Patrick Delisse HSM CAM Engineer, erinnert sich gut daran, dass das Unternehmen Mitte der 90er Jahre mit der Produktion zunehmend komplexer Aluminium-Bauteile begann. „Um diese effizient herzustellen, benötigten wir komplizierte Werkzeugmaschinen, so investierten wir in ein 4-achsiges Bearbeitungszentrum von Makino. Später kam das 5-Achs-Simultan-Fräsen hinzu. Wir brauchten eine zuverlässige NC-Simulationssoftware für die Bestätigung einer fehlerfreien Programmierung der Werkzeugwege, um sowohl das Werkstück als auch das Bearbeitungszentrum zu schützen. Die Verwendung der NC-Simulationssoftware. VERICUT® ist jetzt zwingend erforderlich; kein Programm geht in die Werkstatt, ohne vorher von VERICUT® überprüft und damit freigegeben worden zu sein.”

Die CAD/CAM-Daten erzeugt Siemens NX, während VERICUT® vor dem echten Maschinenlauf eine unabhängige Überprüfung und Simulation in Bezug auf kollisionsfreie Werkzeugwege bietet. So besteht die Sicherheit, dass die Verfahrwege der Maschinen-Achsen keine Kollision zwischen Struktur, Werkstück, Spannvorrichtungen und Werkzeugen verursachen.

Die Maschinensimulation ist für DutchAero auch angesichts der Neuzugänge im Maschinenpark von immenser Bedeutung: In VERICUT® definiert wurden sowohl die Maschinenmodelle des Breton 5-Achs-Bearbeitungszentrums (Dreh-Fräsen) als auch des StarragHeckert STC 5-Achs-Bearbeitungszentrums (Fräsen), das Strömungsteile wie Blisks produziert. Patrick Delisse: „Früher haben wir die ganze Entwicklung inhouse abgewickelt, heute arbeiten wir in enger Kooperation mit Zulieferern. Mit den Funktionen einer 3-Achs-Maschine umzugehen, war nicht allzu kompliziert, aber bei 5 Achsen wird es so komplex, dass wir auf die Fähigkeiten und Kenntnisse von CGTech bei der Maschinensimulation zurückgreifen.”

In VERICUT® modelliert ist auch die große Pietro Carnaghi VTL (CNC-Vertikal-Drehmaschine / Karusselldrehmaschine) im Bestand von DutchAero. Hintergrund sind die komplexen Fertigungsprozesse: Die Drehbank kann die Schneidköpfe von horizontal auf vertikal umstellen – VERICUT® bringt das Werkzeug in die richtige Ausrichtung, um jeden Bearbeitungsvorgang komplett simulieren zu können. Die Software zur Werkzeugverwaltung stammt von WinTool, und die Schneidwerkzeug-Baugruppen sind so genau wie möglich für den Einsatz in VERICUT® modelliert. Die Verifikationssoftware kann auch Modelle direkt von Herstellern wie Sandvik importieren, die die Werkzeugdefinitionen im Internet bereitstellen.

Patrick Delisse verwendet VERICUT® interaktiv auf seinem PC: „Ich lasse VERICUT® von Zeile zu Zeile laufen, bis das Programm einen Fehler anzeigt. Der Fehler wird korrigiert und es geht weiter bis zum nächsten. Am Ende starte ich VERICUT® erneut, um die Garantie zu haben, dass das ganze NC-Programm fehlerfrei ist. Üblicherweise lasse ich die finale NC-Simulation über Nacht laufen; komme ich dann morgens und sehe, dass das Programm in Ordnung ist, geht es umgehend an die Maschine.“

Im Übrigen kommen auch die Maschinenbediener bei DutchAero in die Programmierabteilung, um sich den virtuellen Maschinenlauf anzusehen und damit zu wissen, was sie beim neuen Auftrag erwartet. Noch dieses Jahr, mit dem Umstieg auf die aktuelle Version 7.1 und dem darin integrierten neuen VERICUT Reviewer wird dann auch dieser Schritt wegfallen.

Phillip Block (CGTech Marketing Leiter in Deutschland) dazu:

“Mit dem neuen Reviewer, der ab Version 7.1 kostenlos in VERICUT enthalten ist wird VERICUT mehr und mehr zu einer Art Schnittstelle zwischen Programmierabteilung und Fertigung. Der VERICUT Reviewer ist ein unabhängiger Player, der keine Lizenz verwendet. Er ist besonders für den Maschinenbediener von Vorteil, da der Reviewer es ihm ermöglicht, schnell & einfach ein VERICUT Projekt abzuspielen und durch diese zusätzliche Visualisierung eventuelle Fehler zu erkennen, oder einfach nur zu wissen was ihn beim Ablauf eines neuen Projekts erwartet.

