Thyssenkrupp techforum 1/2011

ThyssenKrupp 

techforum 

Ausgabe 1 I 2011 

ThyssenKrupp techforum 1 I 2011

Herausgeber 

ThyssenKrupp AG, Corporate Center Technology, Innovation & Quality, ThyssenKrupp Allee 1, 45143 Essen 

Redaktion: Guido Focke, Telefon: +49 201 844-536291, Fax: +49 201 8456-536291 

Erscheinungsweise 

’ThyssenKrupp techforum’ erscheint ein- bis zweimal jährlich in deutscher und englischer Sprache. 

Nachdruck nur mit Genehmigung des Herausgebers. Fotomechanische Vervielfältigung einzelner Aufsätze 

ist erlaubt. Der Versand des „ThyssenKrupp techforum“ erfolgt über eine Adressdatei, die mit Hilfe der 

automatisierten Datenverarbeitung geführt wird. 

ISSN 1612-2763 

Titelbild 

Das Bild zeigt den wärmetechnischen Bereich einer Anlage zur Herstellung von 

Zement, südlich von Casablanca/Marokko. Die beiden übereinander liegenden Rohr- 

leitungen in der Bildmitte leiten 900 °C heiße Luft aus der Kühlzone der Anlage 

in den Calcinator, um die Prozesswärme zur Verbrennung zu nutzen. Im Turm auf 

der rechten Bildseite ist der zweisträngig ausgeführte, 5-stufige Wärmetauscher 

untergebracht. Außen angehängt ist die aufsteigende, zentrale Calcinatorleitung zu 

erkennen, die sich oben verzweigt und nach unten in die beiden Stränge des 

Wärmetauschers mündet. Ebenfalls in dem Turm, aber durch den Calcinator verdeckt, 

befinden sich zwei große Brennkammern der Bauart CC (Combustion Chamber). 

Diese Brennkammern sind in den letzten Jahren für den Einsatz von AFR (Alternative 

Fuels and Raw Materials) optimiert worden. Hier werden Ersatzbrennstoffe auf- 

gegeben und zum Großteil verbrannt. Der rückstandsfreie Ausbrand erfolgt dann in 

dem Calcinator. Das Rohmaterial durchläuft diesen Prozess im Gegenstrom, d.h. es 

wird im Wärmetauscherturm oben aufgegeben und auf dem Weg nach unten auf 

etwa 800 °C vorgewärmt. Im Calcinator wird das Rohmaterial durch Zugabe von 

Brennstoff bei 850-900 °C calciniert und anschließend im Drehrohrofen (unten links, 

rot) bei 1.450 °C gebrannt. In dem nachgeschalteten Kühler wird der gebrannte 

Klinker gekühlt und die so auf 900 °C aufgeheizte Kühlluft dem Ofen und dem 

Calcinator als Verbrennungsluft wieder zugeführt. In der anschließenden Mahlung 

wird der Klinker zum Zement veredelt. 

Die AFR-Strategie von Polysius wurde mit dem ThyssenKrupp Sonderinnovationspreis 

„Energie und Umwelt“ 2010 ausgezeichnet.

Liebe Leserinnen, liebe Leser, 

ThyssenKrupp steht für herausragende Ingenieurkompetenzen. Für unseren Konzern ist 

es von hoher Bedeutung, unsere Innovationskraft im Zusammenhang mit der Entwicklung 

anspruchsvoller Produkte und Dienstleistungen konsequent weiter zu stärken. Wir setzen 

vor diesem Hintergrund alles daran, unseren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern dafür 

ausreichend Freiraum einzuräumen sowie das technische Know-how unseres Konzerns 

verstärkt auf unsere Kunden auszurichten und weiter auszubauen. Dieses Thema hat für 

ThyssenKrupp – und für mich als Ingenieur ganz persönlich – zentrale Bedeutung. 

Eine wesentliche Institution zur Prämierung von Ideen und Erfindungen ist unser jährlich 

ausgerichteter Innovationswettbewerb. In diesem techforum möchten wir Ihnen herausragende 

Projekte der letzten beiden Jahre vorstellen. 

