tECHnOLOGiE Reparaturverfahren Internationales Verkehrswesen (64) 2 | 2012 65 Regeneration ziviler Flugzeugturbinentriebwerke Der Zustand von Flugzeugtriebwerken als hochwertige und hochkomplexe Investitionsgüter verschlechtert sich während des Betriebs durch Abnutzung und Schädigung, sodass die regelmäßige Wartung, Reparatur und Überholung (Maintenance, Repair and Overhaul (MRO)) erforderlich sind. Damit können nicht nur Ressourcen gespart, sondern auch die Eigenschaften des Investitionsgutes wiederhergestellt oder u. U. verbessert werden. D ie Überholung („Regeneration“) hat zum Ziel, die nicht mehr vorhandene Einsatzfähigkeit eines Triebwerks wieder für einen längeren Betriebszeitraum herzustellen. Sie ist aufgrund des hohen Restwerts sowie des hohen Neuteilpreises der einzelnen Komponenten besonders rentabel für Turbinentriebwerke. Der regenerationsprozess Die Überholung wird am abgenommenen Triebwerk (of-wing) durchgeführt. Typischerweise wird das Triebwerk dabei zuerst einer Eingangsinspektion unterzogen. Danach wird es demontiert, seine einzelnen Module und Komponenten werden gereinigt und im Rahmen der Befundung auf Verschleiß und Schädigungen untersucht. Wenn Schädigungen festgestellt werden, muss anhand festgeschriebener Kriterien entschieden werden, ob die Teile verschrottet oder repariert werden. Schrottteile werden durch betriebsfähige, gebrauchte, überholte oder neue Teile ersetzt. Reparaturfähige Komponenten werden entweder im Hause des Regenerationsdienstleisters instandgesetzt oder an einen externen Dienstleister (Outside Vendor (OV)) zur Reparatur verschickt. Sobald alle Komponenten im betriebsfähigen Zustand vorliegen, kann mit der Montage des Triebwerks begonnen werden. Das montierte Triebwerk wird nach einem Testlauf an den Kunden geliefert [8]. Nach Schätzungen wird das zivile Luftfahrtaukommen in den nächsten 20 Jahren um etwa 4,8 % jährlich wachsen mit Schwerpunkten im Mittleren Osten und der asiatisch-paziischen Region [4]. Mit dem Luftfahrtaukommen wächst auch die Nachfrage nach MRO-Maßnahmen an Fluggerät und Triebwerken. Etwa 40 % der weltweiten Ausgaben für diese Maßnahmen entfallen auf die Triebwerke [2]. Der größte Markt für MRO-Leistungen ist in Nord- Abb. 1: Module eines modernen Flugzeugtriebwerks Quelle: Engine Alliance amerika mit einem Anteil von 40 % vorzuinden, gefolgt von Europa (26 %) und dem asiatisch-paziischen Raum (20 %) [1]. In der zivilen Luftfahrt besitzen die Betriebskosten von Triebwerken einen Anteil von über 30 % an den Gesamtkosten der Fluggesellschaften. Dafür verantwortlich sind neben den Abschreibungs- und Leasingkosten primär die Reparatur- und Überholungskosten sowie die Kosten für Kraftstof. Durch den Anstieg des Kerosinpreises nimmt der letztgenannte Posten ein immer größeres Gewicht ein [6]. Die Ausgaben für die Triebwerksüberholung lagen im Jahr 2009 schätzungsweise bei 19,3 Mrd. US-$. Davon entielen 62 % auf Materialkosten, 22 % auf Arbeitskosten und 16 % auf die Kosten für externe Dienstleister sowie weitere Gebühren [1]. Bei normalen Komplettüberholungen sind Schwerpunkte der Materialkosten typischerweise bei der Verdichter- und Turbinenbeschaufelung bzw. den Heißteilen des Triebwerks gegeben, für die über 50 % der Kosten anfallen [6]. Synergie zwischen triebwerksneugeschäft und