- Die neue Wärmebehandlungstechnik ermöglicht es, alte Turbinenblätter bis zu 5.000 Flügen wiederzuverwenden.
- Die Technik nutzt Hochdruckgase und Wärme zur Reparatur winziger Schäden im Inneren der Blätter.
- Das Forschungsteam hofft, die Lebensdauer der Blätter zu verlängern und die Nachfrage nach Neuproduktionen zu reduzieren.
- Das Projekt trägt den Namen Second_Life und wird in Zusammenarbeit mit mehreren deutschen Luftfahrtinstitutionen durchgeführt.
Eine neuartige Wärmebehandlungstechnik, die von deutschen Wissenschaftlern entwickelt wurde, verspricht, alten Turbinenblättern ein zweites Leben zu verleihen, die kostspielige Notwendigkeit eines Austauschs zu reduzieren und wichtige Rohstoffe zu sparen. Diese Methode wurde von Wissenschaftlern der Ruhr-Universität vorgeschlagen und nutzt Hochdruckgase und Wärme, um winzige Schäden im Inneren der Turbinenschaufeln zu reparieren. Berichten zufolge kann diese Technik die Blätter nach 5.000 Flügen in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzen. Laut dem Forschungsteam ermöglicht diese innovative Technik, dass die Blätter auch nach mechanischem Stress und extremen Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius weiterhin wiederverwendbar sind.
Diese Initiative ist Teil eines dreijährigen Projekts mit dem Namen Second_Life, das im August 2026 startet und in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Triebwerksreparatur-Spezialisten Lufthansa Technik, dem Unternehmen für Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung Aalberts Surface Technologies sowie dem Metallverarbeitungsunternehmen Otto Fuchs durchgeführt wird.
Extreme Herausforderungen für Turbinenblätter
Turbinenblätter sind so konzipiert, dass sie extremen Temperaturen standhalten, die manchmal 1.500 Grad Celsius überschreiten und sogar über den Schmelzpunkt des Materials hinausgehen. Diese Blätter können Drehzahlen von bis zu 16.000 RPM und enorme Zentrifugalkräfte aushalten und bestehen typischerweise aus einkristallinen nickelbasierten Superlegierungen. Ihre Atome bilden eine kontinuierliche Kristallstruktur ohne Korngrenzen, was das Material bei hohen Temperaturen schwächen kann. Dennoch degradieren selbst diese Materialien im Laufe der Zeit. Extreme Bedingungen verändern die innere Struktur der Blätter und schwächen deren Festigkeit, indem sie winzige Poren bilden.
Die Turbinenblätter der ersten Stufe werden normalerweise nach etwa 5.000 Flügen ausgetauscht, was einer Dienstzeit von etwa drei bis sechs Jahren entspricht. „Während des Turbinenbetriebs sind die Blätter hohen Zugspannungen ausgesetzt, die durch die Zentrifugalkraft bei hohen Temperaturen verursacht werden, und sie erleiden Schäden durch das sogenannte Kriechermüdungsverhalten“, erklärt Dr. Sebastian Weber, ein Forscher der Universität und Mitautor der Studie.
Anwendung der Wärmeisostatischen Drucktechnologie
Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben die Wissenschaftler eine Methode namens Wärmeisostatischer Druck (HIP) angewendet. Dieser Prozess umfasst das Erhitzen der beschädigten Teile unter gleichmäßigem Gasdruck und anschließendes schnelles Abkühlen. Dadurch können winzige Poren geschlossen werden, ohne die einkristallinen Eigenschaften des Materials zu beeinträchtigen. „Die Wiederherstellung der mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften wird durch Wärmeisostatischen Druck, kurz HIP, erreicht“, fügt Dr. Luis Becker, ein weiterer an der Studie beteiligter Wissenschaftler, hinzu.
Um diese Technologie zu testen, wird das Forschungsteam zunächst am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt reale Schäden an Turbinenblättern nachstellen. Sie werden die Proben hohen Temperaturen und mechanischen Belastungen aussetzen, um kontrollierte Kriechermüdungsschäden zu induzieren. Anschließend werden diese Proben an der Ruhr-Universität einer Wärmeisostatischen Druckbehandlung unterzogen, bei der die Forscher die optimalen Behandlungsbedingungen bestimmen und die mikrostrukturellen Veränderungen des Materials untersuchen. Nachfolgende mechanische Tests werden bewerten, ob diese Behandlung die ursprünglichen Eigenschaften der Blätter wiederherstellen kann. Das endgültige Ziel des Forschungsteams ist es, zu beweisen, dass beschädigte Turbinenblätter nach der Behandlung und Neubeschichtung sicher wiederverwendet werden können.
Diese Technologie hat das Potenzial, die Nachfrage nach neu hergestellten Turbinenblättern zu reduzieren. „Durch die Verlängerung der Lebensdauer der Turbinenblätter können wir die Nachfrage nach Neuproduktionen und den damit verbundenen Energie- und Rohstoffverbrauch senken“, fasst Weber in einer Pressemitteilung zusammen.
Projekt Spezifikationen Höchsttemperatur 1.500 Grad Celsius Drehzahl der Turbinenblätter 16.000 RPM Lebensdauer 5.000 Flüge
Potenzielle Auswirkungen der neuen Technologie auf die Luftfahrtindustrie
Diese neue Technologie kann nicht nur die Lebensdauer von Turbinenblättern verlängern, sondern auch dazu beitragen, die Nachfrage der Luftfahrtindustrie nach neuen Materialien zu senken. Angesichts des wachsenden Umweltbewusstseins wird es immer wichtiger, den Verbrauch von Rohstoffen und Energie zu reduzieren. Durch diese Technologie können Fluggesellschaften die Wartungskosten und die Umweltauswirkungen senken, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Darüber hinaus könnte dieser innovative Ansatz auch andere Branchen dazu anregen, ähnliche Reparaturtechnologien zu erkunden und die nachhaltige Nutzung von Ressourcen zu fördern.