Mit dem Innovationspreis 2009 wurde eine Prozessentwicklung von Uhde ausgezeichnet: 

Der STAR process ® ist ein weltweit erstmalig kommerzialisiertes Verfahren mit hoher Produk- 

tivität und geringem Energieverbrauch zur gezielten Herstellung von Propylen als Ausgangsprodukt 

für die Kunststoffproduktion. Mit ihm können Kosten und CO 2-Emissionen gesenkt 

sowie ein aktiver Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden. 

Erstmalig haben wir in 2009 einen Sonderinnovationspreis „Energie und Umwelt“ ver- 

liehen. Als Beitrag zum aktiven Klimaschutz entwickelte ein Projektteam von ThyssenKrupp 

Xervon Energy ein ganzheitliches Konzept zum modularen Retrofitting für die Rehabilitierung 

und Effizienzsteigerung konventioneller Kraftwerke mit dem Ziel, erhebliche Wirkungsgradverbesserungen 

sowie die Reduzierung spezifischer CO 2-Emissionen zu erreichen. 

Sieger des Innovationswettbewerbes 2010 ist das konzernübergreifende InCar ® -Projekt, 

das bereits auf weltweiten Roadshows vorgestellt und von unseren Kunden äußerst positiv 

bewertet wurde. Hier brachten insgesamt 13 Konzernunternehmen über 30 Innovationen 

rund ums Automobil in den Bereichen Fahrwerk, Karosserie und Antrieb hervor. 

Mit dem Sonderinnovationspreis „Energie und Umwelt“ des letzten Jahres wurde eine 

von Polysius entwickelte Strategie zum thermischen und stofflichen Recycling von Abfällen 

in der Zementherstellung ausgezeichnet. Fossile Brennstoffe können dadurch eingespart und 

CO 2-Emissionen erheblich reduziert werden. Dies führt zu deutlichen Kosteneinsparungen bei 

der Zementherstellung und leistet gleichzeitig einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz. 

Weitere Preisträger der letzten beiden Jahre sind u.a. ein von HDW entwickelter und 

gebauter akustisch optimierter Uboot-Propeller aus Kompositwerkstoffen, mit dem Geräusch- 

emissionen nahezu aller Frequenzbereiche über den gesamten Geschwindigkeitsbereich 

eliminiert werden können. Eine weitere Auszeichnung erhielt ein Team von ThyssenKrupp 

Acciai Speciali Terni, Italien, für einen technisch anspruchsvollen Herstellungsprozess, mit dem 

große Edelstahl-Rohblöcke mit einem Gewicht von 500 t für die anschließende Herstellung 

großer Bauteile, z.B. Generatorwellen und Niederdruckrotoren, gegossen werden können. 

Auch die weiteren Beiträge dieser Ausgabe verdeutlichen die Innovationskraft von 

ThyssenKrupp, die wir zukünftig durch verstärkte Investitionen in unsere FuE-Maßnahmen 

ausbauen werden. 

Viel Vergnügen bei der Lektüre wünscht Ihnen 

Ihr 

Dr.-Ing. Heinrich Hiesinger 

Vorsitzender des Vorstands der ThyssenKrupp AG 

ThyssenKrupp techforum 1 I 2011 

Vorwort / 3

4 / Inhalt 

08 / 12 / 18 / 

26 / 30 / 38 / 

08 / InCar ® – Der innovative Lösungsbaukasten für die Automobilindustrie 

Dipl.-ing. olivEr Hoffmann Projektleiter InCar ® /Leiter Anwendungstechnik ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Im Rahmen des divisionsübergreifenden Projektes InCar ® wurde ein automobiler Technologieträger 

entwickelt, der sämtliche Produkte und Innovationen von 13 ThyssenKrupp Unternehmen rund ums Auto- 

mobil in einem Projekt verbindet sowie die Leistungsfähigkeit und Innovationskraft von ThyssenKrupp 

eindrucksvoll demonstriert. Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit wurden über 30 innovative Lösungen 

für Karosserie, Fahrwerk und Antrieb entwickelt. Mit InCar ® wurde ein neuer Meilenstein für zukünftige 

Forschungs- und Entwicklungsarbeiten innerhalb des Konzerns gesetzt. 