MrO-Dienstleistungen Die Produktlebenszyklen für Triebwerke sind extrem lang und erstrecken sich teilweise über Zeiträume von mehr als 30 Jahren. Die Amortisationszeit beträgt im zivilen Triebwerksgeschäft etwa 15 Jahre. Dies folgt einerseits aus den hohen Investitionen in Forschung, Entwicklung und Produktion. Andererseits sind die Anbieter gezwungen, aufgrund der starken Konkurrenz vielfältige Zugeständnisse beim Neukauf zu gewähren. Das Neugeschäft für Flugzeugturbinen allein ist daher i. d. R. nicht in der Lage, die hohen Investitionen in Entwicklung und Die Autoren: Stefan Helber, felix Herde, raoul Hille tECHnOLOGiE Reparaturverfahren Internationales Verkehrswesen (64) 2 | 2012 66 Abb. 2: Potenzial der Regeneration am Beispiel einer Turbinenschaufel Quelle: Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (TFD), Leibniz Universität Hannover (LUH) Zulassung sowie die eigentlichen Herstellkosten zu decken. Vielmehr kann erst in der Betriebsphase durch MRO-Leistungen ein positiver Return on Investment für den Triebwerkshersteller generiert werden [6,-3]. komplexe Beziehungen auf dem MrO-Markt Triebwerkshersteller (OEM) Die zivile Industrie für Flugzeugturbinen weist bedingt durch hohe Markteintrittsbarrieren eine oligopolistische Marktstruktur auf. Das Erfordernis von hoher technologischer Kompetenz, bestehende langfristige Verträge zwischen den etablierten Triebwerksherstellern und ihren Kunden, strenge Zertiizierungs- und Zulassungsvorschriften sowie die Notwendigkeit erheblicher Investitionen in Forschung und Entwicklung erschweren den Markteintritt. Darüber hinaus stellen Skaleneffekte (Economies of Scale) eine weitere strukturelle Markteintrittsbarriere dar. Die Triebwerkshersteller (Original Equipment Manufacturer (OEM)) haben dadurch eine starke Position im MRO-Markt. Im Bereich der Flugzeugturbinen zählen dazu General Electric (GE), Pratt & Whitney und Rolls- Royce, sowie die drei Konsortien CFM International, International Aero Engines und Engine Alliance. Neben diesen Systemanbietern sind Subsystem- und Modullieferanten sowie hochspezialisierte Komponentenlieferanten an der Entwicklung und Fertigung eines Triebwerks beteiligt. Obwohl in der Luftfahrtindustrie ein starker Wettbewerbsdruck vorliegt, kooperieren die genannten Akteure triebwerksprogrammbezogen im Rahmen von „Risk-and-Revenue-Sharing“- Partnerschaften bei der Entwicklung und Fertigung. Regenerationsdienstleister Die größten Anbieter für Triebwerksüberholungen sind die OEMs. Bereits beim Kauf eines Flugzeugs bzw. Triebwerks werden häuig langfristige MRO-Verträge geschlossen. Daneben führen einige Fluggesellschaften die MRO-Dienstleistungen in eigenen Betrieben (Shop) selbstständig durch oder bieten wie Lufthansa Technik oder Delta TechOps ihre Kapazitäten an externe Kunden an. Im Zuge der Konzentration auf das Kerngeschäft lagern Fluggesellschaften die Regeneration zunehmend aus, zumal eine rentable Überholung eine gewisse Flottengröße voraussetzt. Darüber hinaus existieren unabhängige Anbieter für MRO-Leistungen, wie MTU Maintenance oder SR Technics. Die Triebwerkshersteller versuchen, Eintrittsbarrieren auf dem MRO-Markt zu errichten, indem sie die technische Unterstützung und das Training, die Bereitstellung von Werkzeugen, Ausrüstung und technischen Triebwerksunterlagen (Engine Manual (EM)) sowie die Vergabe von Lizenzen für Reparaturverfahren einschränken [7]. Ersatzteillieferanten, Outside Vendors An der Regeneration von Triebwerken sind zudem hochspezialisierte Unternehmen als Outside Vendors (OV) beteiligt, die Kompetenzen für die Reparatur bestimmter Triebwerkssysteme, -module oder -komponenten besitzen, welche die eigentlichen MRO-Anbieter u. U. nicht aufweisen. Anbieter von PMA-Teilen (Parts Manufacturer Approval) liefern von den Luftfahrtbehörden zugelassene Ersatzteile, die nicht vom eigentlichen Systemanbieter (OEM) stammen. Die PMA-Teile stehen im direkten Wettbewerb zu den Originalersatzteilen der Systemanbieter und setzen die Preise für Ersatzteile unter Druck. Luftfahrtinstitutionen Der Luftverkehr ist geprägt von höchsten Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit. Um die Einhaltung der Anforderungen zu gewährleisten, existieren verschiedene (staatliche) Institutionen mit hoheitlichen Kompetenzen. Zu ihnen zählen u. a. das Luftfahrt-Bundesamt (LBA), die Europäische Agentur für Flugsicherheit (European Aviation Safety Agency (EASA)) und die Federal Aviation Administration (FAA). In Bezug auf die Regeneration von Flugzeugtriebwerken sind die Luftfahrtbehörden u. a. zuständig für die Zertiizierung und Kontrolle der beteiligten Unternehmen und deren Mitarbeiter. Sie publizieren z. B. Lufttüchtigkeitsanweisungen (Airworthiness Directives (AD)), die bei der Regeneration verbindlich umzusetzen sind. Darüber hinaus lassen sie nach anspruchsvollen Tests selbstständig entwickelte Reparaturverfahren von Regenerationsbetrieben zu. Kunden und kundenspezifische Anforderungen Die Kunden von MRO-Leistungen sind die operierenden Fluggesellschaften sowie Leasinggeber. Mit dem individuellen Geschäftsmodell des Kunden und dessen Unternehmensphilosophie unterscheiden sich auch die teilweise konliktären Anforderungen an die Regeneration. Die Basisanforderung, die immer − unabhängig vom jeweiligen Kunden − besteht, ist die Sicherstellung des störungsfreien Betriebs der Triebwerke. Über diese Basisanforderung hinaus nehmen die Kunden unterschiedliche Gewichtungen der Anforderungen vor, u. a. hinsichtlich ƀǁ der Kosten der Regeneration sowie deren Vorhersagbarkeit/ Planbarkeit, ƀǁ des Qualitätsstandards der Triebwerke, bezogen auf Leistung, Energieeizienz, Reichweite, Emissionen, Verfügbarkeit etc., ƀǁ der Betriebskosten, ƀǁ der Durchlaufzeit bei der Regeneration, ƀǁ der Vorhersagbarkeit der Regenerationsintervalle, ƀǁ Bereitstellung von Ersatztriebwerken (Leasing). Die Umgebungssowie Einsatzbedingungen, unter denen Triebwerke betrieben werden (z. B. hohe Anzahl von Starts mit maximalem Schub, korrosive Einsatz- (Umwelt)bedingungen, etc.), hängen vom kundenspeziischen Geschäftsmodell ab und beeinlussen neben der Abnutzung und Schädigung weitere relevante Parameter, wie bspw. den Kraftstofverbrauch. Dieser gewinnt mit dem ab 2012 zunächst in Europa eingeführten CO 2 -Zertiikatehandel (Emission Trading) weiter an wirtschaftlicher Bedeutung. Werden Triebwerke mit einer hohen durchschnittlichen Anzahl von Flugstunden je Flugzyklus betrieben, was z. B. auf Interkontinentallügen von Full Service Network Carriern (FSNC) gegeben ist, so besitzen die Kosten für Treibstof einen größeren Anteil an den