Dem Riss auf der Spur

Automatisches Inspektionsverfahren für Triebwerksbauteile

Während des Flugbetriebs unterliegen Triebwerksbauteile aufgrund der vielfältigen Einsatzbedingungen stets unterschiedlichen thermischen und mechanischen Belastungen. Beschädigungen, die durch den normalen Verschleiß entstehen, sind daher für jedes Bauteil unterschiedlich. Zu den typischen Schadensbildern zählen insbesondere Risse, die im Rahmen der Triebwerksinstandhaltung repariert werden.

Zu Beginn der Reparatur wird jedes Bauteil einer Rissprüfung und Vermessung unterzogen. Die Herausforderung liegt darin, selbst kleinste Haarrisse an stets verschiedenen Positionen mit unterschiedlichen Rissverläufen zuverlässig zu detektieren. Dieser manuell durchgeführte Arbeitsschritt erfordert viel Wissen, Erfahrung und Sorgfalt der Mitarbeiter.

Ein bedeutendes Ziel des Bereiches Engine Services von Lufthansa Technik besteht darin, Instandhaltungsprozesse (englisch Maintenance, Repair and Overhaul, kurz MRO) der Triebwerksbauteile für die Kunden kontinuierlich weiter zu verbessern. Dabei spielt die Automation der MRO-Prozesse - von der automatisierten Inspektion über die Bauteilvermessung bis hin zur Reparatur - eine zunehmend wichige Rolle. Zur Umsetzung des ersten Arbeitsschrittes innerhalb dieser zukünftig automatisierten Prozesskette wurde im April 2011 das Forschungsvorhaben "AUTOINSPECT" zur vollautomatischen Risserkennung und -bewertung an Brennkammerbauteilen gestartet.

In Zusammenarbeit mit starken Partnern und Unterstützung durch die Behörde für Wirtschaft, Verkehr und Innovation der Stadt Hamburg, entwickelt Lufthansa Technik ein neuartiges Rissprüfverfahren, das zukünftig eine Alternative zur etablierten Farbeindringprüfung darstellen wird. Das innovative Verfahren basiert auf dem bereits bekannten Prinzip der Weisslichtinterferometrie. Hierbei handelt es sich um ein optisches Messverfahren, das Interferenzeffekte von Lichtwellen zur hochauflösenden Erfassung der Bauteiloberfläche nutzt.

Die Handhabung des Weisslichtinterferometers wird erstmals von einem Industrieroboter übernommen. Daraus resultiert eine hohe Flexibilität in Bezug auf die geometrische Zugänglichkeit für unterschiedliche Bauteile. Während der Messung entstehen große Datenmengen, die hohe Anforderungen an die angeschlossene Bildverarbeitung stellen. Identifizierte Schäden werden automatisch digital markiert und weiterverarbeitet, so dass ein direkter Datentransfer an das zur Zeit parallel laufende Forschungsprojekt "AUTOREP" im Brennkammerbereich problemlos möglich ist.

Die aktuell zur Anwendung kommende Farbeindringprüfung ist ein industrieweit etabliertes Verfahren, das zur Rissprüfung an einer Vielzahl von (Triebwerks-) Bauteilen eingesetzt wird. Es umfasst mehrere Arbeitsschritte: Zunächst werden die Prüflinge gründlich gereinigt und getrocknet. Anschließend wird das sogenannte Penetrant, ein Kriechöl mit fluoreszierenden Farbpigmenten, auf den Prüfling aufgetragen. Dieses dringt aufgrund der Kapillarwirkung selbst in feinste Risse ein. Das überschüssige Penetrant wird entfernt und der Prüfling erneut getrocknet. Im Anschluss wird der sogenannte Entwickler (ein spezielles Pulver auf Kreidebasis) auf den Prüfling gesprüht, um das in den Rissen befindliche Penetrant aufzusaugen und für die Mitarbeiter zur Anzeige zu bringen. Die Auswertung erfolgt unter ultravioletter Beleuchtung, um die fluoreszierenden Farbpigmente möglichst kontrastreich identifizieren zu können.

Ziel des Forschungsvorhabens "AUTOINSPECT" ist es, diesen mehrstufigen energieintensiven und teilweise umweltbelastenden Prüfprozess auf einen automatisierten "sauberen" Prozessschritt zu reduzieren. Zudem bietet das innovative Verfahren aufgrund der Automatisierung eine vollständige Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Dadurch lassen sich die Prozesssicherheit und die Produktivität nochmals steigern.

Aufgrund des hohen Innovationsgehaltes sowie dem Potential, das in der Anwendung des neuartigen Verfahrens liegt, wurde "AUTOINSPECT" bereits über den Weg einer internationalen Patentanmeldung in ausgewählten Ländern geschützt. Damit möglichst viele Kunden von dem neuen Prüfverfahren profitieren können, ist eine Zulassung durch die Triebwerkshersteller geplant. Nach Abschluss der Forschungsphase Ende 2014 soll die Industrialisierung des Systems erfolgen. Während der Industrialisierungsphase soll ebenfalls die Übertragbarkeit auf weitere Produkte aus dem Triebwerksbereich sowie anderen Geschäftsfeldern von Lufthansa Technik untersucht und umgesetzt werden.

In Kombination mit dem Forschungsvorhaben "AUTOREP" wird erstmals ein vollautomatischer MRO-Prozess - bestehend aus Inspektion und anschließender Reparatur - am Beispiel von hochkomplexen Triebwerksbauteilen entstehen.