12 / LubriTreat ® – Eine funktionale Nanobeschichtung für die Automobilindustrie 

Dr. rEr. naT. JESSica BrinKBäumEr Fachkoordinatorin Entwicklung Oberfläche FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dr. rEr. naT. KEn-Dominic flEcHTnEr Fachkoordinator Entwicklung Oberfläche FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dipl.-ing. pETEr HEiDBücHEl Fachkoordinator Umformtechnik FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Dr. rEr. naT. STElla JanSSEn Fachkoordinatorin Organische Chemie FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dipl.-ing. gErnoT noTHacKEr Fachkoordinator Produktion FBA 8 ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dr. rEr. naT. rEinHarD WormuTH Teamleiter Korrosion und Elektrochemie FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

ThyssenKrupp Steel Europe hat eine neue Beschichtung entwickelt, die das Umformverhalten verzinkter 

Stähle entscheidend verbessert. LubriTreat ® wird hauchdünn direkt auf die Stahloberfläche aufgetragen 

und verbessert so die Umformeigenschaften über die gesamte Oberfläche. Das gemeinsam mit Castrol 

Industrial entwickelte und patentierte Beschichtungssystem kann mit vorhandener Anlagentechnologie 

erzeugt werden. Die Beschichtung ist frei von Schwermetallen und wurde als universale Umformhilfe 

konzipiert. Anwendungsbereiche finden sich in der Automobilindustrie sowie bei Herstellern von kom- 

plexen Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Oberfläche. Eine weltweite Vermarktung des Produktes 

ist angestrebt. 


18 / Innovatives Blockgießen für große Bauteile 


ing. amBro carpinElli Production Manager Società delle fucine S.r.l. Terni/Italien 

ing. rEnaTo palomBa Special Projects ThyssenKrupp acciai Speciali Terni S.p.a. Terni/Italien 

Dr. anDrEa mignonE Marketing and Industrial Sales Manager Società delle fucine S.r.l. Terni/Italien 

Durch den Bedarf des Marktes an immer größeren und schwereren Schmiedestücken, wie z.B. Rotoren 

und Generatorwellen für thermonukleare Stromerzeugungsanlagen mit Leistungen von bis zu 1.600 MW 

sowie bis zu 6 m breite Stützwalzen für Blechwalzwerke, sah sich ThyssenKrupp Acciai Speciali Terni (AST) 

veranlasst, alle anlagentechnischen Änderungen zu planen und vorzunehmen, die für die Herstellung von 

Gussblöcken mit einem Gewicht von 500 t und mehr erforderlich sind. Mit diesen Gussblöcken – zurzeit die 

größten, die bisher in Europa erschmolzen wurden – sind AST und die Tochtergesellschaft Società delle 

Fucine (SdF) in der Lage, auf dem internationalen Markt – neben Stützwalzen für Walzwerke – Rotorwellen und 

Generatoren für Kern- oder konventionelle Anlagen mit einem Transportgewicht von bis zu 250 t zu liefern. 

26 / Optimierung von Aluminium- und Metalloberflächen 

mittels Clean Coil Konzept 

ralf ScHmiD Geschäftsbereichsleiter ThyssenKrupp Metallcenter ThyssenKrupp metalServ gmbH Wörth 

Dipl.-WirT.-ing. (fH) STEfan cHriST Leiter Strategischer Vertrieb ThyssenKrupp Metallcenter ThyssenKrupp metalServ gmbH Wörth 

Dipl.-WirT.-ing. (fH) BaSTian BrunoW Key Account Manager ThyssenKrupp Metallcenter ThyssenKrupp metalServ gmbH Wörth 

Beim Produktionsprozess von Walzprodukten werden bedingt durch die verschiedenen Walzschritte, das 

Glühen und weitere Fertigungsprozesse die Metalloberflächen mit Schmutzpartikeln, Metallspänen sowie 

diversen Walzölen verunreinigt. Diese Verunreinigungen lagern sich in den Poren und Zwischenräumen der 

Metalloberfläche ab und können bei weiteren Bearbeitungsschritten, wie zum Beispiel Kleben, Stanzen, 

Schweißen/Löten und Umformen, zu Qualitätsproblemen führen. Der vom ThyssenKrupp Metallcenter 

entwickelte Clean Coil Prozess befreit das Material mit Hilfe von speziellen Reinigungsbürsten und einer 

Reinigungsemulsion schonend und kratzerfrei von Schmutz und Abrieb. Anschließend kann ein ’Finish’ 

als dosierte Beölung oder als trockenes Material erfolgen. 

