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Aktuelles aus der Angewandte Forschung

Elektromobilität, Materialien, Bionik, Medizintechnik, Erneuerbare Energien, Universität, Wissenschaft

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vktForschungsbericht

Zur Untersuchung des Lochprozesses bei der Herstellung nahtlos warmgefertigter Rohre wurde die Forschungsanlage Vallourec Research Riesa eröffnet, die im kleinen Maßstab untersucht und simuliert, was später auf die Großanlage übertragen werden soll. Mit dabei sind die Highspeed-Kameras von VKT, mit denen sich die hohen Umformgeschwindigkeiten beobachten lassen.



Für die Herstellung nahtlos warmgefertigter Stahlrohre ist der Lochprozess von entscheidender Bedeutung für die hohe Qualität der Rohre. Um diesen Prozess bis ins Detail untersuchen zu können, hat die Firma Vallourec & Mannesmann Tubes im Dezember 2010 in Riesa eine neue Forschungsanlage eröffnet: Vallourec Research Riesa. In dieser Anlage kann in kleinerem Maßstab gewalzt werden, während gleichzeitig das Umformverhalten von Werkstoffen und Verfahren simuliert wird. Die dadurch erhaltenen Forschungsergebnisse können problemlos auf die Großanlagen übertragen werden. Aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeiten ist eine Beobachtung des Materials mit handelsüblichen Kameras nicht möglich. An dieser Stelle konnte das Pfullinger Unternehmen VKT mit seinen Highspeed-Kameras die entsprechende Unterstützung liefern.

Das Verfahren

Vallourec & Mannesmann Tubes ist Produzent für nahtlos warmgefertigte Stahlrohre und Weltmarktführer im Segment der rohrbasierten Premiumlösungen, insbesondere für die Energiemärkte und weitere industrielle Anwendungen. Die nahtlosen Rohre von Vallourec & Mannesmann Tubes kommen in den unterschiedlichsten Branchen zum Einsatz. Diese reichen von der Erdöl- und Erdgasindustrie über die Kraftwerkstechnik, Maschinen- und Fahrzeugbau bis hin zum Stahl- und Bergbau. Die Rohre werden in mehreren Prozessschritten in einem Warmumformprozess aus Vollblöcken hergestellt. Zunächst wird das im Ofen erwärmte Vormaterial im Schrägwalzwerk gelocht. Hierbei wird das Rundmaterial durch gegenüberliegende schräggestellte Walzen auf einer Schraubenlinienform durch die Walzen in axialer Richtung bewegt. Bei diesem Verfahren stellt sich der Lochdorn dieser Bewegung entgegen, wobei er sich an der Auslaufseite mit Hilfe der Lochdornstange im Widerlager abstützt. Dadurch wird der Hohlblock geformt.

Simulation zur Optimierung

Das Optimieren der Prozesse geschieht mittels Simulationen. Um zu überprüfen, ob sich die reale Anwendung tatsächlich mit der vorher erstellten Computer-Simulation deckt, muss der Rohrumformprozess direkt in Augenschein genommen werden. Dies ist aufgrund der hohen Temperaturen und Geschwindigkeiten weder mit bloßem Auge noch mit einer handelsüblichen Kamera möglich.

Highspeed sichtbar machen

Dank der Highspeedbildanalyse mit der Photron Fastcam SA3, Model 120K Color, gelang es Andreas Mangold, einem der Techniker, die bei VKT für Hochgeschwindigkeitsbildanalyse zuständig sind, diesen Vorgang sichtbar zu machen. Die Kamera macht bis zu 2000 Bilder pro Sekunde bei 1024 x 1024 Pixel. Wegen der Schmiedetemperaturen von 1200 °C musste ein spezieller Hitzeschutz aufgebaut werden, weil die Kamera teilweise nur einen halben Meter Abstand vom glühenden Material hatte. Für Mensch und Kamera waren die extremen Temperaturschwankungen zwischen heiß und kalt eine große Herausforderung.

„Die Ergebnisse aus diesen Beobachtungen ermöglichen es uns, die Verfahrensparameter des Walzwerks zu optimieren“, erläutert Susanne Zeller, Projektingenieurin bei Vallourec & Mannesmann Tubes. „Wir konnten trotz eingeschränkter Sichtverhältnisse sehen, wie sich das Material während der Umformung verhielt, was für uns von besonderem Interesse ist.“ Der Filmeinsatz von VKT hat insgesamt drei Tage gedauert.

Analyse bis ins Detail

Seit dem ersten Mieteinsatz von VKT-Kameras im Jahr 2009 reisten die Pfullinger bereits fünf Mal in unterschiedliche Werke der international tätigen Unternehmensgruppe. Diese erfolgreiche Zusammenarbeit wird auch zukünftig fortgeführt werden, ist sich Susanne Zeller sicher: „Sehr interessant ist die Möglichkeit, Messsignale der Anlage zu den entsprechenden Videos aufzunehmen, welche zur Interpretation herangezogen werden können. Auf diesem Gebiet haben wir auch zukünftig immer wieder den Anspruch, den Prozess bis ins Detail zu analysieren.“


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