Sicher. Zuverlässig. Effizient. Das sind die grundlegenden Anforderungen an jede kommerzielle Flugzeugflotte, die heute weltweit im Einsatz ist. Diese Ziele hängen in hohem Maße von Wartungs-, Reparatur- und Überholungsdienstleistungen (MRO) ab, die dafür sorgen, dass die Flugzeuge in einem optimalen Zustand bleiben.
Die moderne Oberflächenveredelung spielt in modernen MRO-Strategien eine immer wichtigere Rolle. Insbesondere Technologien wie das Hochgeschwindigkeits-Oxyfuel-Thermospritzen (HVOF) können sowohl die erforderliche Festigkeit der Bauteile als auch eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit gewährleisten, um die Konstruktionsanforderungen zu erfüllen.
Wenn zudem anspruchsvolle Oberflächenveredelungen vor Ort von spezialisierten Anbietern durchgeführt werden, können dadurch Durchlaufzeiten verkürzt und Kosten für Ferntransporte vermieden werden – was letztlich zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele beiträgt.
Flugzeugteile reparieren statt ersetzen
Schauen wir uns also solche Strategien in der Praxis an und konzentrieren wir uns dabei darauf, wie fortschrittliche Oberflächentechnologien die Lebensdauer kritischer Komponenten des Superjumbos A380 verlängern. Dieses 575 Tonnen schwere Flugzeug ist der unangefochtene Riese der Lüfte und kann zwischen 500 und 850 Passagiere um die halbe Welt befördern.
Das Fahrwerk des A380 ist für den sicheren Betrieb des Flugzeugs von entscheidender Bedeutung. Es besteht aus hochfestem Stahl, Aluminium und Titan und ist eine hochtechnische Baugruppe, die enorme Festigkeit mit dem für modernes Flugzeugdesign unverzichtbaren geringen Gewicht verbindet. Das Fahrwerk ist als Mehrbogiesystem mit vier- und sechsrädrigen Baugruppen ausgelegt und beruht auf dem präzisen Zusammenspiel zahlreicher mechanischer und hydraulischer Systeme, darunter der Stoßdämpferkolben, die Hauptbefestigung (Außenzylinder), die Bogieträger und die Gleitelemente des Einziehmechanismus.
Dutzende zylindrische Bauteile aus der A380-Fahrwerksbaugruppe erfordern eine Erneuerung der Wolframkarbid-Beschichtung, um die Haltbarkeit zu gewährleisten und den Verschleiß zu begrenzen. Der Prozess selbst ist hochspezialisiert und umfasst das Abbeizen, die Prüfung, die Oberflächenvorbereitung, das robotergestützte Aufbringen der HVOF-Beschichtung sowie die präzise Nachbearbeitung – alles nach strengen Luft- und Raumfahrt-Spezifikationen.
HVOF-Thermospritzen am A380
Der Prozess beginnt, wenn verschlissene Teile bei Herstellern wie beispielsweise Bodycote eingehen. Die abgenutzte Wolframkarbidbeschichtung wird mithilfe eines kontrollierten elektrochemischen Abtragungsverfahrens entfernt, bei dem die Teile in eine Lösung getaucht werden, an die ein Strom angelegt wird, der die metallische Bindemittelphase innerhalb der Beschichtung angreift, sodass diese sicher entfernt werden kann, ohne das Grundmaterial zu beschädigen.
Anschließend werden weitere zerstörungsfreie Prüfungen am Grundwerkstoff durchgeführt, um sicherzustellen, dass keine Hitzeschäden vorliegen. Danach erfolgt eine Entfettung zur Vorbereitung auf das Aufbringen der neuen verschleißfesten Wolfram-Beschichtung, und durch Sandstrahlen wird die Oberfläche vor dem Aufbringen der neuen Beschichtung aufgeraut.
Das HVOF-Beschichtungsmaterial wird erhitzt und durch einen Gasstrom mit Überschallgeschwindigkeit auf die Oberfläche eines Bauteils beschleunigt, um bessere Eigenschaften zu erzielen. Beim Wolframkarbid-Beschichtungsverfahren wird der Gasstrom erzeugt, indem Sauerstoff und ein Brennstoff (Gas oder Flüssigkeit) in einer Brennkammer gemischt und gezündet werden, woraufhin das Hochdruckgas durch eine Düse beschleunigt wird. In diesen Strom wird ein Pulver eingebracht, wo es erhitzt und in Richtung der Oberfläche eines Bauteils beschleunigt wird. Das Spritzen ist ein vollständig automatisierter Prozess, bei dem ein programmierbarer Roboter zum Einsatz kommt, wobei die Teile auf maßgeschneiderten Vorrichtungen montiert und in einer versiegelten Kammer gedreht werden.
Die Spritzpistole fährt mehrfach über den zu beschichtenden Bereich, wodurch das Thermospritzmaterial in dünnen, sich überlappenden Schichten äußerst präzise aufgetragen wird und sich die Wolframkarbidbeschichtung langsam aufbaut.