Gesamtkosten, als bei kurzen durchschnittlichen Flugzyklen bspw. auf Kontinentallügen von Low Cost Carriern (LCC). Der Kundennutzen wird dann erhöht, wenn die Regeneration der Triebwerke kundenspeziisch ausgeführt wird, so dass der Kraftstofverbrauch und die speziischen Schädigungen reduziert werden. Dies wird durch angepasste Reparaturverfahren oder die entsprechende Koniguration der einzelnen Triebwerksmodule erreicht. Vertragsarten und Zahlungsmodalitäten Regenerationsbetriebe bieten ihren Kunden unterschiedliche Vertragsarten mit entsprechenden Abrechnungsverfahren an. Mit der Wahl der Vertragsart werden die Höhe und Vorhersagbarkeit der Kosten sowie die Durchführung der Regeneration beeinlusst. Grundsätzlich ist die Kombination der verschiedenen Vertragsarten Praxis [5,-8]. „Exklusiv“ vs. „Nicht-Exklusiv“ Exklusive Verträge binden den Kunden langfristig an den im Vertrag festgelegten Leistungsumfang. Über die Vertragslaufzeit ist der Kunde verplichtet, alle im Vertrag erfassten Regenerationsereignisse (Shop Visits (SV)) bei dem entsprechenden Betrieb durchführen zu lassen. Werden Verträge nicht exklusiv geschlossen, so hat der Kunde die Möglichkeit, fallweise zu entscheiden, welcher Betrieb die Regeneration ausführen soll. Time & Material Bei Time & Material-Verträgen werden dem Kunden sämtliche Arbeitsstunden und Materialien für das Regenerationsereignis nach Aufwand in Rechnung gestellt. Diese vergütet der Kunde unter Berücksichtigung der ausgehandelten und vertraglich ixierten Arbeits- oder Materialkosten. Der Regenerationsbetrieb berechnet gegebenenfalls für bestimmte Leistungen einen zusätzlichen Aufwand, der gewöhnlich auf einen maximalen Betrag limitiert wird. Fly-by-Hour Fly-by-Hour-Verträge (FbH) erfordern ein exklusives Vertragsverhältnis. Der Kunde bezahlt für jede Triebwerksbetriebsstunde einen vertraglich ixierten Betrag an den Regenerationsdienstleister. Aus den kumulierten Beträgen werden die Kosten der Regenerationsereignisse getragen. Da nur ein begrenztes Budget zur Verfügung steht, das unabhängig von dem Zustand des Triebwerks und dem damit verbundenen Arbeitsumfang ist, besteht bei übermäßigen Schädigungen ein inanzielles Risiko für den Regenerationsbetrieb. Für den Kunden bietet ein FbH-Vertrag den wesentlichen Vorteil, dass die Kosten der Regeneration WINDFORCE 2012 - Ihr Schlüssel zur Offshore-Windenergie! Die Nordwest-Region Deutschlands bildet weltweit einen einmaligen Schwerpunkt in der Offshore-Branche. Projektierer, Hersteller, Zulieferer, Schiffbau und maritime Dienstleistungen, Logistik, Service, Aus- und Weiterbildung - Präsentieren Sie sich dort, wo die Branche zu Hause ist. Aussteller-Infos und Buchung: www.windforce2012.com Deutschlands erste Offshore-Messe - Kommen Sie nach Bremen! buchen sie jetzt ihren messestand! Medienpartner: DV V MARITIME JOURNALS RECHARGE The global source for renewable energy news © Norddeutsche Seekabelwerke GmbH Mit freundlicher Unterstützung von: tECHnOLOGiE Reparaturverfahren Internationales Verkehrswesen (64) 2 | 2012 68 über den Nutzungszeitraum der Triebwerke relativ gut planbar sind. Der im Vertrag enthaltene Umfang der Leistungen sowie die Übernahme von Risiken auf Seiten des Regenerationsbetriebs werden durch eine Anpassung der FbH-Raten berücksichtigt. Fixed Price Bei Fixed