Luftfahrt: Neuartige Turbinen machen Fliegen umweltfreundlicher

Luftfahrt: Neuartige Turbinen machen Fliegen umweltfreundlicher

von Wolfgang Kempkens

Jahrelang bauten Münchner Ingenieure an einer supersparsamen Flugzeugturbine. Jetzt soll sie zum Einsatz kommen.

Zwar hat die Luftfahrt nur einen Anteil von rund drei Prozent an den globalen Emissionen von Treibhausgasen wie CO2 - dennoch machen ständig steigende Passagierzahlen den Verkehr in der Luft zu einem zunehmenden Umweltproblem. Das soll jetzt durch neue Technik in den Turbinen zumindest entschärft werden.

Der Ausgangspunkt: Je schneller sich die Turbine eines Flugzeug dreht, umso weniger Kerosin verbraucht sie. In der Realität laufen die Flugzeugantriebe aber vergleichweise langsam und weit unter dem Optimum. Denn auf der gleichen Welle sitzt der so genannte Fan, das Schaufelrad, das ganz vorn im Triebwerk rotiert und von außen zu sehen ist. Bei zu hoher Drehzahl würden die Schaufeln auf Grund der Fliehkraft davonfliegen.

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Die Ingenieure des Münchner Turbinenspezialisten MTU hatten schon vor Jahren die Lösung im Kopf. Sie wollten zwischen Turbine und Fan ein Getriebe platzieren. Dann könnte die Turbine dreimal schneller rotieren als der Fan. Das, so hatten sie ausgerechnet, würde den Treibstoffverbrauch um stolze 15 Prozent senken.

Aber erst als die Kerosinpreise nach der Jahrtausendwende explodierten hatte das Konzept eine Chance. Jetzt ist Triebwerk mit Getriebe fertig. Es wird den Airbus A320neo auf Touren bringen, der ab Ende 2015 ausgeliefert werden soll. Etwa zeitgleich werden auch die neuen Flugzeuge mit 100 bis 150 Sitzen des kanadischen Herstellers Bombardier damit ausgerüstet.

Effizienz könnte sogar noch erhöht werdenDie Spriteinsparung könnte noch um einige Prozentpunkte höher ausfallen, wenn MTU eine weitere Neuerung einbringt: Turbinenschaufeln aus bisher nicht nutzbarem Titanaluminid. Diese Titan-Aluminium-Legierung hat eine kuriose Eigenschaft. Sie hält eine Temperatur von 800 Grad Celsius problemlos aus, obwohl Aluminium schon bei 200, Titan bei 500 Grad schmilzt. Außerdem ist es härter als die bisher genutzten Nickellegierungen und dazu noch fast 50 Prozent leichter.

An einer Eigenart aber bissen sich die Ingenieure zunächst die Zähne aus. Das Material lässt sich nur schwer in Form bringen. Das übliche Verfahren, die Rohform per Guss herzustellen, funktionierte nicht, weil dabei die extreme Härte verlorengeht. Also verlegte man sich aufs Schmieden. Dabei werden die Schaufeln gewissermaßen durch gezielte Hammerschläge in Form gebracht.

Professor Helmut Clemens, Werkstoffwissenschaftler an der Montanuniversität Leoben in Österreich, und der MTU-Werkstoffspezialist Wilfried Smarsky tüftelten gemeinsam die Randbedingungen beim Schmieden aus, bei denen die besten Ergebnisse erzielt werden. Vor allem ging es um die Temperaturverteilung. Das kann man noch optimieren, glauben die Experten. Ziel ist ein noch härteres Titalaluminid, das zudem noch höhere Betriebstemperaturen verkraftet.

Schon in ihrer heutigen Form lassen die Schaufeln die Fachleute staunen. Vor ein  paar Jahren ließ Smarsky Schaufeln mit weit mehr als der üblichen Drehzahl rotieren. Alle rechneten damit, dass das Bauteil nicht überleben werde. Doch die Schaufel blieb heil.

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