Höhere Effizienz und geringere Emissionen:
zwei zentrale Ziele für die globale Luftfahrt

Die Komplexität in der Entwicklung produktionstechnischer Lösungen für die Luftfahrtindustrie nimmt stark zu, denn mit der Forderung nachhaltig zu fliegen und zu fertigen sind heute längst auch ökologische und soziale Aspekte bei neuen Entwicklungen zu berücksichtigen. Für Unternehmen gilt es nun strategische Fragen zu formulieren und zu beantworten: Was fertigen wir in Zukunft? Wo fertigen wir? Und wie tun wir das?

Ziel unserer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten ist es, diese Fragen gemeinsam mit den Unternehmen der Luftfahrtindustrie und ihren Zulieferern zu beantwoten.

Nachhaltig fertigen und fliegen

Das traditionelle »magische Dreieck« aus Qualität, Kosten und Zeit erweitert sich um eine vierte Dimension: die Nachhaltigkeit. Dies erfordert es, Produktionszyklen genauer zu betrachten und die verwendeten Materialien streng auf den Prüfstand zu stellen, um nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch und sozial verantwortlich zu handeln.

Unsere Forschung konzentriert sich deshalb vorrangig auf die Entwicklung moderner Komponenten für Turbomaschinen und Flugzeugantriebe, die durch höhere Effizienz und niedrigere Emissionen den Weg zu einer nachhaltigeren Luftfahrt ebnen.

Zentraler Baustein unserer Strategie: die durchgängige Digitalisierung der Wertschöpfungskette

Mithilfe Digitaler Zwillinge verbessern wir die Vorhersage unserer Produktionsprozesse, identifizieren mögliche Fehler und ihre Ursachen schon während der laufenden Fertigung, um rechtzeitig gegenzusteuern, und liefern eine transparente Dokumentation aller Prozessdaten.

Die Digitalisierung beflügelt die Transparenz und ökologische Effizienz entlang der gesamten Prozesskette und hilft uns dabei, die Integrität der Bauteile während des gesamten Lebenszyklus sicherzustellen.

Triebwerke der Zukunft können sich so nicht nur in Richtung des Einsatzes von Sustainable Aviation Fuels (SAFs) evolutionär weiterentwickeln, sondern auch hin zu völlig neuen, wasserstoffbasierten Antriebskonzepten.

Gemeinsam neue Kompetenzen entwickeln  

Um unsere ambitionierten Ziele zu erreichen, arbeiten wir eng mit OEMs, Zulieferern und Forschungseinrichtungen zusammen: In unserem umfassenden Netzwerk tauschen wir uns kontinuierlich mit Partnern aus Industrie und Forschung über neueste Entwicklungen aus und bieten ihnen ein breites Spektrum an Forschungsleistungen – vom Prozessdesign über die Prototypenfertigung bis hin zu ausführlichen Lebenszyklusanalysen.

Wir laden Sie ein, Teil einer Bewegung zu werden, die gemeinsam den Herausforderungen der Luftfahrtindustrie engegensieht, um die Produktion neuer Antriebe nachhaltig zu gestalten.

Ready for Take-off:
Konzepte und Produktionstechnologien für die Luftfahrtindustrie

Durch unsere langjährige Zusammenarbeit in einem Netzwerk mit großen Playern der Luftfahrtindustrie bringen wir viel Erfahrung aus den Produktionstechnologien und umfassende Kenntnis ihrer hohen Qualitätsansprüche in unsere Arbeit ein. So sind wir unseren Projekt- und Kooperationspartnern aus der Luftfahrtindustrie seit jeher ein wertvoller Ansprechpartner.

 

Evolutionäre Antriebskonzepte

Mit der Weiterentwicklung bestehender Antriebe hin zu höherer Effizienz und geringeren Emissionen steigen auch die Anforderungen an die Toleranzen und Komponentendesigns.