Der Vorgang dauert je nach Größe der Teile zwischen einer und sechs Stunden. Einige der A380-Teile, die unterschiedlich groß sind, passen in die Hand, während andere mehrere Meter lang sind. Die Losgrößen sind im MRO-Bereich relativ klein; beim A380 entspricht die Durchsatzrate in der Regel einem Fahrwerk pro Monat.
Die Beschichtung wird in einer für die Endbearbeitung ausreichenden Schichtdicke aufgetragen und anschließend abgeschliffen, um die geforderte Toleranz und Oberflächengüte zu erreichen. Danach erfolgt eine Polierung mit einem Diamantband, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erzielen. Abschließend wird eine zerstörungsfreie Prüfung (NDT) durchgeführt, um eventuelle Oberflächenfehler wie winzige Risse oder Löcher aufzudecken. Die A380-Teile werden dann an den MRO-Spezialisten zur Wiedermontage und Neulackierung zurückgegeben – vollständig erneuert hinsichtlich ihrer Festigkeit sowie ihrer hohen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit.
Die Vorteile ausgelagerter Dienstleistungen
Es setzt sich zunehmend die Erkenntnis durch, dass hochspezialisierte Verfahren wie das thermische Spritzen besser als ausgelagerte Dienstleistung erbracht werden sollten. HVOF-Anlagen erfordern erhebliche Investitionen, sowohl in die Ausrüstung als auch in das Fachwissen. Technisches Know-how und Prozesssteuerung sind entscheidend, um die engen Toleranzen und die selektive Beschichtung zu erreichen, die für Landungsgestell-Anwendungen erforderlich sind. Spezialisierte Anbieter verfügen in der Regel über einen besseren Zugang zu internem Fachwissen, wodurch die Auslagerung für viele MRO-Anbieter zu einer effizienteren und kostengünstigeren Option wird.
Diese Oberflächenbearbeitungsarbeiten müssen zudem so schnell wie möglich abgeschlossen werden, um die Ausfallzeiten der Flugzeuge so gering wie möglich zu halten. Flugzeugbetreiber stehen unter dem Druck, ihre Lieferketten zu optimieren und Durchlaufzeiten zu verkürzen, und möchten im Rahmen ihrer MRO-Strategien keine Teile über weite Strecken – manchmal sogar ins Ausland – transportieren müssen.
Daher suchen Flottenbetreiber zunehmend die Zusammenarbeit mit Unternehmen für Oberflächenbehandlung, die einen globalen und zugleich lokalen Service bieten können. Das bedeutet, dass Teile regional und ohne Verzögerung repariert werden können. Bodycote betreibt beispielsweise weltweit 50 Standorte, die nach dem „National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program“ (NADCAP) akkreditiert sind, und stellt so sicher, dass stets eine lokale Lösung zur Verfügung steht.
Wie geht es weiter mit dem thermischen Spritzen?
Schließlich könnten auch Umweltvorschriften zu einem verstärkten Einsatz des thermischen Spritzverfahrens führen, da die Luft- und Raumfahrtbranche den Übergang zu sichereren und nachhaltigeren Verfahren beschleunigt. So wurde beispielsweise sechswertiges Chrom, auch bekannt als Chrom(VI), aufgrund seiner außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit branchenübergreifend in großem Umfang eingesetzt. Seine toxischen Eigenschaften stellen jedoch erhebliche Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt dar.
Um diesen Bedenken Rechnung zu tragen, hat sich HVOF-aufgebrachtes Wolframkarbid als REACH-konforme Alternative (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) etabliert, die eine Leistung bietet, die die Kundenanforderungen übertrifft und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt minimiert. Durch den Einsatz der HVOF-Technologie können Unternehmen die REACH-Vorschriften einhalten und ein sichereres Arbeitsumfeld fördern. Diese Umstellung steht im Einklang mit den übergeordneten Zielen der Branche in Bezug auf Nachhaltigkeit und verantwortungsvollen Materialeinsatz.
Unterstützung der nächsten Generation der Wartung, Reparatur und Überholung (MRO) in der Luft- und Raumfahrt
Bei der Wartung, Reparatur und Überholung (MRO) in der Luft- und Raumfahrt geht es ebenso sehr um die effektive Instandsetzung wie um den Austausch, wodurch flugkritische Teile ein zweites Leben erhalten. Bei hochwertigen Bauteilen können fortschrittliche Oberflächentechnologien wie HVOF dazu beitragen, die Betriebsdauer zu verlängern, die logistische Komplexität zu verringern und nachhaltigere Instandhaltungsstrategien zu unterstützen.
Da sich die Anwendungsbereiche über das Fahrwerk hinaus auf andere Flugzeugsysteme ausweiten, sind Anbieter wie Bodycote mit fundiertem Prozess-Know-how und globalen sowie lokalen Kapazitäten bestens aufgestellt, um die nächste Generation der MRO-Dienstleistungen in der Luft- und Raumfahrt zu unterstützen.
Letztendlich können MRO-Anbieter ihre Kapazitäten sicher ausbauen und so dafür sorgen, dass die Flugzeugflotten sicher, zuverlässig und effizient sind und jederzeit startbereit sind.