmierungen neigen. Optimale Schichtspannungsverhältnisse und hervorragende Haftung zählen neben der extremen Härte zu den weiteren Vorteilen, die eine hohe Lebensdauer der Multilayer-Diamantschicht sichern.

Stark beanspruchte Diamantbeschichtungen werden für die industrielle Produktion kunden- und anwendungsspezifisch konstruiert. Denn jeder Werkzeughersteller hat eigene, spezielle Anforderungen an die verschiedenen Leistungsparameter seiner Werkzeuge. Und die verlangten Standzeiten oder Vorschübe lassen sich nur durch hochwertige und perfekt angepasste Diamantbeschichtungen erreichen. In einigen Anwendungen sind so Steigerungen von über 900 Prozent verglichen mit unbeschichteten Werkzeugen möglich. Ein Beispiel zeigt mit 90 Bohrungen unbeschichtet zu 500 beschichtet ohne Versagen des Werkzeugs oder der Beschichtung, welch enormen Einfluss Beschichtungen auf die Performance haben. Selbst die von Flugzeugbauern geforderten hohen Präzisionen in der Toleranzklasse H7 oder H8 sind mit Diamantschichten zu realisieren. Demnach sind Diamantbeschichtungen die ideale Veredelung eines sorgfältig entwickelten Bohrers oder Fräsers – und damit ein wichtiger Baustein im Gesamtkonzept „Werkzeug“.

AKL-08: Internationaler Laser Technology Congress 2008

Prof. Dr. Stewart Williams - Cranfield University

Prof. Dr. Reinhart Poprawe - Frauenhofer-Institut für Lasertechnik ILT

In auffallend vielen Referaten ging es diesmal um Lösungen für die Luftfahrt. Das EU-Projekt FANTASIA (Flexible and near - net shape generative manufacturing chains and repair techniques for complex shaped aero engine parts) mit Teilnehmern aus acht Ländern entwickelt bis zum Jahr 2010 beispielsweise das ‚laser metal deposition’ (LMD) und das ‚direct laser forming’ Verfahren (DLF), mit denen sich Bauteile endkonturennah reparieren beziehungsweise fertigen lassen. Dr. Konrad Wissenbach, Abteilungsleiter Oberflächentechnik am Fraunhofer ILT: „Diese Techniken bieten in Kombination mit konventionellen Fertigungsverfahren die Möglichkeit, einen Durchbruch bei der Produktion von Flugzeugtriebwerks-Bauteilen zu erzielen.“ Ein interessantes Ergebnis: Es lassen sich außer den konventionellen Legierungen auf Nickel- und Titanbasis auch neue Werkstoffe wie Titan-Aluminium verarbeiten.

Die Ergebnisse können sich sehen lassen. Der Fachmann präsentierte in Aachen beispielsweise ein von Sulzer Innotec entwickeltes LMD-Verfahren, um mit einem siebenachsigen Handling-System und einem 1,5-Kilowatt-Faserlaser bis zu 96 Löcher in Turbinen per Schweißen zu reparieren. Ein anderes Verfahren, nämlich SLM (selective laser melting), eignet sich zum schnellen Herstellen von Teilen. So entstand innerhalb von nur sieben Stunden aus SLM-Inconel 718 ein sehr komplexer Prototyp (‚Swirler’ mit einem Durchmesser von rund 60 Millimetern). Die mechanischen Eigenschaften derartiger SLM-Prototypen können mit denen konventionell gefertigter Bauelemente durchaus mithalten. Während ein wärmebehandeltes Bauteil aus Inconel eine Festigkeit von rund 1200 Megapascal aufwies, erreichte die SLM-Variante immer noch über 900 Megapascal.

Nun war bei allen Versuchen meist die Rede von Versuchen auf der Basis von Inconel 718. „Doch wie sieht es eigentlich mit anderen Werkstoffen aus?“, wollte Dr. Gregor Kappmeyer, Manager Manufacturing Engineering and Technology bei Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG in Oberursel, wissen. Dr. Wissenbach erwiderte, dass die Analyse der mechanischen Eigenschaften aller typischen Rapid-Manufacturing-Werkstoffe für die Luftfahrtindustrie geplant sei. Am Ende des EU-Projektes soll eine Datenbank mit den Eigenschaften aller Werkstoffe stehen, mit denen die Entwickler von Flugzeugbauteilen arbeiten können.

Dr. Kappmeyers Interesse an neuen Werkstoffen und Laserverfahren kommt nicht von ungefähr, denn das Werk in Oberursel arbeitet seit Jahren sehr eng mit dem Fraunhofer ILT zusammen bei der Reparatur von Bauteilen, bei der neuerdings auch das Laserauftragschweißen (Laser Cladding) zum Einsatz kommt. In Aachen entstand ein maßgeschneiderter Prozess für eine Laseranlage (Trumpf Lasercell 1005), die seit der bestandenen Überprüfung durch ein Auditorenteam aus der Rolls-Royce-Zentrale beispielsweise Rotoren und Gehäuse repariert.