Der Support durch VERICUT® ist integraler Bestandteil des Praxisalltags: „Wir wissen, wie die verschiedenen Superlegierungen bearbeitet werden müssen, wir kennen die richtigen Drehzahlen und Vorschübe, und mit dem Vertrauen in VERICUT® haben wir Maschineneinfahrzeiten und Ausschuss reduzieren können. Inzwischen ist es so, dass nur beim ersten Maschinenlauf Bediener und NC-Programmierer noch anwesend sein müssen.“

Neben der Simulation seiner CNC-Maschinen und Verifikation der NC-Programme setzt DutchAero das Optimierungsmodul OptiPath von VERICUT® ein, das den Vorschub automatisch gemäß Schnittbedingungen und aktuellem Materialabtrag anpasst, was die Bearbeitungszeit reduziert und zu längeren Werkzeugstandzeiten sowie zu besserer Oberflächenqualität führt. Während der Simulation speichert das Programm Tiefe, Breite und Winkel von Schnitten. Ferner speichert es die genaue Materialabtragsmenge jedes Segments. Somit kann OptiPath die Bewegung in kleinere Segmente einteilen. Gemäß der von den Segmenten abgetragenen Materialmenge passt das Programm den Vorschub an die aktuelle Schnittbedingung an. Anschließend wird eine neue Werkzeugbahn ausgegeben, für die ausschließlich der Vorschub geändert wurde. (Geometrisch findet keine Veränderung statt.)

Patrick Delisse zum OptiPath-Einsatz: „Einige Projektteile laufen bei uns über Jahre, da lohnt sich selbst eine vergleichsweise kleine Reduktion der Zykluszeit. Normalerweise entfällt ein signifikanter Anteil der Zykluszeiten aufs Zerspanen. Mit OptiPath aber sparen wir nicht nur Zeit ein, wir schützen damit auch die Schneidwerkzeuge und sorgen für eine geringere Belastung der Werkzeugmaschinenstruktur. Bleibt festzuhalten, dass wir mit einem optimierten NC-Programm auch die Lebensdauer der Werkzeuge erhöhen und immer öfter ein besseres Oberflächen-Finish erhalten.“

DutchAero verfügt aktuell über sechs VERICUT®- und zwei OptiPath-Lizenzen der neuesten Version. Natürlich ist jede Fertigungs-Software nur so gut wie der technische Support im Hintergrund. Patrick Delisse bescheinigt CGTech bei der fortlaufenden Betreuung Professionalität und Zuverlässigkeit von A-Z. Zumal er aktiver Teilnehmer des Technik-Forums von CGTech ist: „Etwa einmal pro Woche checke ich die neuesten Beiträge, um zu sehen, was passiert. Es ist wirklich sehr nützlich, sich mit den Gedanken und Ideen anderer zu befassen.“

Seit 2004 ist das Unternehmen mit Stammsitz Eindhoven unabhängiger Bestandteil des italienischen Avio-Konzerns. Ursprünglich gehörte DutchAero zur Engineering- und Produktionssparte des niederländischen Konzerns Philips, wurde indes vom führenden italienischen Luft- und Raumfahrtunternehmen Avio übernommen. Heute beschäftigt DutchAero rund 100 hoch qualifizierte Mitarbeiter auf 2.000 m² Betriebsfläche.

DutchAero produziert in erster Linie hochpräzise, sicherheitskritische Flugzeugteile: Komponenten für Flugzeugmotoren und Gasturbinen. Wurde früher noch aus Aluminium gefertigt, verwendet man heute zumeist Titan, Inconel und etliche andere hitzebeständige Superlegierungen (HRSA). „Die Anzahl der Motorenteile ist stetig gestiegen – nur einen kleiner Anteil dessen, was wir heute maschinell bearbeiten, fällt noch unter die Kategorie Strukturkomponenten. Zum Beispiel produzieren wir Komponenten für den F136-Motor des Lightning II Joint Strike Fighter, ein Mehrzweckkampfflugzeug. Das sind ziemlich bedeutende Komponenten mit Bearbeitungs-Zykluszeiten, die sich über mehrere Schichten erstrecken”, erläutert Patrick Delisse, HSM CAM Engineer.

Die MTU hat sich vor drei Jahren als Risk- und Revenue-Sharing-Partner am GEnx beteiligt und die Verantwortung für das Turbinenzwischengehäuse – kurz: TCF (Turbine Center Frame) übernommen – Programmanteil: 6,65 Prozent – und das ursprüngliche GE-Design technisch optimiert. Unter anderem wurden Heißgaskanäle verbessert und das Gewicht reduziert.