30 / Modulares Retrofitting-Konzept – Effizienzsteigerung und 

Ressourcenschonung in der Energieerzeugung 

Dr.-ing. ulricH ScHaBErg Leiter Inbetriebnahme ThyssenKrupp Xervon Energy gmbH Duisburg 

Dipl.-ing. annEgrET Baum Projektleiterin ThyssenKrupp Xervon Energy gmbH Duisburg 

Dipl.-ing. marTin HöBlEr Projektleiter ThyssenKrupp Xervon Energy gmbH Duisburg 

Betreiber von Industrieanlagen agieren im Umfeld ständig wandelnder Anforderungen wirtschaftlicher, 

technischer und politischer Art, wobei die Treibhausgas-Emission und der damit verbundene Zertifikate- 

handel zunehmend an Bedeutung gewinnen. In diesem Kontext stellt die Effizienzsteigerung und Schadstoff- 

minimierung an Bestandsanlagen für die Betreiber eine Alternative zu Neuanlagen dar. Mit dem modularen 

Baukasten, der die verschiedenen Ertüchtigungsmöglichkeiten aufzeigt und der nahezu keinen Kunden- 

wunsch nach Effizienzsteigerung und Emissionsreduzierung offen lässt, hat ThyssenKrupp Xervon Energy 

einen Realisierungsrahmen geschaffen, mit dem Betreiber das Optimierungspotenzial ihrer bestehenden 

Anlagen ausloten und in einem verbindlichen Kosten- und Terminrahmen umsetzen können. 

38 / LOFT – Eine Umwelt-Initiative von ThyssenKrupp Aufzüge 

alEXanDEr KEllEr Geschäftsführer ThyssenKrupp aufzüge gmbH Stuttgart 

STEpHan WirTH Geschäftsführer gWH aufzüge gmbH Himmelstadt 

DirK linnE Niederlassungsleiter Mainz ThyssenKrupp aufzüge gmbH Mainz 

nicola DangErfiElD Leiterin Verkaufsförderung Marketing Kommunikation ThyssenKrupp aufzüge gmbH Stuttgart 

Große Aufgaben bewältigt man oft nur in vielen kleinen Schritten: Die LOFT-Umwelt-Initiative von ThyssenKrupp 

Aufzüge leistet mit energiesparenden und zukunftsorientierten Produkten einen entscheidenden Beitrag zum 

Klima- und Umweltschutz – sowohl für Neuanlagen als auch für Modernisierungen. 

Inhalt / 5

6 / Inhalt 

44 / 50 / 54 / 

60 / 

64 / 70 / 

44 / STAR process ® – Ein neues hochproduktives Verfahren zur Propylenherstellung 

Dr. rEr. naT. HElmuT gEHrKE Abteilungsleiter Labor/Technikum uhde gmbH Dortmund 

Dipl.-ing. maX HEinriTz-aDrian Abteilungsleiter Verfahrenstechnik uhde gmbH Dortmund 

Dipl.-ing. rolf ScHWaSS Chemieingenieur uhde gmbH Dortmund 

Dr.-ing. SaScHa WEnzEl Abteilungsleiter Technologie-Service uhde gmbH Dortmund 

Der STAR process ® ist das weltweit erste kommerziell eingesetzte Verfahren zur Erzeugung von Propylen, das 

auf dem Prinzip der oxidativen Dehydrierung von Propan beruht. Propylen ist eines der wesentlichen petro- 

chemischen Basisprodukte mit nachhaltig hohen Wachstumsraten, das vor allem zur weiteren Verarbeitung bei 

der Erzeugung von hochwertigen Kunststoffprodukten – z.B. Polypropylen – verwendet wird. Die oxidative 

Dehydrierung im STAR process ® ist eine Neuentwicklung, die von Uhde mit Hilfe einer eigens hierfür gebauten 

Pilotanlage durchgeführt wurde. Erstmalig wurde sie großtechnisch in einer kommerziellen Anlage zur jähr- 

lichen Erzeugung von 350.000 t Propylen mit anschließender Weiterverarbeitung zu Polypropylen für den 

Kunden Egyptian Propylene & Polypropylene Company (EPP) in Port Said/Ägypten schlüsselfertig umgesetzt. 

