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Gießen statt fräsen

Schwarz wie die Nacht, platt wie eine Flunder, lang wie eine Boeing 737, dreieinhalbmal so schnell wie der Schall – das strategische Spionageflugzeug Lockheed SR-71 „Blackbird“ ist ein Wunderwerk der Luftfahrttechnik. Es stammt zwar schon aus den 1960er-Jahren, versetzt aber noch heute die Besucher von Luftfahrtmuseen in Erstaunen. Damit der zweistrahlige Vogel bei Geschwindigkeiten um 3 500 Stundenkilometern durch eine Reibungshitze von rund 570 Grad Celsius nicht einfach als Metallschmelze vom Himmel tropfte, mussten die Ingenieure für die Außenhaut ein bis dahin in diesem Umfang noch nicht verwendetes Metall ver­arbeiten: Titan. Über 90 % des Flugzeugs waren aus dem teuren ­Metall, dessen Schmelzpunkt bei 1 667 Grad Celsius und damit rund 1 000 Grad über dem des im Flugzeugbau vor allem genutzten Aluminiums liegt.

Inzwischen hat das Metall wegen seiner Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Leichtigkeit, Zähigkeit und Schmiedbarkeit den Weg in die alltägliche Passagierluftfahrt gefunden und wird auch vermehrt im Automobilbau und in der Medizintechnik verwendet. Obwohl das Metall nicht selten ist, sind die Kosten für seine Gewinnung sehr hoch, da bei der Herstellung viel Energie aufgewendet werden muss. Titan kommt vor allem in Australien, Asien, Nordamerika, Russland, Kasachstan und Skandinavien vor und muss daher in Deutschland teuer auf dem Weltmarkt eingekauft werden. Parallel zur Entwicklung der Weltwirtschaft erhöhte sich der Preis für das Pfund Titan von etwa 8,50 US-Dollar Mitte 2009 auf rund 12,50 US-Dollar Ende 2011. Derzeit liegt der Wert wieder etwas niedriger, bei rund 11,20 US-Dollar.

Titanverarbeitung wird optimiert

Die Titanverarbeiter sind angesichts dieser Schwankungen bemüht, die Produktionsprozesse so effizient wie möglich zu gestalten. Zu ihnen gehört auch die Tital GmbH, ein mittelständischer Betrieb im sauerländischen Bestwig. Das Unternehmen mit seinen rund 480 Mitarbeitern hat sich seit 35 Jahren auf den Guss von Titanstrukturen spezialisiert. Diese Bearbeitungstechnologie ist keine Selbstverständlichkeit, denn die „einfachere“ Methode ist das Fräsen: Aus den Titanblöcken werden die benötigten Strukturen herausgefräst, was zu einem hohen ­Materialverlust führt, wie Philipp ­Schack, geschäftsführender Gesellschafter von Tital, hervorhebt: „Beim üblichen Fräsverfahren wandern bis zu 97 % des Metalls als kleine Späne in den Abfall. Beim Guss wird der Ausschuss ganz erheblich verringert.“

Der Feinguss-Spezialist Tital verfügt über jahrzehntelange Erfahrung mit Aluminium und Titan vor allem für die Flugzeug- und Raumfahrtindustrie. Derzeit sind die Sauerländer das einzige deutsche Unternehmen, das diese Technologie beherrscht. Seit einigen Jahren hat Tital einen Großkunden der besonderen Art: Airbus. Der europäische Flugzeugkonzern verwendet Titan in zunehmendem Maß für seine neuesten Modellreihen, wie Schack erläutert: „Waren beim A320 noch 3 % aus Titan, sind es beim A380 bereits 10 %. Während der Aluminiumanteil moderner Passagierflugzeuge sinkt, steigt der von Kohlefaserverbundstoffen und Titan stetig an.“

Sparen mit neuem Verfahren

Mit dem wachsenden Titananteil nehmen Kosten und Belastungen bei Preissteigerungen auf dem Titanmarkt zu – und damit die Motivation, den Rohstoff einzusparen. Der Flugzeugbauer Airbus trat daher an die Spezialisten aus dem Sauerland mit der Frage heran, ob sich die großen Titanbauteile in der Triebwerksaufhängung des Riesenvogels, die bisher gefräst wurden, nicht im Gussverfahren fertigen ließen.

Bei Tital hatte man das dafür nötige Know-how, aber die Größe der Werkstücke überforderte den Schmelzofen im Werk. „Wir hatten es plötzlich mit Titanstrukturen von Hunderten von Kilogramm zu tun“, erklärt Schack. „Unser Ofen erlaubte Bauteile mit einem Durchmesser von 50 Zentimetern und war mit einem Schmelzvolumen von maximal 125 Kilogramm limitiert. Wir mussten für den Auftrag für den A380 einen neuen Vakuumschmelzofen beschaffen, um somit unsere produzierbare Bauteilgröße radikal zu erweitern – auf einen Durchmesser von 1 500 Millimetern bei einer Schmelzkapazität von 500 Kilogramm.“ So fertigt man in Bestwig inzwischen mit bisher unerreichter Effizienz: Die Bauteile für die Triebwerksaufhängung mussten zuvor aus Titanplatten heraus­gefräst werden. Über 90 % davon war Abfall. Durch das Gussverfahren werden 30 % der Kosten eingespart – und eine Menge an wertvollem Titan.

In dem neuen Ofen wird eine 250 Kilogramm schwere Titanelektrode fixiert. Nachdem die Elektrode im oberen Teil des Ofens in Ausgangsposition gebracht worden ist, platzieren Techniker eine keramische Gussform in einem großen Stahlbehälter. Der Stahlbehälter mit der Form für das Bauteil fährt unter die Titanelektrode in den Ofen. Anschließend wird die Schmelzkammer für den eigentlichen Gussvorgang luftdicht abgeschlossen.

In der Mitte des Ofens befindet sich ein Kupfertiegel. Zwischen Elektrode und Tiegel wird ein extrem starker Stromfluss erzeugt, wobei eine Temperatur von über 4 000 Grad Celsius entsteht. Das Titan schmilzt, und das flüssige Metall fließt in die Form. Der ganze Prozess dauert etwa eine Stunde. In der Keramikform befindet sich nun die in einem Guss hergestellte Triebwerksaufhängung eines A380. Im Vergleich zur früheren Frästechnik benötigt das Unternehmen für das gleiche Bauteil nur noch ein Viertel der Energie – und auch nur ein Viertel des sehr teuren Titans.

Der Erfolg sorgt offenbar für gute Zukunftsperspektiven bei Tital: Der neue A350 wird einen noch höheren Anteil an Titan enthalten als der A380 ...

Dr. Hans-Dieter Radecke


Artikel vom: 2012-08-24 15:55:00
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