Scheibenförmige Bauteile und Triebwerksscheiben

Der Begriff Disk (Scheibe) bezeichnet in der Werkstofftechnik rotationssymmetrische, meist kreisförmige Bauteile mit begrenzter Dicke, die überwiegend durch Zentrifugal- und Biegespannungen beansprucht werden. Eine technisch besonders relevante Ausprägung sind Triebwerksscheiben in Luftfahrttriebwerken und Gasturbinen.

Werkstoffseitig stehen bei hochbelasteten Scheiben, insbesondere Triebwerksscheiben, Hochtemperaturfestigkeit, Kriechbeständigkeit, Ermüdungs- und Bruchzähigkeit im Vordergrund. Typische Werkstoffe sind nickelbasierte Superlegierungen, intermetallische Legierungen oder hochfeste Stähle. Die Mikrostruktur wird gezielt durch Schmieden, Warmumformen, Ausscheidungshärtung und kontrollierte Wärmebehandlung eingestellt, um ein optimales Zusammenspiel von Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen.

Die mechanische Auslegung von Scheiben erfordert eine präzise Analyse der Spannungsverteilung unter Drehzahl- und Temperaturgradienten. Neben der Rotationssymmetrie sind lokale Geometrieelemente wie Nuten, Bohrungen und Befestigungskonturen (z.B. Schaufelaufnahmen) kritische Kerben, die mittels Bruchmechanik und Lebensdauerberechnung (Low‑Cycle‑ und High‑Cycle‑Fatigue) bewertet werden müssen.

Für sicherheitskritische Disks kommen umfassende zerstörungsfreie Prüfverfahren (Ultraschall, Wirbelstrom) und eine strenge Qualitätssicherung inklusive Gefüge- und Reinheitsbewertung zum Einsatz. Zukünftige Entwicklungen umfassen pulvermetallurgische und additiv gefertigte Scheibenwerkstoffe sowie temperaturbeständigere Legierungskonzepte zur Effizienzsteigerung von Turbinen.

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