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17.05.2018

Fraunhofer IWS steigert Effizienz von Flugzeugtriebwerken

Dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ist es gelungen, die Standfestigkeit von temperaturbelasteten Flugzeugtriebwerksteilen zu erhöhen. Das trägt dazu bei, dass der Kerosinverbrauch sinkt und CO2-Emissionen reduziert werden. Das Forschungsprojekt entstand in enger Zusammenarbeit mit dem Triebwerkspezialisten Rolls-Royce. Erste Triebwerke mit der auf additiv gefertigten Mikrostrukturen basierenden Technologie sind bereits im Einsatz.

In den Brennkammern moderner Flugzeugtriebwerke entstehen bei der Verbrennung Temperaturen von über 2000 Kelvin. Das liegt mehrere hundert Grad über den Schmelztemperaturen der verwendeten Materialien, weshalb die Komponenten intern und extern gekühlt und mit speziellen Wärmedämmschichten versehen werden müssen. Nach der Landung kühlen die Triebwerke schnell wieder ab. Der ständige Wechsel von Erhitzen und Abkühlen stellt eine enorme Belastung für die Bauteile in den Triebwerken dar. Diese müssen deshalb regelmäßig überprüft und gewartet werden.

  • Professor Frank Brückner und Mirko Riede (v.l.n.r) entwickelten Mikrostrukturen, mit denen sich unter anderem die Lebensdauer der Wärmedämmschichten verlängern lässt. Bild: Fraunhofer / Juergen Loesel

    Professor Frank Brückner und Mirko Riede (v.l.n.r) entwickelten Mikrostrukturen, mit denen sich unter anderem die Lebensdauer der Wärmedämmschichten verlängern lässt. Bild: Fraunhofer / Juergen Loesel

  • Das Forschungsprojekt entstand in enger Zusammenarbeit mit dem Triebwerkspezialisten Rolls-Royce. Für seine wissenschaftliche Leistung wird auch Dr. Dan Roth-Fagaraseanu vom Industriepartner Rolls-Royce mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis ausgezeichnet. Bild: Fraunhofer / Lumalenscape

    Das Forschungsprojekt entstand in enger Zusammenarbeit mit dem Triebwerkspezialisten Rolls-Royce. Für seine wissenschaftliche Leistung wird auch Dr. Dan Roth-Fagaraseanu vom Industriepartner Rolls-Royce mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis ausgezeichnet. Bild: Fraunhofer / Lumalenscape

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In jahrelanger Forschungsarbeit haben Prof. Frank Brückner und Mirko Riede vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Mikrostrukturen entwickelt, mit denen sich die Lebensdauer der Wärmedämmschichten verlängern lässt und die dazu beitragen, dass Kerosinverbrauch sowie Schadstoffausstoß beträchtlich sinken. Das Forschungsprojekt wurde in enger Zusammenarbeit mit dem renommierten Triebwerkhersteller Rolls-Royce durchgeführt. Im Kern basiert die von den Fraunhofer-Experten entwickelte Technologie auf filigranen, additiv gefertigten Mikrostrukturen. Diese werden zum Aufbau innovativer Wärmedämmschichten an den Turbinenbauteilen genutzt und sorgen dafür, dass in den sogenannten TBCs (Thermal Barrier Coatings) eine metallische, oxidationsbeständige Haftvermittlerschicht sowie eine keramische Dämmschicht miteinander verklammert werden.

Die Fraunhofer-Forscher haben dabei ein weiteres Problem gelöst, das beim schnellen Ausdehnen und Zusammenziehen der Bauteile auftritt. Denn dadurch entstehen mechanische Spannungen in der Dämmschicht. Ursache hierfür sind die unterschiedlichen Ausdehnungsgrade der Materialien. Das könnte zu horizontalen Rissen in der keramischen Schicht führen, die in der Folge abplatzen können. Die Mikrostruktur initiiert daher gezielt vertikale Segmentierungsrisse in der Keramikschicht. Diese vermindern Zugspannungen im Material und verhindern so das Entstehen der gefürchteten horizontalen Risse.


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Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)

Winterbergstraße 28
DE 01277 Dresden
Tel.: 0351-83391-0
Fax: 0351-83391-3300

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