Doch wie lassen sich diese Nachteile bei der Produktion von Hydraulikzylindern vermeiden? Vallourec entwickelte aus dieser Fragestellung das produktionstechnische Ziel, im Zuge der Herstellung eines Rohres, andere Zylinderteile in das Rohr zu integrieren. Durch diesen „integrierten“ Verfahrensansatz besteht die Möglichkeit, für diese nachträglich angebrachten Komponenten Fertigungsschritte wie das Fasen, Schweißen und die zerstörungsfreie Prüfung und so weiter einzusparen und die negativen Einflüsse der Schweißnaht auf die technologischen Eigenschaften des Systems zu eliminieren. Es geht hier also konkret um die industrielle Fertigung eines Zylinderrohres mit integriertem Zylinderflansch.
Zylinderrohre mit integriertem Flansch
Derzeit existieren verschiedene industrielle Verfahren, um solch ein spezielles Zylinderrohr mit integriertem Flansch herzustellen, zum Beispiel das Endstauchen und das Radialschmieden.
Beim Endenstauchen wird ein Rohr mit gleichmäßiger Wanddicke an einem Ende auf 1200 °C erwärmt, in eine Matrize mit speziellem Dorn geführt und entsprechend angestaucht. In Abhängigkeit vom Innendurchmesser der Matrize und des Außendurchmessers des Dorns, sind unterschiedliche Durchmesser- und Wanddickenkombinationen realisierbar – und das sowohl bei gleichbleibendem wie auch bei variierendem Innendurchmesser.
Beim Radialschmieden wird ein gewalztes Rohr an gegenüberliegenden Rohrenden örtlich erwärmt und anschließend endkonturnah über einen Dorn umgeformt. Mit diesem Verfahren können relativ kurze Rohre bis etwa 2,4 Meter Länge mit hohem Durchsatz variabel auf einer Länge bis zu 1000 Millimetern verformt und in Serie hergestellt werden.
Eine sinnvolle Weiterentwicklung stellt die Nutzung dieses Verfahrens für kurze Zylinderrohre mit integriertem Flansch dar.
Bei den beiden erstgenannten Verfahren ist zu berücksichtigen, dass jeweils zwei Hitzen erforderlich sind, eine zur Herstellung des Rohres und eine weitere zur Herstellung des Flansches.
Neues Verfahren: Das einstufige Radialschmieden
Beim Radialschmiedeverfahren hingegen wird die verdickte Wandung direkt bei der Warmformgebung des Rohres endkonturnah hergestellt. Dafür steht das PFP (Premium Forged Pipe) genannte Verfahren zur Verfügung.
Das schon gelochte Walzgut wird zwischen vier Hämmern reduzierend über einen Dorn geschmiedet. Während des Schmiedens rotiert das Walzgut kontinuierlich. Der Hub der Hämmer ist variabel, was eine stufenlose Einstellung aller Außendurchmesser ermöglicht.
Die variable Zustellung der Hämmer an diskreten Positionen während des Schmiedevorganges führt im Ergebnis zu Rohren mit vielfältigen Geometrien, so beispielsweise zu Rohren mit örtlicher Außendurchmesserüberhöhung beziehungsweise Stufen. Ein kontinuierlicher, nicht unterbrochener Faserverlauf ist dabei gewährleistet.
Außen und/oder innen verdickte Bereiche mit konstanten oder variablen Innen- und Außendurchmessern sind sowohl am Rohrende als auch im Rohrkörper möglich. Zudem können die verdickten Bereiche sowohl für den Außen- als auch für den Innendurchmesser anforderungsspezifisch kurz bis sehr lang gefertigt werden.
Das geschmiedete Rohr muss dabei nicht zwangsläufig die Länge des späteren Zylinderrohres aufweisen. Aus einem einzigen Rohr, das mehrfach über die Rohrlänge an den entsprechenden Stellen durch einstufiges Radialschmieden verdickt wurde, können im Anschluss mehrere kurze Zylinderrohre mit integriertem Flansch hergestellt werden.
Das Originalrohr – Bild: Vallourec
Wenn die Anforderungen an die Oberfläche und die Zylindergeometrie es zulassen, kann der Hersteller auf ein Überdrehen der Außenoberfläche vollständig verzichten. Alternativ kann ein ganzflächiges Strahlen zur Einstellung einer lackierbaren Zylinderoberfläche durchgeführt werden. Alle für Zylinderrohre gängigen Güten vom S355 über bis zu den hochfesten Feinkornbaustählen mit Streckgrenzen bis zu 900 MPa sind für den Radialschmiedeprozess geeignet.
Die hochfesten Feinkornstähle ermöglichen gegenüber niederfesten Güten aufgrund ihrer höheren Streckgrenze zusätzlich eine Wanddickenreduktion mit höheren Zähigkeiten auch bei tieferen Temperaturen.
Ganzheitlich betrachtet, reduziert sich mit dem einstufigen Radialschmieden der Zerspanungsaufwand, die Durchlaufzeiten sind kürzer und die Komplexität der Rohre ist gering, da es keinen separaten Flansch gibt. Zu den Vorteilen zählt durch das Fehlen einer Schweißnaht auch der kontinuierliche Faserverlauf. do