50 / Mobile High-Performance-Entstaubung für die Schüttgutentladung 

Dipl.-ing. anDrEaS pETErS Bereichsleiter Sales & Marketing uhde Services gmbH Haltern am See 

anDré KuHn Bereichsleiter Mechanical Technology uhde Services gmbH Haltern am See 

Dipl.-ing. gErHarD alTmEyEr Bereichsleiter Hochofenbetrieb Hamborn ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Dipl.-ing. HanS-JürgEn lEißnEr Bereichsleiter Entstaubungstechnik/EA ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Ständig steigende Umweltauflagen zur Reduzierung von Feinstaubemissionen beim Schüttgutumschlag setzen 

neue Maßstäbe für Hüttenwerksbetreiber. Von Uhde Services und ThyssenKrupp Steel Europe gemeinsam 

entwickelt befindet sich seit Januar 2008 eine weltweit einzigartige mobile High-Performance-Entstaubungs- 

anlage für die Schüttgutentladung auf der Hochbahnbunkeranlage im Hochofenbetrieb Duisburg-Hamborn 

in Betrieb. 

54 / Polysius-AFR-Strategie 

74 / 

Dr.-ing. DiETmar ScHulz Senior Executive R&D polysius ag Neubeckum 

Dipl.-ing. Karl mEnzEl Senior Executive Engineering Clinker Production polysius ag Neubeckum 

Dr. rEr. naT. HuBErT BaiEr Senior Project Manager Alternative Resources polysius ag Neubeckum 

Im Herstellungsprozess von Zement sind etwa ein Drittel der CO 2-Emissionen auf den Brennstoffverbrauch 

zur Entkarbonatisierung der Rohstoffe und zur Erzeugung der hohen Sintertemperaturen von über 1.400 °C 

zurückzuführen. Um diese Emissionen deutlich zu senken, sollen vermehrt ’Alternative Fuels and Raw Materials’ 

(AFR) eingesetzt werden. Polysius hat hierzu eine maßgeschneiderte Strategie entwickelt und umgesetzt, 

die ein hohes Wachstumspotenzial aufweist und eine deutliche Erweiterung der Wertschöpfungskette bedeutet. 


60 / ThermoTecSpring ® – Hochfeste Leichtbau-Feder als Beitrag zur CO2-Reduzierung Dr.-ing. marcEl groß Engineering/Prozesse Schraubenfedern ThyssenKrupp Bilstein Suspension gmbH Hagen-Hohenlimburg 

Mit der Anpassung des Verfahrens der thermomechanischen Umformung an die Anforderungen der Warmfertigung 

von Schraubendruckfedern ist es ThyssenKrupp Bilstein Suspension gelungen, die Eigenschaften 

des Materials so zu verändern, dass höher beanspruchbare Federn realisiert werden können. Damit ist der 

Weg frei für leichtere Federn mit geringeren Drahtdurchmessern sowie kürzere Federdesigns bei gleicher 

Performance. Gemessen an den normalfesten Tragfedern ermöglicht die ThermoTecSpring ® -Technologie 

je nach Anwendungsfall eine Gewichtsersparnis von 15 bis 20 % pro Feder. Damit trägt die ThermoTecSpring ® 

zur Senkung des Kraftstoffverbrauches und zur Reduktion des CO2-Ausstoßes bei. 

64 / Akustisch optimierter Propeller aus Kompositwerkstoffen 


Dipl.-ing. aXEl paul Theoretical Engineering, Team Strength Calculation Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel 

Dipl.-maTH. anDrEaS ScHmiDT Theoretical Engineering, Team Hydrodynamics Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel 

Dipl.-ing. Eric Wolf Theoretical Engineering, Team Hydrodynamics Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel 

Die Howaldtswerke-Deutsche Werft, eine Gesellschaft der ThyssenKrupp Marine Systems, ist auf die 

Konstruktion und den Bau von nichtnuklearen Ubooten spezialisiert. Für die neuen Uboote der Klassen 

212A sowie 214 entwickelt und fertigt HDW einen wegweisenden neuen Propeller aus Kompositmaterial 

mit hochdämpfenden viskoelastischen Zwischenschichten, der mit seinen hervorragenden akustischen 

Eigenschaften ein weiteres Alleinstellungsmerkmal bildet, das die HDW-Uboote für die Kundenmarinen 

noch attraktiver macht. 