Das TCF ist der Übergang der Hochdruckturbine zur Niederdruckturbine und aufgrund seiner Lage im Triebwerk extremen Bedingungen ausgesetzt. Es muss die Gase, die die Hochdruckturbine mit einer Temperatur von mehr als 1.000 Grad Celsius verlassen mit möglichst geringen aerodynamischen Verlusten an Strukturbauteilen und Leitungen vorbei in Richtung Niederdruckturbine leiten.
Behle: „Die Fertigung muss höchsten Ansprüchen genügen.“ GE Aviation gehört zu General Electric und ist weltweit einer der führenden Hersteller von Antrieben, Komponenten und integrierten Systemen für zivile und militärische Flugzeuge.

Die Münchner MTU Aero Engines GmbH ist Deutschlands führender Triebwerkshersteller mit 7.600 Mitarbeitern und einem Umsatz von 2,6 Milliarden Euro in 2009. Das Unternehmen entwickelt, fertigt, vertreibt und betreut weltweit zivile und militärische Luftfahrtantriebe sowie stationäre Industriegasturbinen. Mit seinen Produkten ist der Triebwerkshersteller in allen Schub- und Leistungsklassen sowie bei wesentlichen Komponenten und Subsystemen – Verdichter, Brennkammer und Turbine – vertreten. Technologisch verfügt die MTU über die volle Systemfähigkeit und ist in diversen Bereichen wie Niederdruckturbinen- und Hochdruckverdichter-Technologien sowie Herstell- und Reparaturverfahren führend.

Diese Marktposition konnte die MTU auch durch die hohe Qualität ihrer Produkte erreichen. Alle Bauteile müssen sich bei den Münchnern innerhalb der vorgegebenen, engen Toleranzen bewegen – oftmals im Bereich von wenigen Hundertstel Millimeter. Um den hohen fertigungstechnischen Anforderungen der Triebwerksproduktion gerecht zu werden, setzt die MTU in ihren Bearbeitungszentren auf LaserControl NT von Blum-Novotest. Für die Funktionstüchtigkeit der berührungslosen Lasermesssysteme ist Walter Strohmeir, Anwenderbetreuer für NC-Technik, verantwortlich. Zu seinem Aufgabengebiet gehört darüber hinaus neben der Betreuung der Maschinenbediener bei praktisch allen NC-Sachverhalten auch die Programmierung von CNC Programmen sowie die Beschaffung der Maschinen und der passenden Peripherie.

Bereits Mitte der 1990er-Jahre konnte sich LaserControl NT im Rahmen des Auswahlprozesses bei MTU Aero Engines gegen Wettbewerber als das System mit dem meisten Know-how durchsetzen. Anschließend erfolgte die Anschaffung des ersten Laser-Systems, sukzessive sind auch die vorhandenen Maschinen nachgerüstet worden, während neue gleich mit LaserControl NT gekauft wurden. „Heute sind bei der MTU unternehmensweit über 100 Laser-Systeme von Blum im Einsatz. Mit Blick auf den 3-Schicht-Betrieb arbeiten rund 300 bis 350 Mitarbeiter mit LaserControl NT. Außerdem kommen noch an mehreren Maschinen Blum-Messtaster zum Einsatz,“ fasst Daniel Czujek aus dem Technischen Vertrieb von Blum-Novotest und Betreuer von MTU zusammen.

Im Zuge der Qualitätssicherung leisten die Systeme von Blum einen bedeutenden Beitrag bei der Fertigung aller Triebwerke von MTU. So auch bei der neuen Triebwerksfamilie GP7000, welche die Münchner zusammen mit Partnern fertigen. Die MTU ist dabei für die Niederdruckturbine, das Turbinenzwischengehäuse und die Hochdruckturbinen-Komponenten zuständig. Die GP7000-Triebwerksfamilie wird im Langstreckenbereich eingesetzt, u.a. seit August 2008 im Linieneinsatz beim Airbus A380. Das Triebwerk ist in seiner Klasse Benchmark in puncto Zuverlässigkeit, Verbrauch und Lärmemissionen.

Eine zentrale Rolle bei der Triebwerksfertigung spielt die Blisk-Bearbeitung. Blisk steht für maximale Leistung bei minimalem Gewicht und setzt sich aus den Worten ‚Blade’ für Schaufel und ‚Disk’ wie Scheibe zusammen. Dahinter steht eine integrale Rotor-Konstruktion. Scheibe und Schaufel bestehen also aus einem Stück, das macht Schaufelfüße und Scheibennuten überflüssig. „Wesentliche Vorteile von Blisk sind die deutliche Gewichtsreduktion, die Verlängerung der Lebensdauer, die Reduzierung der Bauteilzahl durch höhere Stufenbelastung sowie die Verringerung des Instandhaltungsaufwands. Die Teile sind hauptsächlich aus Titan. Zur Werkzeugeinstellung und Überwachung setzen wir in der kompletten Blisk-Fertigung in der ganzen Linie LaserControl NT ein,“ erklärt Heinz Baumgartner, Teamleiter in der Blisk-Fertigung des Mitteldruckverdichter-Bereichs für das TP400-Programm. Er betreut praktisch die komplette Zerspanung, die beim Blisking stattfindet. Sein Team besteht aus insgesamt 19 Mitarbeitern, von denen fast die Hälfte mit den Blum-Systemen arbeitet.

