Die gesamte Anlage – links die Schmiedepresse, in der Mitte die Beschick- und Entnahmevorrichtung, davor der Drehherdofen – ist eingehaust und arbeitet unter Schutzgasatmosphäre. Werksfoto Siempelkamp
Die Leistritz Turbinentechnik hat Siempelkamp den Auftrag über Konstruktion und Lieferung zweier 8-MN-Isothermschmiedeanlagen für die Herstellung von Triebwerksschaufeln aus Titanaluminid erteilt. Mit diesen Schmiedepressen wird der Kunde Komponenten für die neue Generation von Flugzeugtriebwerken herstellen, welche im Vergleich mit bisher verwendeten Nickelbasislegierungen bei gleicher Festigkeit um bis zu 50 Prozent leichter sind und einen deutlich reduzierten Kraftstoffverbrauch ermöglichen.
Titanaluminid zeichnet sich aufgrund seiner intermetallischen Gefügestruktur durch hohe Festigkeit und exzellente Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen aus. Gleichzeitig ist es mit einer Dichte von etwa 4 Gramm pro Kubikzentimeter besonders leicht. So ist es ideal für Flugzeugtriebwerke geeignet. Der Werkstoff hat das Potenzial, Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken um bis zu 50 Prozent leichter zu machen – was mit einer erheblichen Reduzierung der Fliehkräfte einhergeht. Die schlankere Dimensionierung der Triebwerke, die mit den neuen Komponenten möglich ist, leistet einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches.
Intermetallisches Titanaluminid galt jedoch lange Zeit als nicht schmiedbar. Das Schmieden erzeugt im Gegensatz zum Gießen ein spezielles Rekristallisationsgefüge, das für die rotierenden Triebwerksteile aus Sicherheitsgründen erforderlich ist. Hinzu kommt, dass die Prozessstabilität beim Schmieden höher als beim Gießen ist und die Turbinenschaufeln so die extrem hohen Qualitätsanforderungen der Luftfahrtindustrie erfüllen.
Die gesamte Anlage – links die Schmiedepresse, in der Mitte die Beschick- und Entnahmevorrichtung, davor der Drehherdofen – ist eingehaust und arbeitet unter Schutzgasatmosphäre. Werksfoto Siempelkamp
Deshalb hat Leistritz ein neues Verfahren entwickelt, bei dem die Rohlinge unter eng definierten Bedingungen bei Temperaturen zwischen 1.150 und 1.300 °C rissfrei umgeformt werden. Diese hohen Umformtemperaturen und die lange Verweilzeit der Schmiedeteile im Gesenk – die Umformgeschwindigkeiten liegen in einer Größenordnung von weniger als 0,1 mm/s – verlangen ein Beheizen der Werkzeuge auf Schmiedetemperatur.
Die extrem niedrigen Pressgeschwindigkeiten erfordern eine besonders exakte und gleichmäßige Regelung des hydraulischen Antriebs. Stick-slip-freie Spezial-Führungs- und Dichtungssysteme stellen eine gleichmäßige Kompression sicher und vermeiden so unerwünschtes Ruckgleiten. Der symmetrische Aufbau der Pressen mit einer weit außen liegenden Kreuzfadenführung ermöglicht höchste Präzision am Schmiedeteil: Da die Führungselemente von der Wärmequelle entkoppelt sind, entstehen keine thermischen Einflüsse auf die Führung. Auch tragen der große Führungsabstand und die hohe Steifigkeit des Pressengestells zur präzisen gegenseitigen Ausrichtung von Ober- und Untergesenk im Prozess bei.
Leistritz betreibt bereits seit 1984 eine 50-MN-Isothermschmiedepresse von Siempelkamp. Aufgrund der guten Erfahrungen und der Kompetenz von Siempelkamp für das technologisch anspruchsvolle Verfahren des Isothermschmiedens hat Leistritz früh Kontakt mit Siempelkamp aufgenommen und unterschiedliche Konzepte diskutiert. Bereits bei der Vorserienproduktion begannen die Engineeringgespräche zum Design der späteren Fertigungsline. Ab Anfang 2014 haben beide Unternehmen gemeinsam das Anforderungsprofil der Anlage für den Serienbetrieb erarbeitet; im November 2014 hat Leistritz Siempelkamp den Auftrag für Entwicklung und Herstellung von zwei Anlagen für die Serienfertigung der Turbinenschaufeln erteilt. Da das in den Gesenken enthaltene Molybdän bei Temperaturen über 600 °C an der Luft sublimiert, müssen die Gesenke vor Sauerstoffzutritt geschützt werden. Deshalb ist die gesamte Anlage eingehaust, der gesamte Prozess vom Einlegen des Rohlings mit Raumtemperatur bis zur Entnahme der geschmiedeten Turbinenschaufeln läuft automatisch und in Schutzgas-Atmosphäre ab.
Siempelkamp liefert beide Anlagen aus einer Hand: Der Lieferumfang umfasst jeweils einen Drehherdofen, einen Beschickungsmanipulator, die Schmiedepresse, die Gesenkbeheizung, das hydraulische Antriebssystem und die gesamte Elektrik. Die Prozesssteuerung überwacht und dokumentiert die Prozessparameter gemäß den Zertifizierungsstandards der Luftfahrtindustrie.
Die erste Presse wird im März 2016 die Serienfertigung aufnehmen, die zweite ein Jahr später.