70 / ViSTIS ® – Revolutionäres Team-Training für komplexe Systeme 

marKuS ScHuppErT m.a. Projektleiter ViSTIS ® Blohm + voss naval gmbH Hamburg 

Eine hochwertige Ausbildung von Bedienungs- und Instandsetzungspersonal von komplexen Systemen 

ist die Basis für einen erfolgreichen und effizienten Einsatz von Mensch und Material. Aber die Besatzungsausbildung, 

z.B. für Marineschiffe, ist bisher nur auf dem Originalschiff möglich. Mit ViSTIS ® , 

dem ’Virtual Ship Training and Information System’, wird dies künftig auch auf einem virtuellen Schiff 

unabhängig von der Original-Hardware bzw. vom Originalschiff möglich sein. Dieses innovative 

Ausbildungs- und Informationssystem wird derzeit unter Federführung von Blohm + Voss Naval in 

Hamburg entwickelt. 

74 / RFID-Brammenlogistik 

Dipl.-Winf. loÏc fEinBiEr Leiter CoC Supply Chain Visibility ThyssenKrupp iT Services gmbH Essen 

Dipl.-Winf. yaSEmin yaSlar Supply Chain Visibility Projekte ThyssenKrupp iT Services gmbH Essen 

Dipl.-ing. HEinEr niEHuES ThyssenKrupp RFID-Logistics Platform ThyssenKrupp iT Services gmbH Essen 

Die automatisierte Erfassung von Materialstücken in logistischen Prozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung. 

Um den Anforderungen einer möglichst schnellen, sicheren und transparenten Lieferkette zu genügen, wird 

immer häufiger auf RFID-Technologie (Radio Frequency IDentification) gesetzt. ThyssenKrupp führte als 

erster Werkstoff- und Technologiekonzern RFID zur automatisierten Identifikation von Brammen entlang einer 

neuen Supply Chain von Brasilien über Umschlaghäfen nach Europa und USA ein. Dadurch werden die 

Verladezeiten der Brammen deutlich verkürzt und Verwechslungen vermieden. 

Inhalt / 7

8 / 

Thema 

InCar ® 

Der innovative Lösungsbaukasten 

für die Automobilindustrie 

Dipl.-ing. olivEr Hoffmann Projektleiter InCar ® /Leiter Anwendungstechnik ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Das InCar ® -Projekt 


Im Rahmen des divisionsübergreifenden Projektes InCar ® 

wurde ein automobiler Technologieträger entwickelt, der 

sämtliche Produkte und Innovationen von 13 ThyssenKrupp 

Unternehmen rund ums Automobil in einem Projekt verbindet 

sowie die Leistungsfähigkeit und Innovationskraft von 

ThyssenKrupp eindrucksvoll demonstriert. Durch interdisziplinäre 

Zusammenarbeit wurden über 30 innovative Lösungen 

für Karosserie, Fahrwerk und Antrieb entwickelt. Mit InCar ® 

wurde ein neuer Meilenstein für zukünftige Forschungs- und 

Entwicklungsarbeiten innerhalb des Konzerns gesetzt. 


InCar ® – ökonomische und ökologische Vorteile 

Im Rahmen des InCar ® -Projektes wurden verschiedene 

Ansätze im Bereich Karosserie, Fahrwerk und Antrieb ent- 

wickelt, um den Kunden aus der Automobilindustrie 

Möglichkeiten aufzuzeigen, Kosten, Gewicht und/oder den 

CO 2-Ausstoß eines Fahrzeuges signifikant zu senken. Ins- 

gesamt konnten über 30 Innovationen entwickelt werden, 

die in mindestens einem Punkt dem Stand-der-Technik 

deutlich und nachweislich überlegen sind. 

Alle Lösungen sind im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit, 

insbesondere der CO 2-Emissionen, detail- 

liert untersucht und bewertet worden. Die durchgeführte 

Analyse beschränkt sich dabei nicht nur auf die Nutzungs- 

phase im Fahrzeug, sondern bezieht die Produktionsphase 

mit ein. Auf Basis dieser Untersuchungen können die 

ökologischen Auswirkungen neuer Technologien, Produkte, 

Prozesse und Verfahren frühzeitig und zuverlässig umfassend 

abgeschätzt werden. 

Eine Kombination der umweltfreundlichsten Technologien 

aus dem InCar ® -Projekt erlaubt eine Reduktion des CO 2- 

Ausstoßes im Fahrbetrieb von über 17 g/km und ergibt im 

Lebenszyklus eine Verringerung des CO 2-Äquivalents pro 

Fahrzeug von über 5,5 t. 

