Industrielle Automation 5/2015

Sicher abheben
Thermografie als wichtiges Analysewerkzeug in der experimentellen Forschung
und Qualitätssicherung von Flugzeugturbinen
Christiaan Maras, Frank Liebelt
Flugzeugturbinen müssen
definierte Materialeigenschaften
aufweisen, und das auch an den
bearbeiteten Oberflächen. Denn
kleinste Risse können verheerende
Folgen haben. Im Rahmen eines
experimentellen Forschungsauftrags
wurden daher die fertigungsbedingten
thermischen Belastungen
von Nickelbasislegierungen – sie
werden in Flugzeugturbinen
verwendet – untersucht. Und das
gelang mithilfe der Thermografie.
Die RWTH Aachen wurde 1870 gegründet
und betreut heute ca. 38 000 Studierende
– davon allein über 10 000 im Bereich
Maschinenbau. Die RWTH gehört längst
nicht mehr nur national zu den renommiertesten
Hochschulen im technischen Bereich
und profitiert fast schon selbstverständlich
von der Exzellenzinitiative des Bundes.
Das Werkzeugmaschinenlabor (WZL)
wurde bereits 1906 gegründet. Heute verfügen
WZL und Fraunhofer IPT gemeinsam
über ein Budget von über 60 Mio. EUR und
Christiaan Maras, Marketing Director,
FLIR Commercial Systems BV, Netherlands;
Frank Liebelt, Freier Journalist, Frankfurt
beschäftigen ca. 830 hochqualifizierte Mitarbeiter
(Stand 2014). Mit dem Fraunhofer
IPT (Institut für Produktionstechnologie)
kooperiert das WZL eng. „Zwei Institute
– eine Philosophie: Alle Aspekte der Produktionstechnik“
– so begreifen die beiden
Einrichtungen ihre Zusammenarbeit. Auch
wenn die Mitarbeiter des WZL ihre Arbeit
als (für eine Hochschule) ungewöhnlich
anwendungsnah begreifen, steht das WZL
in dieser Konstellation für
Forsch ung und Lehre, das
Fraunhofer IPT für Innovation
und industrielle Anwendung.
Wichtige Einsatzbereiche
sind Flugzeugtriebwerke
und Komposit-Bauteile für
die Luftfahrt- und Automobilindustrie.
Kritische Teile
einer Turbine
Zirka 2010 erhielten WZL und
IPT einen experimentellen
Forschungsauftrag zur Untersuchung
der fertigungsbedingten
thermischen Belastung von Nickelbasislegierungen,
die in Flugzeugturbinen
verwendet werden. Anlass dafür war ein
Unfall, der auf Mikrorisse im Bohrloch eines
Turbinenteils zurückzuführen war. Bei
tödlichen Flugzeugunglücken stehen Antriebsschäden
in der Häufigkeit laut einer
EASA-Studie (European Aviation Safety
Agency) immerhin an vierter Stelle der
möglichen Ursachen (nach dem Verlust der
Steuerungskontrolle, Feuer und ähmlichem).
Eine genaue Analyse, bei welchen Produk
tionsbedingungen stark beanspruchte
Bauteile den höchsten Qualitätsansprüchen
Es ist schon ein besonderer Moment, wenn
man zum ersten Mal ein Wärmebild sieht,
das in jedem Physiklehrbuch steht, so aber bisher
noch nie gemessen und überprüft werden konnte.
(Im Bild v.l.n.r) Roland
Müller, Fraunhofer
Institut für Produktionstechnologie,
Sascha
Gierlings und Matthias
Brockmann, Werkzeugmaschinenlabor
der
RWTH Aachen
genügen (und wann nicht), kann hier also
über Leben und Tod entscheiden.
Während bestimmte Bestandteile, wie die
Schaufeln einer Turbine, die durchaus im
Flug beschädigt werden können, ohne dass
Menschen dabei zwangsläufig zu Schaden
kommen müssen, hat ein Bruch des Turbinenrades
fast immer verheerende Folgen.
Deswegen müssen definierte Materialeigenschaften
vorliegen, auch an den bearbeiteten
Oberflächen (Geometrie, Rauheit,
Anomalien der Oberfläche, Härte). Kritisch
sind aber auch Gefügeveränderungen in
der Oberflächenrandzone wie Mikrohärte,
mikro-strukturelle Anomalien (Verformungsschichten,
Phasenveränderungen,
etc.) und Eigenspannungen eines Bauteils.
Optimierter Zerspanungsprozess
Wichtige Parameter für den Zerspanungsprozess
sind die Bearbeitungsgeschwindigkeit,
die Stärke oder Dicke des Spans sowie
die Materialabtragsrate. All dies wirkt sich
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