ZIM-Projekt von Schübeler Composite in Kooperation mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn zur Entwicklung eines multifunktional einsetzbaren elektrischen Luftstrahltriebwerks
Bad Lippspringe. Nachfragen nach Luftstrahltriebwerken bzw. kompakten Axialkompressoren in der Leistungsklasse bis 30 kW haben für unterschiedliche Einsatzbereiche wie z. B. Rennsport, Windkanalbetrieb, Industrie oder Katastrophenschutz (Drohnen) in den letzten Jahren zugenommen. Die Firma Schübeler Composite aus Bad Lippspringe hat gemeinsam mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn ein neues Forschungsprojekt zur Entwicklung eines 30 KW- Luftstrahltriebwerks gestartet, das multifunktional einsetzbar ist. Anders als bei konventionellen, also mit fossilen Brennstoffen betriebenen, Aggregaten, wird dieses mithilfe eines leistungsstarken und hocheffizienten Elektromotors angetrieben und wird gänzlich aus Leichtbauwerkstoffen gefertigt.
.Der Antrieb basiert auf dem Grundgedanken eines klassischen Fantriebwerks mit hohem Nebenstromverhältnis. Das Kerntriebwerk, welches den Hauptfan antreibt wird hier jedoch durch einen extrem leistungsstarken elektronisch kommutierten Elektromotor ersetzt. Nur ein sehr geringer Teil des Gesamtluftstroms wird zu Kühlungszwecken durch den Motor geleitet.
Erweiterung des Einsatzspektrums
Schübeler Composite entwickelt neben dem aerodynamischen Verdichter auch den hocheffizienten elektrischen Antriebsmotor und erreicht mit der Kombination aus einer klassischen Fanstufe und einem Elektromotor die Unabhängigkeit des Antriebs von fossilen Brennstoffen. Der völlig abgasfreie, leise und vibrationslose Betrieb des Strahltriebwerks ermöglicht die Erweiterung des Einsatzspektrums, u.a. ist der Einsatz auch für Windkanalmessungen als Massenstromgenerator, für Drohnenantriebe, manntragenden Segelflugzeugen sowie für industrielle Anwendungen (z. B. CO2 Laser) geplant.
Dafür wird das Luftstrahlentriebwerk zu großen Teilen aus verschiedenen Leichtbauwerkstoffen wie Carbon Composites (Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden) und einer hochfesten Aluminiumlegierung bestehen. Dies ist notwendig, um die hohen Anforderungen in punkto Zuverlässigkeit und Leistungsdichte zu erfüllen. Schübeler Composite treibt seine Verflechtung von fortschrittlichem ingenieurswissenschaftlichen Wissen (Know) und langjährig gewachsener und perfektionierter praktischer Expertise (How) damit weiter voran. Das ist die Voraussetzung dafür, ein so innovatives Projekt zu starten und damit auch den Einstieg in ein neues Technologiegebiet zu wagen sowie die Kombination neuer Technologien im Unternehmen zu bestreiten.
Hohe Leistungsanforderungen bewältigen
Das Fügen der Leichtbaukomponenten, die beim Betrieb des Triebwerks unter sehr hohen mechanischen und thermischen Belastungen stehen werden, wird wohl eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung des Strahltriebwerks sein. “Wir glauben mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn genau den richtigen Partner für die uns bevorstehenden Herausforderungen gefunden zu haben. Wir freuen uns auf die erfolgreiche Zusammenarbeit.“ so Daniel Schübeler, Geschäftsführer von Schübeler Composite. Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Leiter des LWF, merkt dazu an „Aufgrund unserer nunmehr fast 40 Jahre Erfahrung in der Kennwertermittlung und Auslegung geklebter Leichtbauverbindungen unter hochdynamischen Anwendungen, ist die Firma Schübeler Composite an uns herangetreten. Wir freuen uns sehr auf die vor uns liegenden Herausforderungen, von denen beide Projektpartner partizipieren können.“ Das LWF wird im Projektverlauf die eingesetzten Verbindungen simulativ abbildbar und für zukünftige Leistungsstufen skalierbar machen. „Damit ist nach Projektende die Schübeler Composite in der Lage, die anspruchsvollen Verbindungen im neu entstandenen Produktprogramm eigenständig auszulegen“, ergänzt Marc Wünsche, Projektbearbeiter am LWF.
Das Projekt erhält eine Innovationsförderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM).
Über Schübeler Composite
Die Firma Schübeler Composite mit Sitz in Bad Lippspringe ist ein Technologie-orientiertes Unternehmen mit Sitz in Bad Lippspringe.
Die Firma beschäftigt 18 Mitarbeiter und ist spezialisiert auf die Entwicklung und Optimierung von Turbomaschinen. Dazu gehören Axial- und Diagonalverdichter genauso wie Flüssigkeitspumpen und Propeller.
Dieses Know-how wird als Dienstleistung angeboten, fließt aber auch in eigene Produkte ein, die bei Schübeler Composite gefertigt werden. Die hauseigene Fertigung befasst sich mit Carbon Composite Strukturen sowie die Montage von Aluminium-Composite Leichtbaugruppen.
Kombiniert wird das Turbomaschinen Know-How mit der Fähigkeit zur Auslegung und Fertigung von hocheffizienten BLDC und BLAC Antriebsmotoren.
Die so konzipierten Produkte finden Verwendung in Unmanned-Aerial-Systems, im Modellsport, im Rennsport sowie in der Luftfahrt und weiteren Industriezweigen, in denen ein Gas oder eine Flüssigkeit effektiv gefördert werden muss.
Über das Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF)
Das LWF (Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik) ist eine national und international vernetzte anerkannte Forschungseinrichtung. Das Laboratorium erbringt sowohl grundlagenorientierte Ergebnisse als auch solche mit hoher Anwendungsrelevanz und ist eng eingebunden in ein Netzwerk aus KMU, Großunternehmen und Förderorganisationen. Die Forschungsschwerpunkte des LWF liegen in der Neu- und Weiterentwicklung mechanischer, klebtechnischer, thermischer und hybrider Fügetechniken für das Verbinden von neuen Leichtbauwerkstoffen in der Mischbauweise. Im Vordergrund stehen Verfahren zur effizienten Umsetzung und Optimierung von Fügeverfahren für ressourceneffiziente Hochleistungsverbundsysteme. Hinzu kommen Kennwertermittlung und Simulation.
Besondere Bedeutung haben die Ausbildung des ingenieurwissenschaftlichen Nachwuchses und der Wissenstransfer in Industrie und Forschung.
