Roboter inspizieren und reparieren Das große Krabbeln

Zentimeterkleine Roboter inspizieren und reparieren künftig die Flugzeugtriebwerke.
Zentimeterkleine Roboter inspizieren und reparieren künftig Flugzeugtriebwerke.

Krabbeln künftig zentimeterkleine Roboter durch Flugzeugtriebwerke, um sie zu inspizieren und sogar kleinere Reparaturen vorzunehmen? Forscher der Harvard-Universität und der Universität Nottingham arbeiten mit Rolls-Royce und weiteren Firmen daran.

Triebwerke von Passagier- und Geschäftsreiseflugzeugen sind nicht einfach Turbinen. Sie sind komplexe, hochpräzise Maschinen, die die Flugzeuge mit der ihnen anvertrauten Nutzlast immer zuverlässig von A nach B bringen sollen und das viele Jahre lang. Entsprechend viele Arbeitsstunden müssen in Wartung und Reparatur investiert werden.

Um die Sicherheit zu gewährleisten, gibt es von Luftfahrtbehörden vorgeschriebene Wartungsintervalle nach einer bestimmten Anzahl Flugstunden sowie Starts und Landungen. Teilweise müssen die Triebwerke dann komplett in ihre Einzelteile zerlegt werden. Teile mit abgelaufener Einsatzzeit oder beschädigte Komponenten werden dabei ersetzt.

Der Aufwand ist bei rund 15.000 Einzelteilen pro Triebwerk riesig. Und wenn man weiß, dass sich allein im US-Luftraum ständig um die 5000 Flugzeuge bewegen, kann man ahnen, um welche Summen es dabei geht.

2015 wurden weltweit für die Instandhaltung, Reparatur und Überholung (Maintenance, Repair, Overhaul, kurz MRO) von Triebwerken 25 Mrd. US-Dollar ausgegeben. Für 2025 schätzen Experten, dass es bereits 46 Mrd. US-Dollar sind. Jede eingesparte Million ist also höchst willkommen. Und um dieses Ziel zu erreichen, sind immer wieder neue Ideen gefragt. Solche Ideen setzen jetzt Wissenschaftler aus Großbritannien und den USA um.

Da sich die Elektronik inzwischen so weit entwickelt hat, dass die Konstruktion winziger selbstständig agierender Roboter möglich wird, sollen derartige Geräte künftig bei der Inspektion und Reparatur von Flugzeugtriebwerken helfen. Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg.

Vom Boroskop zum Roboter

Um die Triebwerke nicht bei jeder Inspektion vom Flugzeugflügel entfernen und auseinander nehmen zu müssen, wurden in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts Boroskope eingeführt. Sie gelangen durch spezielle Inspektionsöffnungen in das Innere und werden dort wie die Endoskope bei minimalinvasiven Eingriffen am Menschen gehandhabt.

Der Begriff Boroskop kommt vom Englischen boroscope. Es handelt sich um ein Endoskop, das in ein Bohrloch (eng. bore) mit einem typischen Durchmesser von 9 mm geschoben wird.

Wenn das damals auch ein bedeutender Fortschritt in der Inspektion war, ist der Arbeitsradius der Boroskope jedoch begrenzt und sie können auch nicht in alle Ecken gelangen. Außerdem muss das Innere beleuchtet werden und aktive Reparaturen schienen bisher unter diesen widrigen Umständen als sehr schwierig zu realisieren.

Für die Arbeit mit den Boroskopen sind außerdem Spezialisten nötig. Nun sollen in Zukunft Roboter helfen. Voriges Jahr wurden auf der Farnborough International Airshow in Großbritannien erste Labormuster sowie Grafiken künftiger noch weitergehender Entwicklungen vorgestellt. Federführend ist der britische Triebwerkshersteller Rolls-Royce, der in Zusammenarbeit mit der University of Nottingham und der Harvard University verschiedene Ideen untersucht, die die Wartung verbessern sollen.

Ferngesteuert reparieren

Am weitesten fortgeschritten ist das sogenannte Remote Boreblending. Boreblending oder Boroscope Blending steht für eine spezielle Reparaturmethode beschädigter Lauf- und Leitschaufeln im Verdichter der Triebwerke. Diese Bauteile sind mit hochwarmfesten Materialien beschichtet, um den hohen Temperaturen des durch sie beschleunigten Gase-Luftgemisches widerstehen zu können. Kleinste Beschädigungen dieser Oberflächen können deshalb auch zu großen Schäden bis zur Zerstörung des Triebwerks führen. Werden bisher Schäden festgestellt, erfolgen die Demontage und der Ersatz oder die Reparatur der entsprechenden Schaufel.

In Zukunft soll mittels des Boreblending-Roboters (Bild 1) das beschädigte Material im Verdichter abgeschliffen werden. Dafür wird das Boreblending-Werkzeug, das neben einem Schleifer auch eine 3D-Kamera und Beleuchtung enthält, über das Boroskop-Inspektionsloch eingeführt.

Mittels des Remote Boreblending müssen künftig Fachleute nicht mehr zwingend am Triebwerk anwesend sein. Lokale Mechaniker installieren den Remote-Boreblending-Roboter und die Steuerung der Arbeiten übernehmen dann Experten mittels Telearbeit.

Die Kameraaufnahmen werden dafür über eine sichere Datenverbindung zu den Spezialisten von Rolls-Royce zum Beispiel in das Rolls-Royce Aircraft Availability Centre in Derby, Großbritannien, übertragen. Mithilfe einer schnelllaufenden Luftspindel mit Schleifaufsatz am Roboter kann dann die Reparatur ferngesteuert durchgeführt werden. Laut Aussagen von Rolls-Royce sind die Entwicklungsarbeiten dafür bereits weit fortgeschritten (technology level 5) und diese Technik könnte in zwei Jahren eingeführt werden.

Die Wissenschaftler von der University of Nottingham gehen davon aus, dass die Roboter flexibel mit verschiedenen Werkzeugen ausgestattet werden und so auch Reparaturaufgaben an anderen komplexen Maschinen übernehmen können.