Ein weiterer wichtiger Vorteil, den die Lasersysteme dem Triebwerkshersteller bieten, ist die Maximierung des Auslastungsgrads der Maschinen. Schließlich steht in einer modernen, mannarmen Fertigung, wie sie auch bei der MTU zu finden ist, nicht immer ein Bediener an der Maschine. Oft ist ein Arbeiter für mehrere Bearbeitungszentren zuständig. Tritt ein Problem am Werkzeug auf, kann es ohne ein zuverlässiges Überwachungssystem lange dauern, bis der Fehler erkannt wird. Das kann einerseits ein gebrochenes Werkzeug sein, andererseits aber auch Werkzeugverschleiß oder ein Schneidenausbruch, der die Werkstückoberfläche ruiniert. Dieser Zustand gilt insbesondere auch für das Wochenende, wenn die Maschinen im Rahmen der mannlosen Fertigung am Samstag und Sonntag laufen, was aufgrund der Herstellkosten für die Produkte unerlässlich ist.

Das Ziel ist letztlich auch bei den Münchnern eine möglichst hohe Maschinenauslastung in Richtung des Industrie-Standards von 5.000 Stunden jährlich. Je länger die Maschinen laufen, umso günstiger sieht die Kostenseite aus. Dies ist nur mannlos über das Wochenende zu erreichen – und mit der Unterstützung durch LaserControl NT. Auch deshalb wollen die Fertigungsexperten von MTU Aero Engines in Zukunft  beim Thema Werkzeugbruch eine andere Strategie verfolgen, bei der auch das Lasermesssystem im Mittelpunkt stehen wird: Geplant ist die Interpretation der Fehlermeldung, d.h., wird vom Laser ein Werkzeugbruch erkannt, soll automatisch ein Schwesterwerkzeug eingewechselt werden. Dieser Automatismus steigert schließlich auch die Maschinenauslastung, denn unnötige Stillstandszeiten werden auf ein Mindestmaß reduziert. Die Funktion ist standardmäßig in den Blum-Messzyklen integriert.

Die hohe Prozesssicherheit, die die Laser-Systeme bieten, zeigt sich auch noch an anderen Stellen eindrucksvoll: Beim Großteil der Maschinen, die mit LaserControl ausgerüstet sind, kommt kein Gerät mehr zur Werkzeugvoreinstellung zum Einsatz. Bei einigen BAZs wird parallel gefahren, die MTU verfolgt jedoch das Ziel, zukünftig das Voreinstellgerät gar nicht mehr zu nutzen. „D.h., werden die Maschinen mit neuen Werkzeugen bestückt, erfolgt die Ermittlung der Werkzeugdaten µm-genau per Laser direkt auf der Maschine. Eventuelle Fehler, die durch die manuelle Eingabe der am Voreinstellgerät ermittelten Werkzeugdaten auftreten können, wie Tippfehler und Zahlendreher, sind somit ausgeschlossen. Außerdem ist die Vermessung direkt auf der Maschine deutlich präziser, da sie in der realen Spannsituation und unter Arbeitsdrehzahl vermessen werden,“ berichtet Winfried Weiland, Vertriebsingenieur bei Blum-Novotest.

Signifikante Vorteile sieht die MTU auch durch die von Blum 2003 eingeführte NT-Technologie, wodurch die früher zeitweise durch Kühlmittel verursachten Probleme komplett eliminiert wurden. Auf dieser Basis kann nun theoretisch mit tropfendem Werkzeug zum Laser gefahren werden und es arbeitet trotzdem fehlerfrei. Die Lösung stellt für den Triebwerkshersteller zusammen mit den vor einigen Jahren installierten Blasdüsen zur Werkzeugreinigung einen echten Quantensprung bei der Prozesssicherheit dar. Es bewährte sich dabei aber auch der gute direkte Kontakt der Münchner zu Blum, der sich über die Jahre hinweg wunderbar eingespielt hat. Selbiges gilt für den Sonderzyklus, den Blum geschrieben hat, damit die eingesetzten Spezialwerkzeuge mit speziellen Profilen gemessen werden können. Vermessen werden mit den Lasermesssystemen im Übrigen alle Arten von Werkzeugen. Das kleinste hat einen Durchmesser von nur 1,2 mm, der größte Messerkopf liegt momentan bei 250 mm.

