Der Vakuumgenerator als einer der Kernkomponenten moderner Flugzeug-Abwassersysteme wird heute mit Gehäuseteilen aus Aluminium-Feinguss und einem Permanentmagnet-Motor hergestellt, Abwasserrohre sind aus Titan. In diesen Bauweisen ist das Design ausgereizt und es gibt keine erfolgversprechenden Ansätze zu einer weiteren Gewichtsreduktion. Das zentrale Kühlsystem in einigen Airbus-Flugzeugen wird mit Galden oder PWG betrieben. Beim Einsatz von CO₂ besteht eine Chance auf eine erhebliche Gewichtsersparnis. Ziel des Vorhabens war es, mit Hilfe eines neuen Designkonzeptes und unter Einsatz neuer Materialien das Gewicht der o.g. Geräte bzw. Systeme deutlich zu reduzieren. Bei der CO₂-Pumpe war insbesondere zu klären, ob ein Gerät konstruiert werden kann, das in der Lage ist, CO₂ in einem 2-phasigen Aggregatszustand zu fördern. Das Vorhaben war in 3 Teilprojekte, Vakuumgenerator, Abwasserrohre und CO₂-Pumpe, unterteilt. Jedes dieser Teilprojekte war in dieselben fünf Phasen untergliedert. Nach Spezifikation der Anforderungen wurden in der Konzeptphase Materialien und Bauweisen festgelegt und verschiedene Varianten erstellt und bewertet. Beim Vakuumgenerator wurde als exemplarisches Bauteil das Motorgehäuse, als Material Magnesium im Thixo-Spritzgussverfahren ausgewählt, für das Laufrad PEEK und PPS als Material und das Spritzgussverfahren. Außerdem wurde beschlossen, in diesem Projekt erstmalig den Axialfeldmotor zum Einsatz zu bringen. Für das CO₂-Kühlsystem wurde eine Zahnradpumpe mit einem regelbaren Antrieb ausgewählt. In der dritten Phase wurden diese Geräte detailliert spezifiziert und es wurden die benötigten Bauunterlagen erstellt. Das Motorgehäuse wurde unter Beibehaltung der Interfaces so modifiziert, dass es im Magnesium-Spritzgussverfahren herstellbar ist. An Musterplatten erfolgten erste Korrosionsuntersuchungen. Vom Motor wurden erste Muster beschafft und Vorab-Tests durchgeführt. Bei den Rohren wurden insbesondere die Anschlussflansche ausgelegt und das Klebeverfahren definiert. Ebenso wurde das Zahnrad und die anderen Pumpenteile dimensioniert. Im vierten Schritt "Musterbau und Integration" wurden die benötigten Werkzeuge beschafft und es wurden die ersten Muster hergestellt und in Betrieb genommen. Die Korrosionstests wurden mit zusätzlichen Beschichtungen intensiviert. Im Rahmen der Verifikation wurden zunächst Funktions- und Systemtests, schließlich auch einige Umwelttests durchgeführt. Beim Vakuumgenerator wurde in einigen Iterationen letztendlich eine funktionierende Lösung für den Axialfeld-Motor und dessen Ansteuerung gefunden. Das Korrosionsverhalten des Magnesium-Gehäuses konnte nicht befriedigend gelöst werden. Kunststoff- Laufräder sind verwendbar, allerdings muss im Verbund mit dem Axialfeld-Motor noch eine verbesserte konstruktive Ausführung gefunden werden. PEEK-Abwasserrohre sind als gerade Rohre verwendbar. Gebogene, unverstärkte Rohre halten dagegen den Systembelastungen nicht stand. Die CO₂Pumpe hat in der letzten Version die definierten Leistungsanforderungen erfüllt. Die Ziele des Vorhabens sind mit einer deutlichen Gewichtsreduktion jeweils im 2-stelligen Prozentbereich erreicht worden. Der Axialfeld-Motor wird bereits in einem versetzt gestarteten Entwicklungsprojekt weiterentwickelt und soll in der Praxis zum Einsatz kommen. Magnesium-Gehäuse können nur verwendet werden, falls ein verbesserter Oberflächenschutz gefunden wird. Die anderen Tests inkl. dem Brandtest wurden erfolgreich bestanden. Gerade PEEK-Abwasserrohre sollen ebenfalls in naher Zukunft in einem Business-Jet zum Einsatz kommen. Die CO₂ Pumpe wird zum Einsatz kommen, wenn Airbus sich entschließt, das zentrale Kühlsystem auf dieses Kühlmedium umzustellen.

Nowadays, a vacuum generator is a core component of modern water/waste systems and is fabricated involving aluminium housings and a permanent magnet motor. Waste pipes are made from Titan. The current design of these equipment is to be considered exhausted and there are no relevant approaches with regard to further weight reductions. The central cooling system in several Airbus aircrafts are operated with Galden or PWG as cooling fluids. There is a potential to significantly reduce weight by using CO₂. The aim of the project was to considerably reduce the weight of mentioned systems by means of new design concepts as well as by the usage of new materials. A particular objective was to check whether it is possible to design a CO₂ pump that is able to transport CO₂ in a two-phase state of matter. The project was organized in three subpackages: vacuum generator, waste pipes and CO₂ pump. Each subpackage was divided into the same five phases. After specifying the requirements, in the concept phase materials and design approaches were determined and different variants were created and evaluated. For the vacuum generator the motor casing was selected as typical housing part to be produced out of Magnesium in the Thixo moulding process. For the impeller PEEK and PPS were selected as material and the injection moulding as manufacturing process. Furthermore, the decision was taken to use for this project the axial flow motor for the first time. For the CO₂ cooling system a gear pump with an adjustable drive was selected. In a third step these equipments were specified in detail and necessary design documents were created. While keeping the interfaces the motor housing was modified in a way as to enable manufacturing in the Thixo moulding process. First corrosion tests of sample sheets with different coatings were conducted. First motor samples were procured and pre-tests were conducted. For the pipes the connector flange was designed and the bonding procedure was defined. Additionally, the gear-wheel and other pump elements were scaled. In a fourth step "Prototyping and Integration" all needed manufacturing tools were procured and first samples were manufactured and put into operation. The corrosion tests were intensified with additional coatings. Within the framework of the verification process functional and system tests were carried out. Based on the achieved results some elements were redesigned and retested. In addition to the functional tests some environmental tests were conducted. For the vacuum generator an efficient solution for the axial flow motor and its control was found in several iterations. The corrosion behaviour of the Magnesium casing has not been solved satisfactorily. Plastic impellers are applicable, but combined with the axial flow motor an improved mechanical design has to be defined. PEEK waste pipes may be used as straight lines. However, bent pipes do not endure the system load without reinforcement measures. In its latest version the CO₂ pump has fulfilled the performance requirements. With a significant weight reduction of a double-digit percent range the objectives of this project have been achieved. The axial flow motor is already being refined in a follow-on project and will be used in practice. Due to corrosion, magnesium housing parts may be used only, if an improved surface protection will be found. The other tests involving the fire test have been passed successfully. In the near future straight PEEK waste pipes should also be used in Business jets. The CO₂ pump may be applied as soon as Airbus decides to adapt the central cooling system to this cooling fluid.