 

Hochleistungswerkstoffe für den Leichtbau

Jedes zusätzliche Kilogramm Masse verursacht während der Nutzung eines Flugzeugs insgesamt eine Million Dollar zusätzlicher Kosten. Wir unterstützen Sie mit serientauglichen Technologien für die automatisierte Produktion von Leichtbau-Komponenten!

 

Revolutionäre
Antriebskonzepte

Die langfristige Reduktion von Emissionen auf der Kurz- und Mittelstrecke erfordert neue Antriebskonzepte. Die direkte Verbrennung von flüssigem Wasserstoff und der Einsatz der fliegenden Brennstoffzelle sind hier vielversprechende Ansätze.

 

Nachhaltigkeit im Flugzeugbau

Die Analyse des Ressourcenverbrauchs ist ein wichtiger Baustein zur Optimierung der Effizienz – auch in der Produktion. Wir setzen auf die Kombination aus Prozesswissen und Digitalisierung, um ein ganzheitliches Bild zu erzeugen, das die Auswahl neuer Prozessketten erleichtert.

Für die Luft- und Raumfahrtindustrie umgesetzt

Erfahrene Partner schließen die Lücke zwischen Entwicklung und Serienfertigung

Das Fraunhofer IPT unterstützt seine Partner aus der Luftfahrtbranche schon seit mehr als 15 Jahren bei der Entwicklung neuer und immer leistungsfähigerer Fertigungsprozesse für Antriebe und Flugzeugkomponenten.

Mit dem Production Launch Center Aviation, kurz PLCA, schließt sich nun am Forschungsflugplatz Würselen-Aachen (vormals Aachen-Merzbrück) die Lücke zwischen der Entwicklung neuer Komponenten und der Serienfertigung: Unsere Erfahrung in der Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen, der Digitalisierung und Optimierung komplexer Produktionsprozesse sowie der Skalierung automatsierter Prozessketten für die Serienproduktion führen wir am Standort Aachen mit unseren Forschungs- und Industriepartnern zusammen: Im Zusammenschluss des PLCA wächst auf diese Weise in den kommenden Jahren ein hochmoderner Technologiepark mit enger Anbindung sowohl an die Aachener Hochschul- und Forschungsandschaft als auch an die produzierende Industrie der Luftfahrtbranche.

Nachhaltige Förderung durch den Bund und das Land Nordrhein-Westfalen

Mit dem Production Launch Center Aviation startet nun das erste Projekt für die nachhaltige Luftfahrt aus Strukturstärkungsmitteln für das Rheinische Revier. Bund und Land unterstützen darüber hinaus die nachhaltige Transformation des Rheinischen Reviers mit mehr als 14,8 Milliarden Euro. Das Land flankiert die Förderung aus Bundesmitteln mit eigenen Haushaltsmitteln. Bislang sind insgesamt 174 Projekte mit einem Fördervolumen von rund 1,52 Milliarden Euro bewilligt.

Nach 300 Stunden Bearbeitungszeit übergab das Fraunhofer-Team dem DLR die Blisk in Köln.
© DLR Köln, Institut für Antriebstechnik, M2VP
Nach 300 Stunden Bearbeitungszeit übergab das Fraunhofer-Team dem DLR die Blisk in Köln.

Neue Strategien für die Prototypenfertigung

Das Team rund um die Prototypenfertigung des Fraunhofer IPT fertigte im März 2022 eine Blisk von rund 650 Millimeter Durchmesser und einer Schaufellänge von etwa 250 mm aus einem einzigen Rohteil. Bei dem Bauteil handelte es sich um eine maßstabsgerecht verkleinerte Fan-Blisk aus Ti6Al4V, einer besonders schwer zu zerspanenden Titanlegierung.

Entworfen hatte die Blisk das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), um sie anschließend, gemeinsam mit dem Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen der Technischen Universität Braunschweig und Rolls-Royce Deutschland, für Versuche auf dem Querwindprüfstand für Luftfahrtantriebe in Braunschweig einzusetzen.

