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Universeller Messroboter für die Verschleißanalyse von Turbinenschaufeln

Ausgangssituation

Turbinenschaufeln sind kritische Komponenten in Flugzeug-Gasturbinentriebwerken. Selbst kleinste Defekte in diesen Bauteilen können zu schwerwiegenden Ausfällen führen, weshalb eine gründliche Inspektion unerlässlich ist.

Viele Turbinenblätter – ob in Flugzeugen, Hubschraubern oder industriellen Gasturbinen zur Stromerzeugung – weisen komplexe innere Strukturen wie Kühlkanäle und Bohrungen auf. Diese Kanäle ermöglichen eine Luftzirkulation, die das Schaufelblatt vor Überhitzung schützt, da die Betriebstemperaturen häufig über dem Schmelzpunkt der verwendeten Materialien liegen.

Turbinenschaufeln wandeln hochtemperierte und hochverdichtete Gase in mechanische Energie um, die die Turbine antreibt. Diese mechanische Energie wird entweder zur Schuberzeugung in Flugtriebwerken oder zur Stromerzeugung in industriellen Turbinen genutzt.

Mögliche Defekte und der Bedarf an Inspektion

Aufgrund ihres Einsatzes in extremen Umgebungen sind Turbinenblätter anfällig für verschiedene Arten von Defekten, von denen die häufigsten sind:

  1. Oberflächenrisse: Entstehen durch wechselnde thermische Spannungen oder den Einfluss hochdruckbeaufschlagter Gasströme; dabei können Risse in der Wärmeschutzbeschichtung der Turbinenschaufel entstehen.

  2. Verstopfte Kühlbohrungen: Kühlbohrungen sind kleine Kanäle in Turbinenschaufeln, die den Luftstrom zur Temperaturregulierung während des Betriebs ermöglichen. Mit der Zeit kann sich Schmutz in diesen Bohrungen ansammeln. Verstopfte Kühlbohrungen sind ein ernstes Problem, da die dadurch entstehende Hitzestauung zu weiteren Schäden führen kann.

Problem: Manuelle Messung

Wenn Bediener mechanische Taster oder Spezialwerkzeuge zur Messung von Defekten oder Geometrien verwenden, ergeben sich mehrere Herausforderungen:

  • Große Anzahl an Kühlbohrungen: Turbinenschaufeln besitzen eine Vielzahl kleiner Kühlbohrungen, die jeweils einzeln überprüft werden müssen. Der Prozess ist daher sehr repetitiv, arbeitsintensiv und zeitaufwendig.

  • Kleine Bauteilgröße und feine Defekte: Die kompakte Größe der Turbinenkomponenten in Kombination mit mikroskopisch kleinen Defekten erschwert eine präzise Erkennung mit bloßem Auge oder einer Lupe erheblich.

  • Begrenzte Fachkräfte: Inspektionsarbeiten gelten oft als eintönig, schmutzig und gefährlich, was sie für Fachpersonal unattraktiv macht. Um qualifizierte Techniker zu halten und Fluktuation zu vermeiden, ist es wichtig, diesen Anteil an manueller Arbeit durch Inspektionsroboter zu reduzieren.

BrightSky-Projekt

Das BrightSky-Projekt ist eine niederländische Luftfahrt-Initiative, die darauf abzielt, den MRO-Sektor (Maintenance, Repair, and Overhaul) durch Nachhaltigkeit, Digitalisierung und soziale Innovation zu transformieren. Das Projekt wurde 2021 gestartet und vereint ein Konsortium aus zwölf Partnern (siehe BrightSky-Website).

Im Rahmen des BrightSky-Projekts haben KLM Engineering & Maintenance (KLM E&M) und das Niederländische Luft- und Raumfahrtzentrum (NLR) gemeinsam GERDA (Generic Engineering Robot for Damage Assessment) entwickelt – eine Plattform zur Erprobung fortschrittlicher Inspektionsmethoden, einschließlich automatisierter Systeme zur Prüfung von Kühlbohrungen in Turbinenblättern.

