Das Fraunhofer IPT hat gemeinsam mit der FH Aachen und dem Unternehmen Präwest eine teils mit dem 3D-Drucker hergestellte, neue MMX-Wasserstoff-Brennkammer für die Luftfahrt entwickelt. Diese soll weniger Stickstoffoxid abgeben und ist mit 3D-Druck auch kostengünstiger in der Produktion. Wir stellen das Projekt einmal vor.

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Wasserstoff wird ein zunehmend wichtiger Energieträger gegen den Klimawandel. Dessen Verbrennung setzt zwar kein Kohlendioxid frei, es entstehen jedoch mehr Stickoxide (NOx) als bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Gemeinsam mit der FH Aachen und der Präwest Präzisionswerkstätten GmbH & Co. KG hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT mit Hilfe von 3D-Druck eine Wasserstoff-Brennkammer hergestellt. Das berichtet das Fraunhofer-Institut in einer Pressemitteilung. Die neu entworfene Kammer soll helfen den Stickoxid-Ausstoß deutlich zu senken.

Details zur MMX-Wasserstoff-Brennkammer

Die MMX-Wasserstoff-Brennkammer unterstützt das MicroMix-Brennverfahren (MMX), das von Prof. Dr. Harald Funke von der FH Aachen entwickelt wurde. Das Verfahren setzt nicht wie üblich auf einige große, sondern viele kleine Flammen. Das Gas vermischt sich in der MMX-Brennkammer optimal mit der zugeführten Luft und verbrennt mit geringerer NOx-Bildung. Außerdem bietet die Kammer mehr Sicherheit gegen Flammenrückschlag, wodurch diese nicht nur für stationäre Gasturbinen, sondern auch für Anwendungen in der Luftfahrt geeignet ist.

3D-gedruckter Mikro-Mischer-Brennkopf
Ohne die additive Fertigung wäre die Herstellung der MMX-Wasserstoffbrennkammer sehr kostspielig geworden (im Bild: 3D-gedruckter Mikro-Mischer-Brennkopf)(Bild © Fraunhofer IPT).

MMX-Brennkammern sind in der Herstellung sehr anspruchsvoll, denn die Fertigungstoleranzen sind gering. Der Betrieb der Kammer mit flüchtigem Wasserstoffgas erfordert ein dauerhaft dichtes System. Alle Funktionselemente im Inneren der Kammer, wie etwa die Luftleitbleche, müssen präzise zueinander ausgerichtet sein, um das gewünschte Strömungsverhalten der zu- und abgeführten Gase zu gewährleisten. Mit subtraktiven Fertigungsverfahren wie Fräsen oder Bohren wäre das Ganze sehr kostspielig. So entschieden sich die Projektpartner für die Laser Powder Bed Fusion (LPBF).

Mensch vor MMX-Wasserstoffbrennkammer
Die MMX-Wasserstoff-Brennkammer unterstützt das MicroMix-Brennverfahren (MMX), das von Prof. Dr. Harald Funke von der FH Aachen entwickelt wurde (im Bild: MMX-Wasserstoffbrennkammer)(Bild © Fraunhofer IPT).

Die Brennkammer wird mit LPBF aus einem Metallpulver aufgebaut. Ein Mikroschweißprozess im Pulverbett schmelzt die Querschnittfläche des Bauteils schichtweise auf. Mit den extrem dünnen Schichtstärken entsteht eine komplexe Bauteilgeometrie in einer hohen Auflösung. Viele Funktionselemente darin sind bereits im Inneren der Brennkammer angelegt, was den Nachbearbeitungsaufwand reduziert. Nach dem 3D-Druck müssen filigrane, bewegliche Luftleitbleche in einem Fräsprozess hergestellt und die Bohrungen für den Wasserstoffaustritt nachträglich hinzugefügt werden. Das MMX-Konzept wurde bereits erfolgreich getestet. Die Forscher prognostizieren auf der Grundlage von Simulationen, dass der Einsatz von LPBF den Zeitaufwand der Montage deutlich verringern und die Kosten einer solchen Brennkammer bis zu 90 Prozent reduzieren kann.

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