LaserControl NT hat sich bei der MTU absolut bewährt, zumal die Münchner mit dem Laser-System ein Problem der täglichen Praxis lösen konnten: Aufgrund der langen Fertigungszeiten erfahren die Maschinen einen Wärmegang, der sich negativ auf das Bearbeitungsergebnis auswirken kann. LaserControl kompensiert diesen Einfluss durch Kalibriervorgänge zwischen den Fertigungsschritten. D.h., der durch die Kalibrierung festgestellte Wärmegang der Maschinenachsen bzw. der Spindel wird als additive Nullpunktverschiebung in der Steuerung hinterlegt. „Die Lasermesssysteme geben uns die notwendige Sicherheit für unsere Zerspanungsprozesse. Aber auch die hervorragende Zusammenarbeit mit Blum ist für uns von großer Bedeutung, denn sie verstehen, was wir wollen – und setzen es auch zeitnah um. Außerdem erhalten wir von ihnen immer mal wieder gute Tipps, u.a., wie wir die Werkzeuge noch schneller messen können. Letztlich stellt aber die Prozesssicherheit, die uns LaserControl NT bietet, das wichtigste Feature des Systems dar,“ zieht Walter Strohmeir ein positives Fazit.

Insbesondere das lauteste dieser Geräusche besteht typischerweise aus einem pulsierenden, niederfrequenten Dröhnen in der Kabine, das entsteht, wenn Druckwellen der rotierenden Blätter durch die Luft auf den Flugzeugrumpf übertragen werden und Schwingungen auslösen, die sich durch die Flugzeugstruktur fortpflanzen und in Innenverkleidungen gelangen. Solcherlei Geräusche werden oft erst bei Flugtests entdeckt, die normalerweise zu einem späten Entwicklungszeitpunkt durchgeführt werden. Da die Konstruktion dann in den Grundzügen bereits feststeht, bleibt den Ingenieuren nur, an verschiedenen Stellen im Flugzeug Schallschutzmaßnahmen zur Schwingungsdämpfung vorzunehmen. Anschließend müssen mehrere Flugtests durchgeführt werden, bis der Schall annehmbare Werte erreicht.

Dieses Vorgehen nach dem Trial-and-Error-Prinzip ist sehr kosten- und zeitaufwendig. Jeder Flugtest kostet Zehntausende Euro und nimmt mehrere Wochen in Anspruch. Hawker Beechcraft Corporation hat einen besseren Weg entdeckt. Das Unternehmen reduziert Kabinengeräusche mithilfe der Technologie von LMS Virtual.Lab Acoustics, um Schallpegel zu berechnen und verschiedene Konstruktionslösungen zu einem frühen Entwicklungszeitpunkt zu analysieren – anstatt sich beim Flugtest überraschen zu lassen. Der Ansatz wird zunächst bei der vollständigen Überarbeitung des Innenraums der neun Passagiere fassenden King Air 350i, Flaggschiff des Unternehmens, eingesetzt. Die King Air 350i verfügt über zwei Triebwerke mit mehr als 1.000 PS pro Flugzeug. Die Akustiktechnologie und die Prozesse werden anschließend bei der Schallverringerung für die kleineren Modelle eingesetzt: King Air B200GT und C90GTi. Die Modellreihe King Air ist die weltweit führende Turbo-Prop-Reihe: Seit ihrer Einführung in den Sechzigerjahren wurden nahezu 7.000 King Airs gebaut.

Schallberechnung zu Beginn der Entwicklung
Dr. Indranil Dandaroy, leitender Akustikingenieur bei Hawker Beechcraft, erläutert die einzelnen Schritte des Prozesses, mit dem die Innengeräusche anhand von Simulationen analysiert werden. Zunächst wird die aerodynamische Belastung des Propellers – im Prinzip der direkt von den Blättern ausgehende Schall – anhand eines recht einfachen branchenüblichen Ansatzes berechnet, der auf den Angaben des Propellerherstellers für die Größe der einzelnen Blätter, den Durchmesser und die Drehzahl beruht. Diese akustischen Lastdaten werden dann in die LMS-Lösung für Aeroakustik eingegeben, die die Schallausbreitung durch die Luft und auf den Flugzeugrumpf als Funktion aus der Druckbelastung und der Frequenz simuliert.

Die Software verfügt über Funktionen zur Fan-Modellierung, um die pulsierende Bewegung der rotierenden Blätter automatisch darzustellen. Und anders als bei konventionellen Verfahren, bei denen die Luftmenge aufwendig modelliert werden muss, beruht die LMS-Software auf der Randelementmethode (BEM), bei der lediglich die Oberflächen des Rechengebiets abzubilden sind, in diesem Fall, des Propellers und des Flugzeugrumpfes. Dieser Ansatz ist nicht nur schneller, sondern auch genauer als konventionelle Verfahren, da die BEM sowohl die Schallabstrahlung des Flugzeugrumpfes in das Flugzeuginnere als auch die Schallabstrahlung in das Freifeld berücksichtigt.