Da der Einsatz dieser innovativen Technologien gleichzeitig 

eine Kostenreduktion von 30 €/Fahrzeug ermöglicht, 

zeigt sich deutlich, dass ökonomische und ökologische 

Ziele im Einklang miteinander stehen können. Diese 

Betrachtung liefert wertvolle Entscheidungshilfen über eine 

rein technische sowie ökonomische Betrachtung hinaus 

und ermöglicht aufgrund reduzierter Fahremissionen die 

Umsetzung von Klimaschutz im Automobilbau von morgen. 

Die Auszeichnung des InCar ® -Projektes mit dem zweiten 

Platz des Ökoglobes 2010 bestätigt die hohe Relevanz 

und das erhebliche Potenzial der verschiedenen InCar ® - 

Lösungen als Beitrag zu einer nachhaltigen Mobilität. 

InCar ® – Der innovative Lösungsbaukasten von ThyssenKrupp / 9 

Lösungsbaukasten 

Im InCar ® -Projekt arbeiteten über 100 Experten des 

ThyssenKrupp Konzerns für Werkstoffentwicklung, 

Engineering, Bauteilfertigung sowie Anlagen-, Prototypen- 

und Werkzeugbau für die Automobilindustrie interdisziplinär 

zusammen. Aus über 400 innovativen Ideen zu 

Projektbeginn haben die Forscher, Entwickler und Key- 

Account-Verantwortlichen des ThyssenKrupp Konzerns die 

aussichtsreichsten Konzepte ausgewählt und Potenzial- 

analysen durchgeführt. Anschließend wurden diese Ansätze 

mit deutschen und internationalen Automobilbauern 

diskutiert und die Ausrichtung der Forschungs- und 

Entwicklungsarbeit festgelegt. Somit war sichergestellt, 

dass nur Entwicklungen betrieben wurden, die über ein 

sehr hohes Marktpotenzial verfügen, da bereits in diesen 

Workshops ein sehr großes Interesse an den technischen 

Lösungen gezeigt wurde. Es wurde deutlich, dass 

ein solch umfassendes Forschungsprojekt nur in einem 

Technologiekonzern wie ThyssenKrupp durchgeführt werden 

konnte, da die im Projekt dargestellte Kombination von 

Entwicklungstiefe und -breite von keinem Marktbegleiter 

geleistet werden kann. 

Von den über 30 Innovationen aus dem InCar ® -Projekt 

sollen im Folgenden drei Lösungen kurz beschrieben werden, 

um einen ersten Einblick in das Projekt zu geben. 

DampTronic ® select 

Mit DampTronic ® select / Bild 1 / wird die Lücke zwischen 

den aufwendigen elektronisch stufenlos verstellbaren 

Dämpfern und den konventionellen, passiven Dämpfern 

geschlossen. Der Kunde bekommt die Möglichkeit, 

zwischen den Fahrwerkseinstellungen „sportlich straff“ 

und „komfortbetont“ per Knopfdruck zu wechseln und das 

bei niedrigen Systemkosten und geringem Integrations- 

aufwand. Das Herzstück dieser Innovation ist das 

DampTronic ® select Ventil, welches zwischen einer Sport- 

kennlinie und einer Komfortkennlinie geschaltet werden 

kann. Obwohl das System vorzugsweise in der Komfort- 

kennlinie betrieben wird, bieten beide Dämpfkraftkenn- 

Bild 1 / DampTronic ® select – Sportfahrwerk zum Einschalten

10 / InCar ® – Der innovative Lösungsbaukasten von ThyssenKrupp 

linien die volle Abstimmbarkeit konventioneller Dämpfer. 

Somit können beide Kennlinien auf die spezifischen 

Bedürfnisse des Fahrzeuges zugeschnitten werden, ohne 

funktionale Einschränkungen beim Ansprechverhalten, 

Fahrkomfort oder der Fahrdynamik in Kauf nehmen 

zu müssen. Durch einen Verzicht auf Sensoren und auf- 

wendige Steuergeräte kann gegenüber den stufenlos 

elektronischen Verstellsystemen eine deutliche Kostenre- 

duktion von ca. 50 - 60 % erzielt werden. Somit erschließen 

sich die Vorzüge von verstellbaren Dämpfungssystemen 

auch für das Mittelklasse- oder Kleinwagen-Segment. 

