Im Durchschnitt ereignet sich in Europa ungefähr einmal pro Woche ein Zwischenfall mit Helikoptern – etwa einmal im Monat fordert ein solcher Unfall Menschenleben. Um das zu verhindern, arbeitet die TU Wien an unterschiedlichen technologischen Verbesserungen für Helikopter, bzw. „Drehflügler“, wie sie in der Branche meist genannt werden.

Die TU Wien unterstützt damit die Ziele der European Union Aviation Safety Agency (EASA): Im Jahr 2018 wurde die EASA Rotorcraft Safety Roadmap etabliert, die eine Halbierung der Flugunfallzahlen bis 2028 zum Ziel hat.

Fokus aufs Getriebe

In der Zeit von 2009 bis 2016 haben allein über der Nordsee ca. 50 Menschen ihr Leben bei Unfällen verloren, bei denen Fehler im mechanischen Antriebsstrangwesentlich zum Absturz beigetragen haben – vor allem im Hauptgetriebe, das die Turbinen mit dem Rotor verbindet. „Die fehlerfreie Konstruktion des mechanischen Antriebsstranges ist von größter Bedeutung. Wenn er richtig funktioniert, dann kann mithilfe der Autorotation selbst bei vollständigem Triebwerksausfall sicher gelandet werden“, erläutert Prof. Michael Weigand vom Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung.

Im Forschungsbereich Maschinenelemente und Luftfahrtgetriebe der TU Wien gibt es viele Forschungsaktivitäten zu diesem Thema. Alle Arbeiten orientieren sich eng an den luftrechtlichen Vorschriften, insbesondere den sogenannten Bauvorschriften, den Certification Specifications der EASA. Das umfangreiche Know-how der Forschungsteams in diesem Bereich stammt unter anderem aus der Beteiligung an der Entwicklung der Getriebe und Antriebswellen für den Hubschrauber Kamov Ka-62 sowie aus der Industrietätigkeit von Prof. Weigand.

Neutrale Expertise für die Sicherheit

Die TU Wien leistet ihre Beiträge zur europäischen Luftfahrtindustrie als unabhängige und neutrale Forschungsstelle. Dieses Charakteristikum universitärer Wissenschaft ist speziell im Bereich der Sicherheit von zentraler Bedeutung.

Die laufenden Arbeiten reichen dabei von verbesserten Schmierstoffen über intelligente Zustandsüberwachung von Getrieben bis zu verbessertem Verhalten beim Verlust des Getriebeöls im Flug. Für die Phase der Konstruktion hat die TU Wien eine computerunterstütze Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA) entwickelt und an realen Hubschraubergetrieben erprobt. Dadurch wird eine wesentlich bessere Einbindung der verpflichtenden FMECA in den Konstruktionsprozess erreicht. Im Rahmen einer Ausschreibung der EASA hat die TU Wien auch ein umfassendes Konzept zur Verbesserung der Sicherheit von Hubschraubergetrieben vorgelegt.

Eine Schlüsselrolle spielt hier die Tribologie, die Wissenschaft von Reibung und Verschleiß. An der TU Wien werden Oberflächen und Schmierstoffe bis ins kleinste Detail analysiert und innovative Schmiermitteladditive sowie Festschmierstoffe entwickelt. „Aus tribologischer Sicht ist ein Helikopter-Getriebe besonders interessant, denn dort haben wir es mit Extremsituationen zu tun“, sagt Prof. Carsten Gachot vom Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung der TU Wien. „Möglichst große Kräfte sollten vom Getriebe bewältigt werden können, und das bei sehr hohen Temperaturen.“ Das kann zu raschem Verschleiß führen, und im schlimmsten Fall zu einem katastrophalen Versagen des Getriebes. Das muss verhindert werden.

Flüssige Salze

Michael Weigand und Carsten Gachot arbeiten gemeinsam mit Prof. Katharina Schröder vom Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien an neuartigen Schmierstoffadditiven, deren Wirksamkeit bereits im Labor nachgewiesen werden konnte. Dabei handelt es sich um Salze, die bei Raumtemperatur flüssig sind, sogenannte ionische Flüssigkeiten. „Die Ionen gehen mit der metallischen Oberfläche eine Bindung ein“, erklärt Carsten Gachot. „So entsteht auf der Oberfläche eine dünne Schicht, die einen direkten Kontakt zwischen zwei Metall-Teilen verhindert und dadurch die Reibung verringert.“ Im nächsten Schritt werden diese Additive als Beimengung zu den derzeit zugelassenen Schmierstoffen für Hubschraubergetriebe erprobt.

Wie ein Kartendeck

Große Erfolge lassen auch 2D-Materialien erwarten – das sind Feststoffe, die aus hauchdünnen Schichten bestehen, wie etwa das berühmte Kohlenstoff-Material Graphen. An der TU Wien wird eine spezielle Klasse dieser 2D-Materialien untersucht, die sogenannten „MXene“ (sprich: Maxene), bei denen drei bis vier Schichten gemeinsam so dünn sind, wie ein Hundertstel einer Haaresbreite. „Ihre Funktionsweise kann man leicht verstehen, wenn man an einen Stapel Spielkarten denkt“, sagt Carsten Gachot. „Die Karten eines Decks in der Mitte durchzureißen, ist schwierig. Aber in Richtung der Kartenflächen können die Karten mit geringer Reibung aneinander gleiten.“

Zusätzlich wird an der TU Wien untersucht, wie man mit Laser-Technologien die Oberflächen von Maschinenelementen maßgeschneidert anpassen kann, um die Reibung dadurch noch weiter zu reduzieren.

Der Messestand und die Messeflyer für die European Rotors wurden gestaltet und maßgeblich mitentwickelt von Peter Heimerl und Peter Schwabl vom TU Wien-Forschungsmarketing.

Kontakt

Prof. Michael Weigand
Forschungsbereich Maschinenelemente und Luftfahrtgetriebe
Technische Universität Wien
Lehargasse 6, 1060 Wien
+43 1 58801 30730
michael.weigand@tuwien.ac.at

Aussender:

Dr. Florian Aigner
Technische Universität Wien
PR und Marketing
Resselgasse 3, 1040 Wien
43 1 58801 41027
florian.aigner@tuwien.ac.at