Auf der Basis dieser Druckbelastung des Flugzeugrumpfes bestimmt LMS Virtual.Lab Acoustics die Kabinengeräusche über eine Analyse der Fluid-Struktur-Kopplung, die Körperschall im Flugzeugrumpf und die entstehende Anregung des Innenraumvolumens der Kabine darstellt. Die Ergebnisse dieser gekoppelten Analyse bestehen in einem Schwingungsprofil der Flugzeugstruktur und einer Schalldruckdarstellung, die Schalldruckpegel im Kabineninnenraum zeigt. Sobald die vibroakustischen Modelle des Propellers, des Rumpfes und der Kabine erstellt und verknüpft sind, lassen sich verschiedene Möglichkeiten zur Senkung der Schallpegel in der Kabine einfach analysieren.

Die parametrischen Fähigkeiten der LMS-Software unterstützen diesen Ansatz, da die Ingenieure die Eigenschaften der Struktur- und Akustikmodelle leicht ändern können, indem lediglich die entsprechenden Werte für verschiedene Parameter eingegeben werden, statt völlig neue Modelle zu erstellen. „Mit vibroakustischer Simulation können verschiedene Szenarien zur Schallverringerung sehr schnell untersucht werden. Oft lassen sich dabei durch geänderte Analysemodelle zahlreiche Alternativen in wenigen Stunden analysieren, anstatt mit einer einzigen Änderung beim Prototypentest Wochen zu verschwenden“, so Dr. Dandaroy.

Optimierung der Konstruktion in puncto Geräuscharmut

Die Synchronisierung der beiden vierblättrigen Propeller gehört zu den ersten Faktoren, die anhand des vibroakustischen Modells untersucht werden. „Die akustischen Pulsationen zweier Propeller können sich teilweise aufheben, wenn die Blätter nicht gleichlaufen – das heißt, beide Blätter stehen nicht gleichzeitig senkrecht“, erläutert Dr. Dandaroy. „Eine Abweichung von 20 oder 30 Grad kann zu einer erheblichen Senkung der Schallpegel führen. Man muss allerdings genau den richtigen Winkel finden. Um die niedrigsten Schallpegel zu ermitteln, müssen viele Positionen analysiert werden.

Mit Simulationen lassen sich hier für jede Position die Schallpegel rasch berechnen.“ Anschließend bewerten die Ingenieure die Effektivität passiver Schallschutzverkleidungen an verschiedenen Stellen der Flugzeugstruktur, um Schwingungen zu dämpfen. Dazu gehören Masse-, Feder- und Dämpfersysteme, die Mini-Stoßdämpfern ähneln und Schwingungen mit bestimmten Frequenzen dämpfen sollen. Optimierte Schwingungsdämpfer werden an der Haut oder am Rahmen, Schwingungsisolatoren zwischen dem Rumpf und den Innenverkleidungen angebracht.

Von Lieferanten stammen dynamische Darstellungen dieser Elemente, die in das LMS-Akustikmodell eingegeben werden. In ähnlicher Weise stellen die Ingenieure den Effekt von Verkleidungen mit Constrained Layer Damping dar, einer viskoelastischen Schicht, die an der Innenfläche der Flugzeughaut angebracht wird, um die Schwingungsdämpfung zu unterstützen. „Durch die Simulation mit der vibroakustischen Software von LMS können wir verschiedene Kombinationen zur Schallreduzierung ausprobieren, um die optimale Lösung zu finden. Ziel ist die insgesamt geräuschärmste Flugzeugkonstruktion mit dem leichtesten Gewicht und den geringsten Kosten. Da wir diese Analysen zu einem frühen Entwicklungszeitpunkt durchführen können, haben wir die Freiheit, viele Möglichkeiten zu untersuchen, Mängel schon früh zu beseitigen und unerwartete Probleme bei den Flugtests – oder noch schlimmer – nach der Lieferung zu vermeiden. Die Genauigkeit und die Details dieser Simulationsanalysen ermöglichen uns einen besseren Einblick in das Akustikverhalten des Flugzeugs, der mit Flugtests nicht möglich wäre“, erläutert Dr. Dandaroy.

Eine lohnende Investition
Die Akustiksimulation lohnt sich für Hawker Beechcraft in hohem Maße. Laut Schätzung durch Dandaroy können die Flugtests zur Validierung von Schallpegeln in der Kabine um bis zu 60 % reduziert werden, sobald die Akustiksimulation vollständig in den Entwicklungsprozess integriert ist. Beim Modell King Air 350i sollen die Innengeräusche zielgemäß um 4 dBA gesenkt werden. Das bedeutet 25 % mehr Schallreduktion, als sich ohne Simulation erzielen ließen. Für die anderen Flugzeugmodelle der King-Air-Reihe wird die Akustiksimulation ebenfalls mit demselben Ansatz zur Schallverringerung eingesetzt. Außerdem ist geplant, die vibroakustische Technologie von LMS für die Luftkanalakustik, turbulente Grenzschicht-Schwingungen, die in die Kabine übertragen werden, und andere Probleme im Zusammenhang mit Schallpegeln im Innenraum zu verwenden, um den Flug für die Passagiere so leise wie möglich zu gestalten.

