Dr. Maria Manuel Barbosa zeigt eine mit dem Fraunhofer-Keramikschild beschichtete Modell einer Turbinenschaufel Im Fraunhofer-Institutszentrum an der Winterbergstraße in Dresden. Foto: Heiko Weckbrodt
Fraunhofer-Ingenieurinnen aus Dresden haben eine Hightech-Suppe angerührt, die den Treibstoffverbrauch und die Umweltbelastung von Flugzeug-Triebwerken mindern soll.
Dresden, 26. September 2019. Damit Flugzeuge künftig weniger Treibstoff verbrauchen und auch die Umwelt nicht mehr so stark belasten, haben die Fraunhofer-Ingenieurinnen Dr. Maria Manuel Barbosa und Dr. Laura Toma in Dresden einen neuartigen Hitzeschutzschild entwickelt – auch als Beitrag zum Klimaschutz. Mit dieser besonderen Keramikschicht veredelte Triebwerke können heißer als normale Turbinen betrieben werden. „Durch unsere Beschichtung lassen sich die Betriebstemperaturen an den Turbinenschaufeln um etwa 150 Grad anheben“, betont Dr. Barbosa, die im Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) auf das „Thermische Spritzen“ spezialisiert ist. Dadurch steige der Wirkungsgrad der Antriebe, während der Kerosin-Verbrauch und Schadstoff-Ausstoß sinke.
Keramikpulver zu einer spritzbaren Suspension angerührt
Um die Flugzeugturbinen mit ihrer Hitzeschutz-Schicht zu versehen, rühren die Fraunhofer-Ingenieurinnen zunächst im Labor eine ganz besondere Hightech-Suppe an: Sie mischen dafür sehr feine Keramikpulver aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ) mit Wasser oder Alkohol. Diese Suspension spritzen sie dann auf die Turbinenteile.
Dr. Laura Toma blickt auf eine mittels Suspensionsspritzen beschichtete Turbinenschaufel. Im Hintergrund ist der am Fraunhofer IWS entwickelte Suspensionsförderer zu sehen. Foto: Fraunhofer IWS Dresden
„Umwelt wird weniger belastet“
Dadurch entsteht eine Abschirmschicht, die etwa einen halben Millimeter dünn ist – wobei auch Mikrometer-Schichten möglich sind. Dadurch vertragen die Triebwerke dann mehr Hitze und sie werden langlebiger. „Auch die Umwelt wird weniger belastet, weil der Treibstoff in den verbesserten Triebwerken effizienter verbrennt, was den Kraftstoffverbrauch reduziert und entsprechend weniger Schadstoffe ausstößt“, betont Dr. Barbosa. Und die Technologie könne so abgewandelt werden, dass sie Flugzeug-Antriebe auch besser gegen Vulkanasche schützt. Nur zur Erinnerung: Als 2010 der isländische Vulkan Eyjafjallajökull ausbrach, legte er mit seiner in die Luft geschleuderten Asche den Flugverkehr in halb Europa lahm.
Auch Autoindustrie will Barbosas Hitzeschilde haben
Der Schweizer Anlagenbauer AMT setzt das Dresdner Suspensionsspritzen aus Dresden bereits ein. Auch die Autoindustrie erwärmt sich zunehmend für die Barbosa-Toma-Hitzeschilde: „Ein großer Autohersteller will das für seine Motor-Brennkammern haben“, berichtet Barbosa. Die Technologie lasse sich aber auch sehr sinnvoll in der Chipindustrie, in der Raumfahrt, bei der Herstellung von Zahnimplantaten und in der Energietechnik einsetzen. Beispielsweise habe ein Unternehmen aus Dresden Interesse signalisiert, ihre Brennstoffzellen mit der Fraunhofer-Technik zu veredeln.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: Fraunhofer IWS, Vor-Ort-Recherche
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