Bauteile für die Luft- und Raumfahrt werden zunehmend leichter, leistungsfähiger und zugleich komplexer. Turbinenschaufeln aus hochdichten nickelbasierten Superlegierungen erfordern eine präzise Prüfung ihrer inneren Kühlkanäle, Wandstärken und strukturellen Integrität, bevor sie montiert werden. In einer Demonstration mit PolyCT wurden drei Turbinenschaufeln aus Inconel innerhalb eines einzigen 30-minütigen CT-Scanzyklus geprüft. Dadurch konnte der Prüfdurchsatz um rund 300 % gesteigert sowie die Prüfzeit und die Prüfkosten pro Bauteil um etwa 67 % reduziert werden.
Die Auswirkungen auf den Betriebsablauf waren unmittelbar: Eine Charge, für deren Abarbeitung früher sogar die Mittagspause verschoben werden musste, ist heute bereits abgeschlossen, bevor die Mittagspause überhaupt beginnt.
Laut PWC beläuft sich der Auftragsbestand für Verkehrsflugzeuge mittlerweile auf nahezu 15.000 Flugzeuge, während der Jahresumsatz der Luft- und Raumfahrtindustrie erstmals die Marke von 1 Billion US-Dollar überschritten hat. Angesichts der Rekordnachfrage und der steigenden Produktionszahlen ist der Prüfdurchsatz heute ebenso entscheidend wie die Prüfgenauigkeit. Jeder Schritt der Fertigung – einschließlich der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) – muss mit dem wachsenden Produktionstempo Schritt halten.
Die industrielle Computertomographie (CT) ermöglicht es Herstellern seit jeher, über die Oberfläche eines Bauteils hinauszublicken und Defekte tief im Inneren komplexer Strukturen zuverlässig zu erkennen. Heute besteht die Herausforderung jedoch nicht mehr darin, ob industrielle CT-Systeme diese Defekte erkennen können – moderne CT-Anlagen sind hierzu bereits in der Lage. Die eigentliche Herausforderung liegt darin, dass herkömmliche CT-Systeme jeweils nur eine Turbinenschaufel pro Scanzyklus prüfen, wodurch der Prüfdurchsatz zum begrenzenden Faktor in der Produktion wird. Um diese Einschränkung zu überwinden, haben , XRAY-LAB GmbH & Co. KG und das Fraunhofer IIS gemeinsam PolyCT entwickelt. Die Technologie steigert die Leistungsfähigkeit bestehender CT-Systeme, indem sie die gleichzeitige Prüfung mehrerer Bauteile innerhalb eines einzigen Scanzyklus ermöglicht.
Einen ausführlichen Überblick über die PolyCT-Technologie und ihre Integration in bestehende industrielle CT-Systeme finden Sie in unserem Beitrag:
“Steigern Sie Ihre CT-Produktivität: Wie PolyCT die Inspektionskosten für die Prüfung hochdichter Bauteile um bis zu 80 % senkt.”
PolyCT L3 (oben) und PolyCT M3 (unten): Mehrfach-Spannvorrichtungen für die industrielle CT-Prüfung mit hohem Durchsatz.
CT-Prüfung von Inconel-Turbinenschaufeln mit PolyCT
In der Luft- und Raumfahrt muss jede Turbinenschaufel geprüft werden, bevor sie in ein Triebwerk eingebaut wird. Diese Bauteile sind für extreme Temperaturen und hohe mechanische Belastungen ausgelegt. Genau diese Materialeigenschaften machen ihre Prüfung jedoch besonders anspruchsvoll. Innere Porositäten, Risse, Abweichungen in den Kühlkanälen sowie Maßabweichungen lassen sich mit einer Oberflächenprüfung oder einer zweidimensionalen Röntgenprüfung allein nicht zuverlässig nachweisen.
Drei auf dem PolyCT M3 montierte Inconel-Turbinenschaufeln im industriellen CT-System.
Die Kosten eines unentdeckten inneren Defekts gehen weit über den Wert des einzelnen Bauteils hinaus. Sie können zu kostspieligen Nacharbeiten, Produktionsverzögerungen, Gewährleistungsansprüchen oder im schlimmsten Fall zu Ausfällen im Betrieb führen. Aus diesem Grund ist eine zuverlässige CT-Prüfung ein unverzichtbarer Bestandteil der Fertigung in der Luft- und Raumfahrt.
Zur Bewertung der Anwendung wurden drei Inconel-Turbinenschaufeln gleichzeitig mit dem PolyCT M3 geprüft. Bauteile, für die herkömmlich drei separate CT-Scans erforderlich gewesen wären, konnten innerhalb eines einzigen Scanzyklus untersucht werden. Dabei wurde für jede Turbinenschaufel ein eigener, unabhängiger CT-Datensatz erzeugt und vollständig erhalten.