„Wir befinden uns im Übergang von einem vollständig testbasierten Verfahren nach dem Trial-and-Error-Prinzip zu einem schnelleren, effizienteren, frühzeitigen simulationsbasierten Akustikansatz für die Schallverringerung an vielen Stellen“, so Dr. Dandaroy. „In der Luftfahrt stellt eine geräuscharme Kabine einen entscheidenden Faktor für die Kundenzufriedenheit dar. Mit Akustiksimulation auf dem neuesten Stand der Technik können wir unsere Führungsposition auf diesem hart umkämpften Markt in den nächsten Jahren sicherlich ausbauen.“

Der Getriebefan ist die Basis des MTU-Technologieprogrammes Claire (Clean Air Engine): In drei Stufen sollen bis 2035 eine Kraftstoff- und CO2-Einsparung bis zu 30 Prozent erreicht und der Lärm halbiert werden. Alle wesentlichen Komponenten – gegenläufiger Fan und Wärmetauscher – wurden erprobt oder verifiziert.

 Als weiteres Schwerpunktthema geht die MTU auf Hochdruckverdichter ein. Im Rahmen des europäischen Technologieprogrammes NEWAC hat sie einen völlig neuen Kompressor gebaut und untersucht, der sich unter anderem durch eine aktive Pumpgrenzbeeinflussung auszeichnet. Das verschafft ihm ein deutlich breiteres Leistungs-spektrum und macht eine effizientere Gestaltung möglich. Die MTU zeigt einen Versuchsverdichter. Ebenfalls zu sehen sind Hightech-Reparaturverfahren, ein Schnittmodell eines Eurofighter-Antriebs EJ200 und ein Turbinenzwischengehäuse des GEnx, das den Boeing 787 Dreamliner und das Langstreckenflugzeug Boeing 747-8 sowie den 747-8-Frachter antreibt.

www.mtu.de

Wie erwartet spiegelt der Umsatz des militärischen Triebwerksgeschäfts die Auswirkungen der Einsparungen im Verteidigungshaushalt wider: Er lag bei 111,4 Mio. € nach 136,1 Mio. € im ersten Quartal 2010. Hauptumsatzträger war das Eurofighter-Triebwerk EJ200.

Der Umsatz der zivilen Instandhaltung stieg um 3 % auf 251,6 Mio. €.  Den höchsten Umsatzanteil hatte das V2500 für die Airbus A320-Familie. Der Auftragsbestand der MTU lag zum 31. März 2011 bei 4.323,5 Mio. € (31.12.2010: 4.506,7 Mio. €), was dem 1,6fachen des Jahresumsatzes 2010 entspricht.

 Neue Aufträge wurden vor allem für das V2500 und das GEnx gebucht. Die kürzlich veröffentlichten Getriebefan-Bestellungen für die A320neo sind noch nicht im Auftragsbestand enthalten. Eine starke Ergebnisverbesserung erzielte die zivile Instandhaltung: Ihr EBIT legte um 44 % auf 20,5 Mio. € zu (1-3/10: 14,2 Mio. €).

Die EBIT-Marge stieg um 2,3 Prozentpunkte auf 8,1 %. Mit einem Plus von 15 % auf 60,5 Mio. € (1-3/10: 52,8 Mio. €) ist auch das operative Ergebnis im OEM-Geschäft deutlich gestiegen. Die EBIT-Marge hat die MTU auf 14,4 % verbessert. „Die gute Ertragslage beweist einmal mehr die operative Stärke der MTU“, kommentierte Finanzvorstand Reiner Winkler. „Mit den Ergebnissen aus unserem Effizienzsteigerungsprogramm Challenge 2010, einem positiven Business-Mix aus Ersatzteil- und Seriengeschäft und der Ergebnisverbesserung der MRO haben wir sowohl die Rückgänge im Militärgeschäft als auch die F&E-Ausgaben, die wir wie geplant weiter aufgestockt haben, deutlich überkompensiert.“

Ihre Forschungs- und Entwicklungsausgaben hat die MTU gegenüber dem ersten Quartal 2010 um 25 % auf 64,5 Mio. € erhöht (1-3/10: 51,8 Mio. €). Dabei sind die eigenfinanzierten Ausgaben von 32,9 Mio. € um 23 % auf 40,4 Mio. € gestiegen.
Die Schwerpunkte der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten lagen auf den Antrieben der PW1000G-Familie für den Airbus A320neo, den Mitsubishi Regional Jet, die Bombardier CSeries und die Irkut MS-21, dem GEnx für den Boeing 787 Dreamliner und die Boeing 747-8 sowie dem GE38 für den schweren Transporthubschrauber Sikorsky CH-53K.

