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Verbundprojekt TiB-Air erfolgreich beendet

Das Verbundprojekt TiB-Air ist nach drei Jahren Laufzeit nun endgültig abgeschlossen. Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) war an dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt für den Bereich Laserstrahlschweißen verantwortlich. Tib-Air steht für „Wirtschaftliche Herstellung von Titan Bleed-Air-Systemkomponenten durch Präzisionsumformen und nachfolgende, automatisierte NC-Folgeverfahren für Beschnitt, Schweißen und Qualitätssicherung“.

Die Projektmitarbeiter beim Abschlusstreffen am HZG

Die Projektmitarbeiter beim Abschlusstreffen am HZG (von links nach rechts): Inselmann von der Firma HSC-Kontur UG (Geschäftsführer), Herr Nawaya vom Leibniz-IWT-Bremen, Frau Wagner von der Firma FormTech GmbH, Herr Dr. Ventzke (HZG, Abt.WMF), Herr Dr. habil. Kashaev (HZG, Leiter der Abt. WMF), Herr Becker vom DLR (Vertreter des Projektträgers DLR) und Herr Dr. Plagemann von Fraunhofer-IFAM Bremen.
Dieser Demonstrator ist ein Rohrknoten aus einer Titan-Legierung, der in ein Zapfluft-System eingesetzt werden soll. Foto: HZG/René Dinse

Rohrknoten aus Titan für Zapfluft-Systeme in Flugzeugen

Die Versorgung von Passagierinnen und Passagieren in einem Flugzeug mit Atemluft wird durch ein Bleed-Air-System (Zapfluft-System) gewährleistet. Ein solches System entnimmt aus Kompressoren von Haupt- und Hilfstriebwerken Druckluft und transportiert diese durch ein Netzwerk aus Rohrleitungen, Ventilen und Reglern in verschiedene Bereiche eines Flugzeugs. Neben Druckregelung und Klimatisierung von Passagierkabinen wird die Druckluft auch zum Starten der Triebwerke, zur Enteisung von Triebwerken und Tragflächen und zur Druckbeaufschlagung von Hydraulik- und Wassertanks genutzt.

Die an Kompressoren entnommene Zapfluft hat eine Temperatur von 200 bis 250 Grad Celsius , einen Druck von 2.8 bar und muss zur Temperierung und Versorgung mit schadstofffreier Atemluft aufbereitet werden. Die Bestandteile eines Zapfluft-Systems unterliegen zyklischen Druckbeanspruchungen, Vibrationen und Temperaturschwankungen während eines Flugbetriebes. Schäden in Klimatisierungs- und Zapfluftsystemen machen in älteren Flugzeugen etwa 29 Prozent der Versagens- und Schadensfälle aus. Rohrleitungen und Rohrknoten bestehen aus niedriglegiertem Titan der Sorten Titan Grade 2 oder Titan Grade 3 mit Wandstärken in einem Bereich von 0.5 bis 1.0 Millimeter und Durchmessern von 50 bis 180 Millimetern. Schweißverbindungen werden mittels Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) oder Plasma-Aktivgas-Schweißen (PAW) hergestellt. Beide klassische Fügeverfahren haben sich in der Praxis bewährt, weisen jedoch den Nachteil auf, dass hohe Energien eingebracht werden. Dies führt im Fall von dünnwandigem Titan Grade 2 oder Titan Grade 3 zu starkem Verzug, hohen Eigenspannungen und Versprödung in den Wärmeeinflusszonen.

Entwicklung einer automatisierten Prozesskette

Ein Rohrknoten aus Titan für Zapfluft-Systeme in Flugzeugen

Ein Rohrknoten aus Titan für Zapfluft-Systeme in Flugzeugen. Foto: HZG/René Dinse

Die derzeitige Problematik besteht zum einen in der manuellen Ausführung der Schweißmontage mittels WIG und PAW und zum anderen in der ebenfalls manuellen Nachbearbeitung der Rohrleitungskomponenten zur Beseitigung von Qualitätsmängeln. Ein Ansatz zur Umgehung dieser Problematik besteht in der Entwicklung einer automatisierten Prozesskette bestehend aus Warmtiefziehen, Oberflächenbehandlung, Konturbearbeitung mittels Laserstrahlschneiden und Laserstrahlschweißen, um Maßhaltigkeit, Oberflächen- und Nahtqualität von pneumatischen Titan-Rohrleitungen signifikant zu verbessern und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. In dieser Prozesskette werden Titan-Bleche zu Halbschalen umgeformt, deren Oberflächen zur Beseitigen von Oxidschichten chemisch behandelt und in nachfolgenden NC-Prozessen durch Laserstrahlschneiden konturbearbeitet und mittels Laserstahlschweißen zusammengefügt werden.

Dieser technologische Ansatz ist im Verbundprojekt „Wirtschaftliche Herstellung von Titan Bleed-Air-Systemkomponenten durch Präzisionsumformen und nachfolgende, automatisierte NC-Folgeverfahren für Beschnitt, Schweißen und Qualitätssicherung“ (Akronym: TiB-Air) untersucht und entwickelt worden, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des LuFo V-2 Programms gefördert wurde. Im Fokus stand ein Titan-Rohrknoten als Technologiemuster, dessen Herstellung aufgrund seiner Geometrie eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt.

Das Verbundprojekt TiB-Air

Das Verbundprojekt (Projektlaufzeit: 01.07.2016 – 30.09.2019, Gesamtprojektwert: 1.335.000 Euro, Förderung für HZG: 411.000 Euro) wurde von dem Unternehmen FormTech GmbH koordiniert. Neben HZG waren auch das Leibnitz-Institut für Werkstofforientierte Technologien (IWT) und das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) sowie die Firmen HSC-Kontur UG und Reiner Seefried GmbH beteiligt. Am 28.01.2020 fand am Helmholtz-Zentrum Geesthacht ein Abschlusstreffen statt, auf dem das TiB-Air-Verbundprojekt endgültig beendet wurde.

Ansprechpartner


Leiter der Abteilung Laser-Materialbearbeitung und Strukturbewertung

Nikolai Kashaev

Institut für Werkstoffmechanik

Helmholtz-Zentrum Geesthacht

Tel: +49 (0)4152 87-2536

E-Mail Kontakt
Website

Wissenschaftler, Abteilung Laser-Materialbearbeitung und Strukturbewertung

Volker Ventzke

Institut für Werkstoffmechanik

Helmholtz-Zentrum Geesthacht

Tel: +49 (0)4152 87-2538

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