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Auf der ISS erforscht – im Flugzeug eingesetzt

Die dritte Rotorstufe (rechts) der schnelllaufenden Niederdruckturbine in der A320neo von Airbus besteht aus Titanaluminid – weitere Rotorstufen sollen folgen.
Die dritte Rotorstufe (rechts) der schnelllaufenden Niederdruckturbine in der A320neo von Airbus besteht aus Titanaluminid – weitere Rotorstufen sollen folgen.
Flugzeuge werden immer leichter und schonen dadurch die Umwelt. Moderne Maschinen wiegen bis zu einem Viertel weniger als Vorgängermodelle – bei der Airbus A350 entspricht das immerhin dem Gewicht von gut 25 Mittelklassewagen. Zu verdanken ist dies unter anderem neuen, ultraleichten Werkstoffen – darunter Titanaluminid, ein Leichtbaumaterial, das die MTU Aero Engines zusammen mit Partnern für Triebwerksschaufeln entwickelt hat – und das in Rekordzeit. Know-how dafür kommt auch aus dem Labor der Internationalen Raumstation ISS.

In der Schwerelosigkeit des Alls können Tests durchgeführt werden, die auf der Erde nicht möglich wären. Denn die Erdanziehung verfälscht Ergebnisse mitunter und macht sie damit wertlos. So werden auch neuartige Materialien im Labor der ISS erforscht. Ein Beispiel ist Titanaluminid: Unter Leitung des Aachener Access-Instituts haben die Astronauten der Raumstation den Stoff untersucht und konnten so beispielsweise herausfinden, wie schnell er unter bestimmten Bedingungen abkühlt – eine entscheidende Erkenntnis, um den Werkstoff später auf der Erde verarbeiten zu können.

Forschung im All – Einsatz auf der Erde

Von den Forschungsprojekten im Weltall profitiert die Luftfahrt. Denn Titanaluminid ist perfekt für den Einsatz unter Extrembedingungen, wie sie etwa in Flugzeugtriebwerken herrschen: hohe Drücke und Temperaturen von mehreren hundert Grad. Nur wenige Materialien halten dem stand. Titanaluminid ist eines davon und kommt zum Einsatz in der schnelllaufenden Niederdruckturbine des Getriebefan-Triebwerks der MTU. Dabei ist der Werkstoff gerade mal halb so schwer wie bislang verwendete Legierungen aus Nickel – eine Sensation.

Und die Ergebnisse der Forschungsarbeit fliegen bereits. Das Münchener Unternehmen MTU Aero Engines, ein weltweit agierender Triebwerkshersteller, hat zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie eine hochfeste Variante des Werkstoffs Titanaluminid entwickelt und formt daraus Turbinenschaufeln. „Hat man bisher alle 20 Jahre mit dem Erscheinen eines neuen Werkstoffs gerechnet, ist es uns in gerade einmal sieben Jahren gelungen, ein neues Material dieser gänzlichen neuen Werkstoffklasse in die Serie zu bringen“, sagt MTU-Technikvorstand Dr. Rainer Martens.

Die Turbine auf Diät setzen

Neuartige Materialien wie Titanaluminid helfen, den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen zu senken, denn im Vergleich zu den bislang eingesetzten Nickellegierungen sind Turbinenschaufeln aus dem neuartigen Werkstoff nur halb so schwer; zudem erlauben sie weitere Gewichtseinsparungen der mit ihnen verbundenen Bauteile.

Titanaluminide eröffnen neue Horizonte, denn auch andere Triebwerkskomponenten können leichter gebaut werden. Dadurch werden Triebwerke noch ressourcenschonender, kraftstoffsparender und sauberer, denn jede Gewichtsreduzierung wirkt sich senkend auf Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen aus. Der neue Werkstoff leistet damit einen wichtigen Beitrag, um die ehrgeizigen Klimaschutzziele der Luftfahrtbranche zu erreichen.

Als erstes Flugzeug weltweit fliegt die A320neo mit einem Getriebefan-Triebwerk, das Titanaluminid-Teile enthält.

Die A320neo von Airbus setzt seit gut einem Jahr als erstes Flugzeug weltweit Schaufeln  aus Titanaluminid in der schnelllaufenden Niederdruckturbine eines Getriebefan-Triebwerks ein – made by MTU. Und die Forschungsarbeiten gehen weiter. Die Vision der MTU-Werkstoffspezialisten: Noch bessere Titanaluminid-Legierungen und noch mehr Triebwerksteile aus dem neuen Werkstoff zu realisieren.