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Prototyp einer neuen Flugzeuggeneration

Pionierarbeit

In Schleuderständen testet die Dürr-Tochter Schenck USA Komponenten für elektrische Flugzeugantriebe. Die dadurch gewonnenen Daten und Erkenntnisse geben den Herstellern wichtige Hinweise zur Festigkeit und Langlebigkeit des Materials sowie zur Konstruktion der Bauteile.

Elektromotoren haben Charme. Sie summen, statt zu heulen – und sind zunehmend in der Lage, mächtig Schubkraft zu entfalten. Gespeist mit grünem Strom werden sie zu einer wichtigen Technologie bei der Bekämpfung des Klimawandels. Während jedoch schon Millionen Autos elektrisch fahren, ist der E-Antrieb für Flugzeuge die große Ausnahme. „Noch steckt das elektrische Fliegen in den Kinderschuhen“, sagt Lars Künne, Chef von Schenck USA. Doch das soll sich ändern.

In ihrem Kompetenzzentrum in Hudson im Bundesstaat Massachusetts unterstützt die Dürr-Tochter Schenck die Entwicklung von Elektroflugzeugen. Sowohl etablierte Hersteller als auch Start-ups kommen in das Testzentrum, um die Bauteile für ihre Prototypen in hochmodernen Schleuderständen an ihre Belastungsgrenze zu bringen.

Die E-Pioniere sind hier in besten Händen. Schenck ist bereits seit Jahrzehnten Partner für Kunden aus der Luft- und Raumfahrtbranche. „Wir testen regelmäßig Komponenten von Düsentriebwerken und Raketenmotoren“, sagt Hiro Endo, Technikchef der Testsparte von Schenck USA. Außerdem ist das Unternehmen Innovationsführer bei Schleudertests für Bauteile von Elektromotoren in der Automobilindustrie.

Es geht um die Sicherheit

Im Mittelpunkt der Tests für die E-Flugzeugbauer steht der Rotor – das Herzstück des Elektroantriebs. Mit seinen Magnetfeldern wandelt er elektrische Energie in Bewegungsenergie um, die das Flugzeug antreibt. Der Rotor im E-Motor kann sich bis zu 20.000-mal pro Minute drehen. Gewaltige Fliehkräfte wirken auf das Bauteil ein – wie in einem Kettenkarussell, dessen Sitze durch die Drehbewegung nach außen gezogen werden. Der Ausfall des Rotors kann für das Flugzeug ein ernsthaftes Risiko darstellen. Damit das nicht passiert, muss das Bauteil im Vorfeld auf Herz und Nieren geprüft werden. Mit seinen Schleudertests liefert Schenck wichtige Informationen über die Herstellungsqualität des Rotors und kann Schwachstellen in der Konstruktion offenlegen, noch bevor die Teile für die Produktion freigegeben werden.   

Wenn der Rotor in der Prüfkammer des Schleuderstands verschwindet, wird er entweder einer hohen, über seine Betriebsgrenze hinausgehenden Drehgeschwindigkeit ausgesetzt oder bei zyklischer Belastung unzählige Male hintereinander beschleunigt und gebremst. Digitale Datenerfassungs- und Kontrollsysteme registrieren, wie sich das Material während des Tests verändert. Fachleute haben vor allem die Bereiche des Rotors im Blick, auf denen die Magnete sitzen. Diese Stellen können empfindlich sein, weil dort die Struktur des Materials unterbrochen ist.

Einer der nervenaufreibendsten Tests, die Endo und sein Team für viele Kunden durchführen, ist der Bruchtest. „Er muss beim ersten Versuch klappen. Wenn beim Messen oder Aufzeichnen etwas schiefgeht, muss der Kunde uns ein neues, teures Bauteil zur Verfügung stellen.“ Beim Bruchtest wird der Rotor im Schleuderstand an seine Belastungsgrenze geführt. Die Anlagen von Schenck können bis zu 200.000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Auf Hochgeschwindigkeitsaufnahmen lässt sich im Anschluss detailliert beobachten, wie der Rotor sich verformt und auseinanderbricht. Die Ergebnisse zeigen dem Hersteller genau, wo die Belastungsgrenze seines Bauteils liegt und wie es zerbricht.

Noch steckt das elektrische Fliegen in den Kinderschuhen. Doch das soll sich ändern.