Price-Verträgen werden feste Preise für Material, Arbeit sowie die Vergabe von Aufträgen an externe Dienstleister − in Abhängigkeit der Arbeitsumfänge und Zerlegungstiefen − vertraglich festgelegt. Beispielsweise kann im Vorfeld ein ixer Preis für die Regeneration eines kompletten Triebwerks vereinbart werden. Eine Preisixierung auf Modulebene in Abhängigkeit von der jeweiligen Zerlegungstiefe und dem dazugehörigen Arbeitsumfang ist auch möglich. Nicht im Fixpreis enthaltene Leistungen können gesondert zu Time & Material-Konditionen abgerechnet werden. Im Falle der Über- oder Unterschreitung des verfügbaren Budgets besteht die Möglichkeit, den Diferenzbetrag auf den MRO- Betrieb und den Kunden aufzuteilen. Diese Vertragsart bietet für die Kunden den Vorteil, dass die vorher deinierten Preise unabhängig von den während der Regeneration entdeckten Schädigungen und damit korrespondierenden Aufwendungen gelten. Auf Seiten des Dienstleisters besteht das Risiko, dass hohe Ausschussraten und ein großer Anteil an beschädigten aufzuarbeitenden Teilen negative inanzielle Folgen haben. Planung und Organisation der regeneration Heutzutage werden Flugzeugturbinen nicht nach festen Intervallen regeneriert, sondern vielmehr „on condition“, d. h. wenn es der Triebwerkszustand erfordert. Umfassende Zustandsüberwachungssysteme (Engine Condition Monitoring (ECM)) sammeln und analysieren Daten über den Triebwerkszustand. Bei der Regenerationsplanung bildet nicht das gesamte Triebwerk die kleinste Planungseinheit, sondern einzelne Module (z. B. Getriebe, Hochdruckturbine). Um eine wirtschaftliche Regeneration zu ermöglichen, muss eine angemessene, dem Zustand des Triebwerks entsprechende Zerlegungstiefe gewählt werden. Die Zerlegungstiefe eines Triebwerks sowie der Arbeitsinhalt und -umfang (Workscope) werden modul- und baugruppenspeziisch bei jedem Regenerationsereignis festgelegt und an die Einsatzbedingungen des Triebwerks individuell angepasst [6]. Über den exakten Zustand eines Triebwerks herrscht jedoch so lange Unsicherheit, bis dieses in Einzelteile zerlegt und diese befundet wurden. Die Zerlegungstiefe eines Triebwerks hat damit direkten Einluss auf die Kosten eines Regenerationsereignisses. Je stärker ein Triebwerk zerlegt wird, desto strenger werden die Inspektionskriterien, nach denen entschieden wird, ob ein Bauteil einsatzfähig, reparaturfähig oder zu ersetzen ist. Die strengsten Kriterien liegen auf Einzelteilniveau vor. Mit der Verschärfung der Kriterien nimmt daher die Wahrscheinlichkeit zu, dass ein Bauteil aufgearbeitet werden muss oder Ausschuss ist. Damit steigen gleichzeitig die Kosten eines Regenerationsereignisses und im Gegenzug der Wert des regenerierten Triebwerks. reparaturverfahren Der Einsatz von Reparaturverfahren ermöglicht es, Teile, die zuvor ersetzt worden wären, wieder in einen einsatzfähigen Zustand zu überführen. Neben den OEM-Reparaturverfahren werden durch Regenerationsdienstleister neue, angepasste Verfahren entwickelt. Die Entwicklung von Reparaturverfahren ist daher eine Schlüsselkompetenz von Regenerationsbetrieben, die es ihnen ermöglicht, sich gegenüber Wettbewerbern abzugrenzen. Vor dem Hintergrund des starken Wachstums in Regionen mit anspruchsvollen Betriebsbedingungen und damit einhergehenden ausgeprägten Abnutzungs- und