Hybridstrukturen für Triebwerksanwendungen

Abstract

In vielen technischen Anwendungen kommen Hochleistungswerkstoffe zur Anwendung. Bedingt durch die immer weiter steigenden Anforderungen sowohl an die Leistung, als auch an die Funktionalität, werden hybride Strukturen immer interessanter. Dies gilt besonders dann, wenn die Defizite des einen Werkstoffes durch einen zweiten Werkstoffpartner ausgeglichen werden können und damit das Einsatzspektrum erweitert werden kann. Teilweise können sogar Struktureigenschaften generiert werden, die keiner der Werkstoffpartner alleine bereitstellen kann. Auf der anderen Seite sind in Bezug auf den Einsatz von Werkstoffverbunden besondere Probleme zu lösen. Diese beziehen sich nicht nur auf die erforderliche Kompatibilität von Werkstoffen, beispielsweise hinsichtlich des Thermaldehnungsverhaltens, sondern auch auf die gemeinsame Verarbeitung und den Konstruktionsprozess. Besonders der letztgenannte Aspekt spielt im Bereich des Leichtbaus eine wichtige Rolle, da zum Beispiel die Kombination von Werkstoffen zu Fügeproblemen führen kann, deren Lösung der eigentlich gewünschten Reduktion von Strukturgewicht entgegensteht. Am Beispiel eines hybriden Verstellringes für ein Flugtriebwerk wird die Vorgehensweise zur Entwicklung einer Hybridstruktur näher beschrieben. Eine derartige Struktur dient in Triebwerken beispielsweise zur Verstellung des Leitschaufelapparates im Hochdruckverdichter. Die Anforderungen an eine solche Struktur sind neben dem anzustrebenden Leichtbau die Reduktion von Kosten bei gleichzeitiger Steigerung der Funktionalität. Gelöst wurde diese Aufgabe für die hochtemperaturtaugliche Struktur durch die Kombination von einem faserverstärkten Polymer (CF-BMI) mit einer Aluminiumstruktur. Ein weiteres Beispiel zeigt die Kombination eines thermoplastischen Werkstoffs (CF-PEEK) mit Titan. Diese Werkstoffkombination zeichnet sich durch eine einfache Fügetechnologie aus, mittels derer sich diese beiden Materialien verbinden lassen. Als Beispielstruktur zur Demonstration der Hybridtechnologie wird hier ein Verdichterblatt für ein Triebwerk vorgestellt.