Lars Künne, Chef von Schenck USA

Taxis heben ab

Die Kunden, die derzeit zu Schenck kommen, planen nicht nur den Bau von kleinen Elektroflugzeugen, sondern auch von sogenannten eVTOLs. Das sind elektrisch angetriebene Fluggeräte, die senkrecht starten und landen können. Diese sollen in den kommenden Jahren als Lufttaxis Fluggäste über die verstopften Straßen großer Städte hinweg transportieren.

„Ich schätze, dass die ersten rein elektrischen Kleinflugzeuge und Lufttaxis noch in diesem Jahrzehnt technisch ausgereift und für den Einsatz zertifiziert sein werden“, sagt Lars Künne. Bei größeren Passagiermaschinen rechnet er mit einem Zeitraum von deutlich mehr als 10 Jahren. Für Mittel- und Langstreckenflugzeuge eignen sich rein elektrische Antriebe in naher Zukunft noch nicht. Grund sind die hohen Zulassungsanforderungen und die technischen Herausforderungen durch das Gewicht der Batterien, die bei gleichem Energieinhalt deutlich schwerer sind als Treibstoff.

Da elektrisches Fliegen technisches Neuland ist, lassen vor allem die Entwicklungsabteilungen der Hersteller einzelne Rotoren im Schleuderstand testen. Dabei arbeiten viele auf die Zulassungsanforderungen der US-Bundesluftfahrtbehörde (FAA) hin. Wenn die ersten E-Flieger in Serienproduktion gehen, wird die grundlegende Arbeit im Schleuderstand abnehmen. „Stattdessen rechnen wir damit, dass der Bedarf an Auswuchttechnik steigt“, sagt Lars Künne. Denn die E-Motoren der kommenden Flugzeuggenerationen sollen vibrationsarm laufen. Wann genau dieser Zeitpunkt erreicht sein wird, sei noch offen. „Aber wenn es so weit ist, werden wir vorbereitet sein.“

Auf und davon

Der Traum vom Fliegen ist fest in der Geschichte der Menschheit verankert und noch lange nicht zu Ende geträumt.

1891

Otto von Lilienthal hebt in seinem „Derwitzer Apparat“ als Erster vom Boden ab.

1909

Gründung der ersten Fluggesellschaft der Welt, DELAG (Deutsche Luftschifffahrts-Aktiengesellschaft). Die ersten Luftschiffe für den Personenverkehr sind heute als Zeppeline bekannt. Ihre Blütezeit erlebten Luftschiffe ab 1928, bis sie 1937 durch die Brandkatastrophe der „Hindenburg“ bei ihrer Landung in Lakehurst ein jähes Ende fand.

1919

Das erste moderne Verkehrsflugzeug der Welt hebt mit sieben Passagieren ab. Die „Junkers F 13“ erreicht eine Rekordhöhe von 6.750 Metern. Der Start einer Erfolgsgeschichte – das Flugzeug erobert den weltweiten Luftverkehr.

1934

Wernher von Braun startet erste Raketenversuche und gilt als Vater der Raumfahrt. Unter dem NS-Regime entwickelt er die Rakete A4 und geht nach dem Krieg als Ingenieur in die USA, wo er später die Entwicklung der Trägerrakete für das Apollo-Raumschiff leitet.

1957

Die Sowjetunion setzt mit Sputnik I den ersten Satelliten aus. Auf sowjetischer Seite ein wichtiger Meilenstein im sogenannten Space Race. Kurz danach startet Sputnik II, mit dem die Polarhündin Laika als erstes Säugetier in die Erdumlaufbahn gelangt.

1969

Mission Apollo 11: Die Amerikaner Neil Armstrong und Edwin „Buzz“ Aldrin betreten als erste Menschen den Mond. Gerne vergessen: Der Pilot Michael Collins musste an Bord des Kommandomoduls weiter den Mond umrunden.

2021

Das 2002 gegründete US-Unternehmen SpaceX setzt die größte Rakete der Welt (120 Meter) zusammen. Die Rakete besteht aus der Stufe „Super Heavy“ und dem Raumschiff „Spaceship“. Am 5. Mai absolviert das Raumschiff mit der Nummer SN15 seinen ersten erfolgreichen Testflug. Ein erster Schritt in Richtung Weltraumtourismus.

2035

Bis 2035 will Airbus das erste emissionsfreie Flugzeug auf den Markt bringen.

Hiro Endo
Chief Technology Officer
Business Unit Test Devices
SCHENCK USA CORP., business unit Test Devices
571 Main Street
01749-3035 Hudson, MA
Vereinigte Staaten von Amerika