Schädigungserscheinungen erhält die Entwicklung spezialisierter Reparaturverfahren eine besonders Relevanz. Die Aufarbeitung wird u. a. an externe Dienstleister fremdvergeben, wenn Kapazitätsengpässe bestehen oder keine Lizenz oder Kompetenz für die erforderlichen Verfahren vorliegen. Darüber hinaus muss entschieden werden, ob die Reparatur eines Teils ökonomisch sinnvoll ist. Dies hängt von den Kosten, dem Restwert eines Teils sowie dem Marktpreis und der Verfügbarkeit von gebrauchten oder neuen Ersatzteilen ab. Diese Abwägung ist insbesondere bei älteren Triebwerksprogrammen wichtig. fazit Die industrielle Regeneration von zivilen Flugzeugtriebwerken indet in einem dynamischen Umfeld statt, das von höchsten Ansprüchen an Sicherheit und Wirtschaftlichkeit, unterschiedlichen Akteuren, die in komplexen Beziehungen zueinander stehen sowie kundenindividueller Anforderungen gekennzeichnet ist. Um die Regeneration eizient zu gestalten und den Kundennutzen zu maximieren, werden an das kundenspeziische Geschäftsmodell und die sich daraus abgeleitete Operation der Triebwerke angepasste Planungs- und Reparaturverfahren entwickelt und eingesetzt. Zur Berücksichtigung der unterdANKSAGUNG Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die inanzielle Unterstützung zur Durchführung dieses Forschungsvorhabens im Rahmen des SFB 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“. Stefan Helber, Prof. Dr. Leiter des Instituts für Produktionswirtschaft, Leibniz Universität Hannover stefan.helber@prod.uni-hannover.de felix Herde, Dipl. Wirtschaftsingenieur Wissenschaftlicher Mitarbeiter Institut für Produktionswirtschaft Leibniz Universität Hannover felix.herde@prod.uni-hannover.de raoul Hille, Dr. Geschäftsführer Hannover Airport; Lehrbeauftragter am Institut für Produktionswirtschaft Leibniz Universität Hannover r.hille@hannover-airport.de LITERATUR [1] AERO STRATEGY. „Global MRO Market - Economic Assessment.“ August 2009. [2] AVIATION WEEK - Overhaul & Maintenance, 2009. [3] BROIchhAUSEN, K., und WIEDRA, M.: „Steuerung komplexer Entwicklungsprojekte bei MTU Aero Engines.“ In Management von Innovation und Risiko, von O. und Kobe, c. Gassmann, 285- 299. Berlin: Springer, 2006. [4] LEAhY, J. (Airbus). „Airbus Global Market Forecast (2010 - 2029).“ Dezember 2010. [5] RUpp, O. c. „Instandhaltungskosten bei zivilen Strahltriebwerken.“ MTU Aero Engines - Technikberichte. o. Jg. http: / / www.mtumaintenance.de/ de/ technologies/ (Zugrif am 24. Oktober 2011). [6] RUpp, O. c. „Vorhersage der Instandhaltungskosten bei der Auslegung ziviler Strahltreibwerke.“ , Dissertation, Technische Universität München, Institut für Luft- und Raumfahrt, Lehrstuhl für Flugantriebe. 2000. [7] STEFFENS, K., und hOLLMEIER, S.: „Triebwerksindustrie - Neue Wege ins neue Jahrhundert.“ München, o. J. [8] STEGLIch, M. „Kosten- und Risikostrukturen wichtiger Vertragsformen in der Maintenance ziviler Flugtriebwerke.“ 2003. [9] STERZENBAch, R., cONRADY, R. und FIchERT, F.: Luftverkehr: Betriebswirtschaftliches Lehr- und handbuch. Lehr- und handbüher zu Tourismus, Verkehr und Freizeit. München: Oldenbourg, 2009. schiedlichen Kundenpräferenzen werden verschiedene Vertragsarten mit speziischen Abrechnungsverfahren angeboten, die sich auf die Durchführung der Regeneration auswirken. ɷ