CT-Querschnittsaufnahmen von Inconel-Turbinenschaufeln
Jede Turbinenschaufel wurde mit POLYREKO unabhängig rekonstruiert – mit ihrem eigenen Rotationszentrum und einem vollständigen, eigenständigen 3D-Datensatz. Dadurch werden Überlagerungsartefakte vermieden, während die für die Luft- und Raumfahrt erforderliche Bildqualität und Messgenauigkeit vollständig erhalten bleiben. Alle drei Turbinenschaufeln wurden innerhalb derselben Rekonstruktionszeit verarbeitet, die bei einem herkömmlichen Prüfablauf normalerweise für nur ein einzelnes Bauteil erforderlich ist.
Durch die gleichzeitige Prüfung von drei Turbinenschaufeln konnte die gesamte CT-Prüfzeit pro Charge auf etwa ein Drittel des herkömmlichen Prüfablaufs reduziert werden. Mit jeder abgeschlossenen Charge wurde rund eine zusätzliche Stunde CT-Kapazität frei, sodass täglich deutlich mehr Bauteile geprüft werden können. Gleichzeitig verringert die geringere Anzahl an Scanzyklen die Betriebsstunden der Röntgenröhre, reduziert den Wartungsaufwand und verlängert deren Lebensdauer. Dadurch steigt die Gesamteffizienz des Prüfprozesses erheblich. Anstatt die Prüfkapazität durch die Anschaffung eines weiteren CT-Systems zu erhöhen, können Hersteller ihren Prüfdurchsatz mit der bereits vorhandenen CT-Infrastruktur deutlich steigern.
Drei Inconel-Turbinenschaufeln wurden in einem einzigen CT-Scan geprüft und jeweils als unabhängiger CT-Datensatz rekonstruiert
Die CT-Prüfzeit vor der Auslieferung wurde für die gesamte Charge auf etwa ein Drittel des herkömmlichen Prüfablaufs reduziert, wodurch sich auch die Prüfkosten pro Bauteil entsprechend verringerten. Für jede Turbinenschaufel stand den Ingenieuren ein unabhängiger, schichtweiser 3D-Volumendatensatz zur Verfügung. Dies ermöglicht eine zuverlässige Freigabe oder Ausschleusung der Bauteile bereits vor der Montage und unterstützt gleichzeitig eine schnellere Produktionsfreigabe.
PolyCT zeigt, dass Hersteller sich nicht länger zwischen hohem Prüfdurchsatz und hoher Prüfqualität entscheiden müssen.
Ihr CT-System ist bereits eine Investition. Mit PolyCT schöpfen Sie dessen Potenzial besser aus und steigern nachhaltig den wirtschaftlichen Nutzen Ihrer bestehenden Anlage.
Entdecken Sie, welches Potenzial Ihre Produktionslinie mit der drei- oder fünffachen CT-Prüfkapazität erreichen kann. Bringen Sie Ihre eigenen Turbinenschaufeln oder andere Luft- und Raumfahrtkomponenten mit und erleben Sie, wie PolyCT Ihren CT-Prüfprozess effizienter und leistungsfähiger macht.
Häufig gestellte Fragen
Wie verbessert PolyCT die CT-Prüfung in der Luft- und Raumfahrt?
PolyCT ermöglicht die gleichzeitige Prüfung mehrerer Luft- und Raumfahrtkomponenten innerhalb eines einzigen CT-Scanzyklus. Dabei erhält jedes Bauteil ein eigenes Rotationszentrum sowie eine separate 3D-Rekonstruktion. So bleiben für jede Komponente ein unabhängiger volumetrischer Datensatz, eine hohe Bildqualität und die für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erforderliche Messgenauigkeit erhalten.
Beeinträchtigt die gleichzeitige Prüfung mehrerer Turbinenschaufeln die CT-Bildqualität?
Nein. Jede Turbinenschaufel wird mit POLYREKO unabhängig rekonstruiert und erhält ihr eigenes Rotationszentrum sowie einen separaten 3D-Volumendatensatz. Dadurch werden Überlagerungsartefakte vermieden und die für die Qualitätssicherung in der Luft- und Raumfahrt erforderliche Bildqualität sowie der notwendige Detaillierungsgrad der CT-Prüfung vollständig erhalten.
Kann PolyCT in ein bestehendes industrielles CT-System integriert werden?
Ja. PolyCT wurde als nicht-invasives Nachrüstsystem entwickelt und lässt sich direkt in bestehende industrielle CT-Systeme integrieren. Es wird auf dem vorhandenen Spannfutter des CT-Systems oder – bei flachen Drehtischen – über einen Zentrieradapter montiert. Änderungen an der Mechanik oder Software des CT-Systems sind nicht erforderlich. Dadurch können Hersteller ihren Prüfdurchsatz steigern und gleichzeitig ihren bewährten CT-Prüfprozess unverändert beibehalten.