»First Part Right«-Strategie zur Fertigung des Blisk-Prototyps

Um Schwingungen der langen Fanschaufeln bei der Fräsbearbeitung zu vermeiden, mussten die Forschenden besonders für das Schlichten der Oberfläche vorteilhafte Spindeldrehzahlen ermitteln. Dazu bestimmten sie kontinuierlich die Werkstückdynamik, die sich während des Fräsprozesses ständig verändert. Das Team nutzte dazu sowohl Referenzmessungen mit dem Laservibrometer als auch Simulationen anhand der Finite Elemente-Methode (FEM). Ene selbst entwickelte Software, die auf Basis der Eigenfrequenzen von Werkzeug und Werkstück arbeitet, diente dazu, die passenden Spindeldrehzahlen automatisch auszuwählen.

Förderhinweis

Das Forschungsprojekt wurde vom Land Niedersachsen im Rahmen des EFRE-Programms gefördert.

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Additiv gefertigte Wasserstoff-Brennkammer im MicroMix-Design

In einem internen Forschungsprojekt haben die FH Aachen, das Fraunhofer IPT und die Präwest GmbH einen Prototypen einer additiv gefertigten Wasserstoff-Brennkammer hergestellt. Das Besondere ist das Design der Brennkammer: Das patentierte MicroMix-Verfahren verwendet im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsprozessen mit einigen großen Flammen viele kleine Flammen. Dadurch wird der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) deutlich reduziert bis auf das Niveau der fossilen Verbrennung.

MicroMix: Geringerer NOx-Ausstoß dank vieler kleiner Flammen

Die Wasserstoff-Brennkammer verfügt über das patentierte MicroMix-Design. Bei diesem kommen im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsprozessen mit einigen großen Flammen viele kleine Flammen zum Einsatz. Das reduziert den Ausstoß von Stickoxiden auf das Niveau der fossilen Verbrennung. Die MMX-Brennkammer ist so konzipiert, dass das Gas optimal strömen kann und es nahezu keine Totwassergebiete gibt. Die äußere Geometrie unterstützt das Strömungsverhalten der Flammringe zusätzlich.

Kosten um bis zu 90 Prozent reduziert

In dem gemeinsamen Forschungsprojekt nutzen die Partner zur Herstellung der Brennkammer mit der Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ein Additives Fertigungsverfahren. Mit dem LPBF kann die Brennkammer als Integralbauteil gefertigt werden und alle Funktionselemente, etwa die Luftleitbleche, sind bereits vollständig zueinander ausgerichtet. Darüber hinaus ist der Aufwand zur anschließenden Bohrung der Speichenzentrierung bei der LPBF-Fertigung deutlich geringer.

Simulationen haben gezeigt, dass der Einsatz von LPBF die Kosten und die Montagezeit einer solchen Brennkammer um bis zu 90 Prozent reduzieren kann.  

ICTM Aachen – gemeinsam forschen im Netzwerk

In unserem International Center for Turbomachinery Manufacturing, kurz ICTM Aachen, arbeiten wir seit vielen Jahren gemeinsam mit einem Netzwerk führender Unternehmen der Luftfahrtbranche an anspruchsvollen Themen rund um die Treibwerkfertigung.

Ziel des ICTM Aachen ist es, technologische Innovationen zu beschleunigen und in industrielle Anwendungen zu überführen. Die Community nutzt das gesamte Technologieportfolio aller Mitglieder, um exzellente Forschung und Entwicklung für den Turbomaschinenbau zu leisten.

Das ICTM Aachen bietet eine integrierte und interdisziplinäre Plattform, die sich in erster Linie auf Produktions- und Reparaturtechnologien konzentriert und Lösungen in der gesamten Bandbreite der Kompetenzen der beteiligten Forschungseinrichtungen bereitstellt. Da der Turbomaschinenbau ein hochgradig interdisziplinärer Markt ist, zielt das ICTM Aachen besonders auf Forschungs- und Entwicklungsansätze, die die Designtrends wiederspiegeln und den Einsatz fortschrittlicher Materialien forcieren.

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