Festwalzverfahren perfektioniert Kompressoren

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Festwalzen erhöht Festigkeitswerte

Das Festwalzen ist ein umformendes Verfahren zur positiven Beeinflussung der Randzoneneigenschaften eines Bauteils. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es als einziges Verfahren zur Steigerung der Bauteillebensdauer

das Einbringen von Druckeigenspannungen,

eine Kaltverfestigung der Randschichten sowie

eine Glättung der Oberfläche und damit die Beseitigung von Mikrokerben miteinander kombiniert.

Kim Arnold, Anwendungstechniker Urma AG: «Durch diese Kombination kann eine bis zu fünffache Erhöhung der Schwingfestigkeit und somit eine spürbare Steigerung der Lebensdauer eines Bauteils erreicht werden. Das Verfahren bietet sich insbesondere bei Bauteilen an, die unter Betriebsbedingungen dynamischer Beanspruchung unterliegen und deshalb durch Materialermüdung zerstört werden können. Genau hier liegen die Beanspruchungen der Hochleistungs-Ventilkörper der Hyper-Kompressoren der Burckhardt Compression.»

Am Beispiel der Hochleistungs-Ventilkörper sogenannter Hyper-Kompressoren der Burckhardt Compression sollen die Vorteile des Festwalzverfahrens beschrieben werden.

3500 bar für die Kunststoffindustrie

Ergün Yüce, Teamleader «Fertigung 4»: «Bei den Hyper-Kompressoren handelt es sich um Höchstdruck-Kolbenverdichter, die bei der Herstellung von Polyethylenen (LDPE) zur Ethylenkomprimierung bei einem Enddruck von bis zu 3500 bar (50 000 psia) verwendet werden.»

H. Ammann ergänzt: «Wenn ein solcher Kompressor einen Tag nicht läuft, hat der Betrieb einen Verlust bis zu mehreren 100 000 Dollar. Entsprechend entscheidend ist die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Komponenten des Kompressors.»

Hyperkompressoren mit Leistungen eines Jumbojets

H. Ammann: «Die Hyper-Kompressoren mit 8–12 Zylindern benötigen mit 25 bis 30 MW etwa die gleiche Antriebsleistung wie ein Jumbojet und bringen bis zu 350 Tonnen auf die Waage; auch das ist in etwa die Gewichtsklasse eines Jumbojets. 350 Tonnen sind zudem eine logistische Herausforderung. E. Yüce: «Unsere Kompressoren müssen nach Basel zur Rheinschifffahrt. Der Weg dorthin darf nicht über Autobahnen gehen, das macht es nicht einfacher. Bisher haben wir es jedoch immer lösen können.»

Höchste Beanspruchungen: wechselnde Drücke bis 3500 bar

Entscheidend ist eine lange Lebenszeit und die hohen Sicherheitsstandards, die die Kompressoren dank der einzigartigen Konstruktions- und Fertigungsmerkmale verfügen. Die Ventilkörper sind typische Verschleissteile, die aufgrund der hohen und ständig wechselnden Drücke höchsten Beanspruchungen unterzogen werden. Umso wichtiger ist es, sie materialtechnisch und konstruktiv so zu optimieren, dass sie diesen Beanspruchungen auch langfristig standhalten.

Aus diesem Grund wird bei Burckhardt Compression die Stirnfläche der Hochleistungsventilkörper dem Festwalzverfahren unterzogen. Spezifische Bohrungen werden glattgewalzt.

Entscheidend ist, die Wechselfestigkeit zu erhöhen

Auf die Frage des SMM-Redaktors, warum die Ventile nicht oberflächengehärtet werden, das doch auch die Materialeigenschaften ebenfalls verbessert, antwortet H. Ammann: «Bei diesen Bauteilen ist es entscheidend, die Wechselfestigkeit zu erhöhen. Mit Härteverfahren können Sie das nicht erreichen. Ganz im Gegenteil. Durch das Härten steigern Sie die Zugeigenspannungen im Material, die durch zusätzlich auftretende äussere Spannungen zu grösseren Belastungen und dann zu Spannungsrissen führen können. Gerade bei den schwingenden Beanspruchungen unserer Hochleistungs-Kompressoren kommen die hervorragenden Eigenschaften des Festwalzens voll zum Tragen.»

E. Yüce: «Das Festwalzen trägt erstens dazu bei, dass man Druckeigenspannungen in der Oberfläche des Bauteils aufbauen kann. Zweitens wird die Oberfläche geglättet. Dadurch erhöht sich das Festigkeitsverhalten des Bauteils massiv. Hier ist insbesondere auch die Dauerschwingfestigkeit respektive Wechselfestigkeit – je nach Bauteil und Anwendung – zu erwähnen.»

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Schweizer Hochleistungs-Kompressoren erzeugen Drücke bis zu 3500