Neue Lösung von QuellTech: 3D-Laserscanner-Inspektion von Turbinenblättern

Das GERDA-Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung eines Systems zur Erzeugung von 3D-Punktwolken für maschinelles Sehen bei der Inspektion von Flugzeugkomponenten unter Verwendung von QuellTech-Laserlinienscannern. Das System ermöglicht eine vollständige 360°-Erfassung eines Objekts durch die Kombination eines Drehtisches mit dem Scanner und erlaubt so eine umfassende Inspektion von allen Seiten. Der Laserscanner, ausgestattet mit einer blauen Laserdiodenquelle für höchste Präzision, erzeugt detaillierte 3D-Punktwolken, die für weiterführende Analysen genutzt werden können.

Es wird zudem an der automatisierten Defekterkennung in 3D-Punktwolken geforscht, wobei das System verschiedene Defekte identifiziert und hervorhebt sowie automatisch einen Bericht für den Prüfer erstellt. Ziel ist es, Inspektoren sowohl bei der Lokalisation als auch bei der Bewertung von Defekten zu unterstützen, indem der manuelle Aufwand durch automatische Erkennung reduziert und zugleich präzise Punktwolkenmessungen für die Bewertung bereitgestellt werden.

Vorteile der QuellTech-Lösung für Turbinenschaufeln

Der Einsatz vollautomatischer Laserscanner zur Schadensbewertung von Turbinenschaufeln bietet zahlreiche Vorteile hinsichtlich Präzision, Konsistenz und Effizienz. Diese Systeme optimieren den Inspektionsprozess und erhöhen die Gesamtqualität der Komponenten.

Vorteile der 3D-Laserscanner-Inspektion von Defekten

Die 3D-Laserscanner-Inspektion bietet zahlreiche Vorteile, die die Qualitätssicherung und Effizienz in der Produktion erheblich verbessern:

  • Hohe Präzision: Laserscanner erkennen selbst kleinste Defekte und liefern äußerst genaue Messungen, wodurch höchste Qualitätsstandards erfüllt werden.

  • Steigerung der Produktivität: Automatisierte Inspektionen mit Lasersensortechnologie reduzieren Prüfzeiten und Stillstände und führen somit zu effizienteren Produktionsprozessen.

  • Konsistenz und Reproduzierbarkeit: Laserscanner garantieren gleichbleibende Ergebnisse – unabhängig vom jeweiligen Bediener.

  • Zerstörungsfreie Prüfung: Der berührungslose Betrieb schützt empfindliche Materialien und ermöglicht eine schonende Inspektion.

  • Umfassende Datenerfassung: Hochauflösende Messdaten bieten eine solide Grundlage für tiefgehende Analysen und langfristige Qualitätsüberwachung.

  • Reduzierte Arbeitskosten: Nach der Anschaffung verringern automatisierte Systeme den Bedarf an manueller Prüfung und senken dadurch langfristig die Kosten.

  • Messung komplexer Formen: Komplexe Geometrien können präzise gemessen werden, ohne zusätzliche Messwerkzeuge – das spart Entwicklungszeit und -kosten.


Diese Eigenschaften machen die 3D-Laserscanner-Inspektion zu einer zukunftsweisenden Lösung für die Qualitätssicherung in zahlreichen Industriezweigen.

Diese Lösung zur Inspektion von Turbinenschaufeln mit QuellTech-Lasersensoren wurde in Zusammenarbeit mit unserem langjährigen Integrationspartner Royal NLR – Netherlands Aerospace Centre entwickelt und umgesetzt.

Unternehmensinfos:
Royal NLR – Netherlands Aerospace Centre
1006 BM Amsterdam
Niederlande

Web: www.nlr.org

Ansprechpartner:
A.W. (Alex) Hurd
+31 88 511 31 52
[email protected]

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(Dies ist keine Steuerberatung, bitte wenden Sie sich für Details an Ihre Steuerberatung.)