In der Entwicklung und Zertifizierungsphase befinden sich Verfahren für Blisks. Martin Spallek, verantwortlicher Leiter von Components-Repair: „Wir haben hier erfolgreich 60 Prozent der Schaufelhöhe wieder aufgebaut. Die eigentliche Kontur stellen wir per ‚adaptive milling’ wieder her.“ Auf dem Laserkongress interessierte einen Zuhörer, wie Rolls-Royce denn die sogenannte Wärmeeinflusszone (WEZ) als ein Gütekriterium für das Laser-Verfahren erfasse und definiere. Spallek: „Wir definieren den Einfluss über Metallographie und über die ermittelten Härtewerte. Es wird unter anderem auch der Härteverlauf über die WEZ hinaus getestet. Wenn die Ergebnisse im Bereich der zulässigen Spezifikationswerte liegen, gibt es keine Probleme beim Einführen eines derartigen Prozesses.“ Die WEZ sei in der Regel wegen des geringen Wärmeeintrags meist sehr klein: Bei einem Schichtauftrag von 0,1 Millimetern würde die WEZ beispielsweise etwa genauso dünn ausfallen.

Für Anwender wie Rolls-Royce besonders interessant ist das EU-Projekt AROSATEC (automated repair and overhaul system for aero turbine engine components), in dem ein Datenmanagementsystem entstand, das die individuellen Schritte beim Reparaturprozess von Flugantrieben miteinander verbindet. David Rainsford, Repair Development Manager bei der SR Technics Airfoil Services Ltd. aus Cork (Irland): „Das Ziel war eine mehr als bisher automatisierte Reparatur mit kommunikativen Schnittstellen zwischen jedem einzelnen Schritt des Prozesses.“ Bei dem AROSTEC-Teilnehmer handelt es sich übrigens um die ehemalige irische Service-Tochter von Swissair.

Das EU-Projekt zeigt auf, wie sich durch datentechnische Verknüpfung die unterschiedlichen Reparaturschritte zu einem Prozess vereinen lassen. Die entwickelte Software unterstützt alle Maschinen-Kinematiken und gängigen Steuerungen (wie Siemens, Heidenhain, Fanuc). Ein Plus: Unterschiedliches NC-Equipment lässt sich leicht anschließen. Auf der Unternehmensebene bietet die Software laut Rainsford den einfachen Anschluss an CAD, CAM, Quality-Assurance und Life-Cycle-Monitoring. Das Programm soll sich außerdem in ERP-Systeme integrieren lassen (Informationen und direkte Kontakte zu nationalen Teilnehmern stehen auf der Homepage www.arosatec.com). Integrieren per EDV geht Prof. Dr. Reinhart Poprawe M.A. noch nicht weit genug. Die Forderung des Leiters des Fraunhofer ILT: „Wir machen leider noch zu selten den Schulterschluss mit den Produktionsplanern, die durch geschickte Organisation in der Lage sind, zweistellige Prozentzahlen zur Steigerung der Produktivität einzusparen.“

Zu den Arosatec-Teilnehmern gehört auch MTU Aero Engines GmbH aus München. Dr. Mark Geisel beschäftigte sich jedoch mit anderen, ebenfalls EDV-typischen Problemen. Die Münchner wollten beispielsweise bei einem Bauteil für einen Kunden Bohrlöcher mit dem Laser noch exakter als bisher bearbeiten. Doch die Optimierung der Bohrung funktionierte nicht, obwohl es sich nur um Veränderungen im Bereich von Bruchteilen von Mikrometern handelte. Plötzlich wurden die Löcher nicht mehr sauber gefertigt. Schuld an der zunächst unerklärlichen Situation war ein Algorithmus, der die Parameter iterativ mit numerischen Verfahren in einzelne kartesische Bewegungen umgewandelt hatte. Doch eine kleine Veränderung von Parametern zeigte die Unzuverlässigkeit des bisher genauen Rechenprogramms auf. Erst nach Einführen eines sehr komplexen, exakteren Berechnungsverfahrens konnte MTU die Löcher wie gewünscht bohren.

Ein System zum Laserschweißen von glasfaserverstärkten Thermoplasten (GFK) hat die Advanced Fibre Placement Technology B.V. (AFPT BV) aus Sprang-Capelle (Niederlande) zusammen mit den Aachener Fraunhofer-Instituten ILT und IPT entwickelt. Das Ausgangsmaterial kommt auf Bändern auf die Anlage, auf dem es ein Hochleistungsdiodenlaser (2000 Watt) erhitzt. Diesen Prozess überwacht ein Online-Messsystem. Das Band mit dem geschmolzenen Plastik wird dann gepresst und gekühlt. Die AFPT-Anlage schweißt typische Aerospace-Werkstoffe wie kohlefaserverstärktes PEKK oder PEEK oder auch typische Industriematerialien wie glasfaserverstärktes PP oder PA. Bei dem Unternehmen ( afpt@wxs.nl) entstanden bereits verschiedene Maschinenkonzepte für die Luftfahrt- und Automobilindustrie. Ansprechpartner Coert Kok: „Flexible Optiken ermöglichen das Anpassen der Linsen an verschiedene Strahlgeometrien, umso für jede Komponente den optimalen Erwärmungsprozess zu erzielen.“

Nikolaus Fecht