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Projekt Zukunft

Vulkanasche - Gefahr für die Flieger

Wissenschaftler untersuchen, wie gefährlich Vulkanasche für Düsentriebwerke ist. Denn darüber ist wenig bekannt, die Folge war ein Flugverbot in Europa, als der Eyjafjallajökull im April große Aschemengen ausstieß.

Arbeiter an einer Flugzeugturbine (Foto: AP)

April 2010. Das hat es so noch nicht gegeben - ein isländischer Vulkan legt den Himmel über halb Europa lahm. Tage lang werden große Teile des Luftraums gesperrt. Niemand kann zuverlässig sagen: wie gefährlich ist diese Asche für Flugzeugtriebwerke? Vor allem in Nordeuropa bleiben viele Terminals leer und die Maschinen am Boden.

Satellitenbilder zeigen, wie sich die Aschewolke verteilt. Ein Forschungsflugzeug des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrtagentur startet. Um Luftproben zu nehmen und die Menge der Partikel zu messen.

Christoph Leyens vor einem Glasbehälter mit Vulkanasche. (Foto: DW-TV)

Der Werkstoffforscher Christoph Leyens (rechts) untersucht die Asche des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull.

Isländische Asche unter der Lupe

So sieht sie aus, die Asche vom isländischen Vulkan. Gesammelt von Forschern vor Ort. Ein Team um Christoph Leyens untersucht die chemische Zusammensetzung, auch wann und wie die Vulkanasche schmilzt.

Daraus lässt sich abschätzen, was sie bei Triebwerken bewirkt. Das ist noch weitgehend unerforscht.

Das Mikroskop zeigt: Aschepartikel haben scharfe Kanten. Damit zerstören sie Triebwerksschaufeln stärker als solche Sandkörner, die rundlich sind. Prof. Christoph Leyens von der Technische Universität Dresden sieht noch eine andere Gefahr: „Zum anderen kann in den heißen Teilen des Triebwerks die Vulkanasche aufschmelzen. Bildet dort einen schmelzflüssigen Belag. Und der schädigt dann die Turbinenschaufel.“

Christoph Leyens und ein Mitarbeiter betrachten die Vulkanasche auf einem Monitor. (Foto: DW-TV)

Unter dem Mikroskop werden die scharfen Kanten der Vulkanasche sichtbar.

Scharfe Kanten schädigen das Triebwerk

Auf diesem Triebwerksteil haben die kleinen Partikel sichtbare Spuren hinterlassen. Das Material kann an den beschädigten Stellen brechen. Und die Leistung der Turbine mindern. Die Forscher wollen wissen: Wann wird so ein Schaden gefährlich? Das untersuchen sie in diesem Erosionsprüfstand. Eine Spezialanfertigung, die an der Uni Cottbus steht.

Damit können sie Vulkanasche ganz gezielt auf Proben schießen.

Größe, Anzahl, Geschwindigkeit der Partikel lassen sich einstellen. Sogar deren Temperatur. Bis zu 800 Grad. So lässt sich untersuchen: was passiert, wenn Asche in laufende Flugzeugturbinen gerät. Prof. Christoph Leyens hofft, durch seine Forschung in maximal ein bis anderthalb Jahren Grenzwerte verlässlich vorschlagen zu können.

Forscher zeigen auf Riefen im Metall durch Vulkanasche. (Foto: DW-TV)

Solche Riefen in den Turbinenschaufeln können zur einer Gefahr für die Passagiere in der Luft werden.

Neue Regeln durch die Forschung

Grenzwerte, die festlegen, wann Flugzeuge nicht mehr fliegen dürfen. Die hängen auch mit der Belastbarkeit der Turbinen zusammen. Und die wollen die Forscher erhöhen mit speziellen Beschichtungen. Schutzschichten gibt es schon. Doch die sind nicht haltbar genug. Deshalb werden in Cottbus und Dresden ganze Schichtsysteme entwickelt. Die vereinen Härte von Keramik und Elastizität von Metall. Bis zu 40 hauchdünne Lagen kann so ein Schichtystem haben.

Damit wollen die Forscher die Lebensdauer von Triebwerken verdoppeln, sogar verdreifachen.

Das funktioniert nur, wenn jede Schicht absolut gleichmäßig aufgetragen ist. Das geschieht in einer Vakuum-Anlage. Damit können die Forscher die einzelnen Lagen aufdampfen und ihrer Beschichtung die gewünschten Eigenschaften geben. Auch bei 1200 Grad Hitze muss die Schutzschicht halten. Doch diese Versuche muss Christoph Leyens noch durchführen:

„So weit sind wir heute noch nicht. Wir können ziemlich zuverlässig sagen, wie sich diese Schichtsysteme unter niedrigen Temperaturen - Raumtemperatur und leicht erhöht bis zu drei Hundert, vier Hundert, Grad verhalten. Aber die ganz hohen Temperaturen, die haben wir heute noch nicht getestet.“

Vielleicht können Flugzeuge schon bald mit robusteren Triebwerken abheben als bisher.

Autorin: Cornelia Borrmann

Redaktion: Andreas Neuhaus

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