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11.07.2017 | Additive Fertigung | Im Fokus | Onlineartikel

248 Bauteile auf ein einziges reduziert

Autor:
Dieter Beste

Für die Ariane-6-Rakete gelang es, den Einspritzkopf, der das Treibstoffgemisch in den Brennraum einbringt, im 3D-Druck zu produzieren. Mit einem erstaunlichen Ergebnis.

In einem Raketentriebwerk wirken enorm hohe Kräfte unter extremen Bedingungen. Springer-Autor Willy J.G. Bräunling erläutert im Vorwort zu "Flugzeugtriebwerke" deren Funktionsweise und den Unterschied zu anderen Strahltriebwerken. Der Einspritzkopf ist eines der zentralen Elemente. Und es ist relativ komplex: Bei dem Ariane-6-Oberstufentriebwerk besteht es konventionell hergestellt aus insgesamt 248 Bauteilen. Mithilfe des 3D-Drucks gelang es nun Entwicklern der Eos GmbH  Electro Optical Systems diese Zahl auf 1 zu reduziert – bei gleichem Funktionsumfang und maximal verringertem Zeitaufwand, wie das Kraillinger Unternehmen berichtet. Ariane ist eine Serie von europäischen Trägerraketen, mit denen schwere Nutzlasten in die Erdumlaufbahn befördert werden können, so zum Beispiel Kommunikationssatelliten.

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Durch Bearbeitungsschritte wie Gießen, Löten, Schweißen und Bohren entstehen bei der Herstellung eines Einspritzkopfes Schwachstellen, die bei extremen Belastungen ein Risiko darstellen können. Darüber hinaus sind die vielen Schritte zeitaufwendig. Bei konventioneller Fertigung werden im Bereich der Einspritzelemente nach Angaben von Eos mehr als 8000 Querbohrungen in Kupferhülsen gebohrt, die anschließend mit den 122 Einspritzelementen des Einspritzkopfes verschraubt werden. Deren Funktion ist es, durchströmenden Wasserstoff mit dem Sauerstoff im Element zu vermischen.

Funktionsintegration auf Grundlage einer Nickelbasislegierung

Aus Sicht des Risikomanagements war es also wünschenswert, ein funktionsintegriertes Bauteil, das alle Komponenten in sich vereint, als ehrgeiziges Ziel anzustreben. Die Lösung lieferte die additive Fertigung. "Allein die additive Fertigung kann Funktionsintegration, Leichtbau, Designvereinfachung und die Reduzierung der Durchlaufzeiten in einem einzigen Bauteil zusammenbringen", erklärt Steffen Beyer, Leiter Produktionstechnologie – Werkstoffe & Prozesse bei Ariane-Group. Als Material setzte das Projektteam auf eine hitze- und korrosionsbeständige Nickelbasislegierung, die sich durch sehr gute Zug-, Dauer-, Kriech- und Bruchfestigkeit bei hohen Temperaturen auszeichnet.

 

 

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