Egon Behle, Vorstandsvorsitzender von Deutschlands führendem Triebwerkshersteller, zeigte sich hoch erfreut: „Der Auftrag über 200 Triebwerke bedeutet für uns einen Umsatz von rund 200 Millionen Euro im Seriengeschäft. Wir freuen uns, dass der GTF das erste Triebwerk ist, das für die A320neo ausgewählt wurde.“ 

Das PW1100G zeichnet sich durch eine zweistellige Kraftstoff- und CO₂-Reduzierung aus. Zudem ist dieser Antrieb nur mehr halb so laut wie heutige. Der Getriebefan verspricht deutlich niedrigere Einsatzkosten. Insgesamt stehen mit diesem Auftrag jetzt mehr als 800 Bestellungen für die verschiedenen Versionen des PW1000G in den Büchern. 

Die MTU Aero Engines ist Deutschlands einziger unabhängiger Triebwerkshersteller und eine feste Größe in der Branche. Sie hat weltweit rund 7.900 Mitarbeiter. Im Geschäftsjahr 2010 lag der Umsatz bei rund 2,7 Milliarden Euro. Technologisch ist sie führend bei Niederdruckturbinen, Hochdruckverdichtern, Herstell- und Reparaturverfahren. Bei der Instandhaltung ziviler Triebwerke ist sie der größte unabhängige Anbieter der Welt.

Zum Umsatzanstieg 2010 habe insbesondere das starke Wachstum des zivilen Triebwerksgeschäfts beigetragen. Hier hat die MTU den Umsatz um 12 % auf 1.177,6 Mio. € verbessert (2009: 1.053,7 Mio. €). Die größten Umsatzanteile im Neu- und Ersatzteilgeschäft entfielen auf die Programme V2500 für die Airbus A320-Familie, PW2000 für die Boeing 757 und C-17 sowie CF6-80C für die Boeing 747 und die Airbus-Typen A310 und A330. Der A380-Antrieb GP7000 gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Verzögerung des Boeing 787 Dreamliners hat zu Umsatzverschiebungen beim Triebwerksprogramm GEnx geführt.

Niedriger als erwartet ist mit 485,9 Mio. € nach einem abrechnungsbedingt sehr starken Jahr 2009 (532,0 Mio. €) der Umsatz im militärischen Triebwerksgeschäft ausgefallen. Vor allem im Instandhaltungsbereich zeigen sich hier erste Auswirkungen der Einsparungen im Verteidigungshaushalt. Wichtigster Umsatzträger war der Eurofighter-Antrieb EJ200.

In der zivilen Instandhaltung erzielte die MTU einen Umsatz von 1.074,0 Mio. €; im Jahr 2009 waren es 1.057,6 Mio. €. Hauptumsatzträger war das V2500, das die Airbus A320-Familie antreibt.

Der Auftragsbestand der MTU lag zum 31. Dezember 2010 bei 4.506,7 Mio. € und damit um 9 % über dem Vorjahreswert von 4.150,9 Mio. €. Positiv wirken hier die hohen Auftragsein-gänge für den A380-Antrieb GP7000 und das V2500, das die A320-Familie antreibt. Der Auf-tragsbestand entspricht dem 1,7-fachen des Jahresumsatzes.

Der Auftragswert der vertraglich gebundenen Triebwerke in der zivilen Instandhaltung erreichte 6.934,7 Mio. US-$ und damit 3 % mehr als im Vorjahr (2009: 6.759,6 Mio. US-$). Hier schlägt sich besonders der V2500-Instandhaltungsauftrag der brasilianischen TAM positiv nieder.

Experten rechnen damit, dass sowohl der Passagierverkehr als auch das Frachtaufkommen 2011 weiter zunehmen – getragen vom asiatisch-pazifischen Raum und dem nordamerikanischen Kontinent. In beiden Regionen ist die MTU gut positioniert – auch mit Unternehmen vor Ort. Die Marktentwicklung dürfte sich daher in der Entwicklung des Unternehmens widerspiegeln: Für das Jahr 2011 rechnet die MTU mit einem Umsatzanstieg um 7 bis 8 %. Dazu soll das zivile Seriengeschäft mit einem Umsatzplus von 15 bis 20 % am stärksten beitragen. Ein Umsatzzuwachs von 5 bis 10 % wird im Ersatzteilgeschäft erwartet. Im militärischen Triebwerksgeschäft wird der Umsatz voraussichtlich um 10 % zurückgehen. Der Umsatz der zivilen Instandhaltung dürfte um 5 bis 10 % zunehmen.