Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) setzt ihre Forschungsprojekte zu hocheffizienten Gasturbinen im Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science e. V. (WvSC) für zwei weitere Jahre fort. Die Projekte MRO 2.0 und HTA 2.0, die vom Land Berlin sowie der Europäischen Union gefördert werden, zielen darauf ab, den Wartungs-, Reparatur- und Entwicklungsprozess von Gasturbinenschaufeln zu optimieren und nachhaltige additive Fertigungslösungen zu entwickeln.
Inhaltsverzeichnis
1. MRO 2.0: Mensch-Maschine-Interaktion und KI im Fokus
2. Projekt konzentriert sich vor allem auf neue Prüfmethoden
3. Digitale Zwillinge vom gesamten Prozess
4. HTA 2.0: Nachhaltige additive Fertigung für Hochtemperaturanwendungen
5. Effizientere Lösungen für hohe Einsatztemperaturen
Gasturbinen spielen eine große Rolle in der Energieerzeugung. Dabei sind ihre Effizienz und Nachhaltigkeit von hoher Bedeutung: Wenn weniger Brennstoff benötigt wird, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen, werden Treibhausgasemissionen reduziert. Aktuelle Herausforderungen, wie der Verschleiß von Turbinenschaufeln durch Korrosion und harsche Betriebsbedingungen, erfordern innovative Lösungen.
Die Projekte zielen darauf ab, durch den Einsatz moderner additiver Fertigungsverfahren und digitaler Lösungen die Produktivität und Leistungsfähigkeit im Gasturbinenbau zu steigern, die Materialwiederverwendbarkeit zu erhöhen und bisher ungenutzte Potenziale auszuschöpfen.
MRO 2.0: Mensch-Maschine-Interaktion und KI im Fokus
Das MRO-2.0-Projekt konzentriert sich auf die Optimierung des Reparaturprozesses von Gasturbinenschaufeln. Dafür entwickelt das Team automatisierte und digitalisierte Refurbishment-Prozessketten, die Upgrades für hocheffiziente Gasturbinen ermöglichen. Ziel ist es, den Reparaturprozess von Turbinenschaufeln zu automatisieren und zu digitalisieren.
Während in der ersten Projektphase Demonstratoren und Anlagen zur Bewertung des Zustands der Turbinenschaufeln, aber auch additive Reparaturverfahren entwickelt wurden, liegt der Schwerpunkt der zweiten Projektphase auf der Überführung der Erkenntnisse in den Produktiveinsatz. Neben den technischen Fragestellungen werden auch arbeitspsychologische Aspekte, wie die Akzeptanz neuer Arbeitsabläufe und Verfahren beleuchtet.
Projekt konzentriert sich vor allem auf neue Prüfmethoden
Das BAM-Team konzentriert sich im Projekt vor allem auf neue Prüfmethoden zur Bestimmung der Restwanddicke und zur Bewertung oberflächennaher Schäden. Sie sollen es ermöglichen, den Zustand der gebrauchten Turbinenschaufeln exakt zu analysieren, um dann geeignete Reparaturschritte einzuleiten.
Für die Reparaturen werden additive Fertigungstechnologien genutzt. Die BAM entwickelt, bewertet und qualifiziert dazu geeignete Verfahren wie das Lichtbogendrahtauftragschweißen (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM), bei dem gezielt zusätzliches Material aufgetragen wird, um beispielsweise während des Betriebs auftretenden Materialabtrag zu ersetzen.
Digitale Zwillinge vom gesamten Prozess
Außerdem entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom gesamten Prozess virtuelle Modelle, sogenannte digitale Zwillinge. Mithilfe von KI-Algorithmen analysieren sie kontinuierlich Daten zu den Betriebsbedingungen und zum Verhalten der Turbinenschaufeln im Einsatz. So können sie Vorhersagen zur verbleibenden Lebensdauer von Komponenten treffen, proaktiv Wartungsmaßnahmen planen und Ausfallzeiten minimieren.
Am Projekt beteiligt sind zehn Partner, darunter Siemens Energy sowie mehrere Fraunhofer-Institute und die Technische Universität Berlin.
HTA 2.0: Nachhaltige additive Fertigung für Hochtemperaturanwendungen
Im Projekt HTA 2.0 werden nachhaltige additive Fertigungsprozesse und Komponenten für Hochtemperaturbauteile in großen Gasturbinen entwickelt. Es baut auf den erfolgreichen Ergebnissen der ersten Förderperiode auf, in der die Prozessierung von Hochtemperaturwerkstoffen für komplexe Bauteile mittels pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens charakterisiert und effektive Prozessmonitoring-Techniken entwickelt wurden. Hierdurch sollen sich Bauteilfehler künftig schon während des Prozesses detektieren lassen.
Effizientere Lösungen für hohe Einsatztemperaturen
Im aktuellen Projekt liegt der Fokus auf schnelleren und effizienteren Prozessen. Die additiven Fertigungsverfahren werden im Kontext einer nachhaltigen Produktentstehung evaluiert, um ökonomisch und ökologisch effizientere Bauteillösungen für den Bereich hoher Einsatztemperaturen in Gasturbinen zu erzielen. So werden etwa unterschiedliche Nachbearbeitungsverfahren für additiv gefertigte Bauteile untersucht und weitestgehend automatisiert, um die noch heute großen manuellen und zeitintensiven Bearbeitungsschritte zu ersetzen.
BAM veröffentlicht Referenzdaten für additiv gefertigte Werkstoffe
Ein zentraler Forschungsschwerpunkt liegt auf der Steigerung der Wiederverwendbarkeit des Ausgangsmaterials für die additiven Prozesse und der Reduzierung von Materialabfall. Dazu werden Wiederverwertungsstrategien sowohl von Altpulver als auch von konsolidiertem Vollmaterial aus Abfällen, die aus fehlerhaften Bauprozessen und Stützstrukturen stammen, entwickelt und erprobt. Auf diese Weise sollen hohe Werkstoffkosten und die Umweltbelastung verringert werden. Ganzheitliche Lebenszyklusanalysen bewerten die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen.
Das Projekt umfasst elf Partner, darunter wissenschaftliche Einrichtungen, Großkonzerne und mehrere KMU. Die BAM bringt ihre Kompetenzen zur umfassenden Werkstoffcharakterisierung, zum additiven Fertigungsprozess, zur Prozessbeobachtung und Bauteilinspektion sowie zur Bestimmung des Materialverhaltens bei hohen Temperaturen ein. (jpk)