Tailored Tempering 

Beim Tailored Tempering Prozess wird durch den Einsatz 

eines partiell beheizten Werkzeuges die Möglichkeit 

eröffnet, lokal eine langsamere Abkühlgeschwindigkeit 

des Bauteiles bei der Warmumformung zu erzielen 

/ Bilder 2 und 3 /. Während der Bauteilbereich im 

nicht beheizten Werkzeugteil einer hohen Abkühl- 

geschwindigkeit unterworfen wird und sich ein marten- 

sitisches Gefüge ausbildet, wird durch eine Verringerung 

der Abkühlgeschwindigkeit im beheizten Werkzeugteil 

Bild 2 / Thermografie des B-Säulen-Werkzeuges für den Tailored Tempering Prozess 

Temperatur [°C] 

550 

je nach Prozessführung ein ferritisch-perlitisches oder 

ein ferritisch-bainitisches Gefüge realisiert. Somit können 

über die Wahl der Prozessparameter anforderungs- 

gerecht die mechanischen Eigenschaften im Werkstoff 

beziehungsweise im Bauteil partiell eingestellt werden. 

Somit lässt sich gegenüber einer klassischen Bauweise 

ein Gewichtsvorteil von über 20 % erzielen. Ein erster 

Auftrag für eine Großserienbelieferung konnte bereits 

gewonnen werden. 

pDvc/pSvc 

Die Entwicklung einer gestuften und einer variablen Ventilsteuerung 

/ Bild 4 / bietet die optimalen mechanischen 

Voraussetzungen, um innerhalb des gesamten Betriebs- 

kennfeldes eines Ottomotors eine maximale Performance 

bei minimalem Verbrauch und Emissionen zu erzielen. 

Darüber hinaus besteht die Option, im Niedriglastbereich 

eine Zylinderabschaltung zu realisieren, sodass Verbrauchsvorteile 

von bis zu 20 % gegenüber einem modernen 

Ottomotor nachgewiesen werden konnten. Diese Kraftstoffreduzierung 

entspricht einer Reduktion der CO 2-Emissionen 

von über 14 g/km. 

Bild 3 / B-Säule „MBW ® 1500 Tailored Tempering“ nach einem Deformationstest Bild 4 / Presta Shiftable Valve Control (PSVC) – 

Prüfstand für den geschleppten Zylinderkopftest 

20 



Ganz gleich, wo Automobilhersteller nach Verbesserungen 

suchen – bei InCar ® werden sie in den Bereichen Karosserie 

(z.B. Tailored Tempering), Fahrwerk (z.B. DampTronic ® 

select) und Antrieb (z.B. PDVC (Presta Delta Valve Control)/ 

PSVC (Presta Shiftable Valve Control)) fündig. Weil aber 

Kunden unterschiedliche Innovationsschwerpunkte setzen, 

zeigt InCar ® meist mehrere technische Alternativen auf. Ob 

Leichtbau, Wirtschaftlichkeit oder Funktionalität: In min- 

destens einem dieser Punkte ist jede InCar ® -Lösung dem 

Stand der Technik deutlich und nachweislich überlegen. Das 

macht InCar ® zu einem Baukastensystem, aus dem jeder 

Kunde die für ihn optimale Lösung auswählen kann. 

Zusammenfassung und Ausblick 

Auch bei der Vermarktung der Projektergebnisse wurden 

im Rahmen des InCar ® -Projektes neue Wege beschritten. 

Neben einer ca. 30-seitigen Kurzfassung des Projektes, veröffentlicht 

in deutsch, englisch, französisch und japanisch, 

wurde ein ATZ-Sonderheft mit dem Titel „Das InCar-Projekt 

von ThyssenKrupp“ mit über 250 Seiten mehrsprachig 

erstellt aufgelegt. 

Im Rahmen der weltweiten Roadshows konnten allein in 

Europa über 15 OEMs (Original Equipment Manufacturers) 

besucht werden. Über 2.500 Besucher haben die InCar ® - 

Ausstellung – teilweise mit weiteren Neuentwicklungen aus 

dem ThyssenKrupp Konzern ergänzt – besucht und sich 

in den begleitenden Fachvorträgen oder direkt an den 

Exponaten mit den Experten austauschen können. 

In Japan wurden mit Toyota, Nissan und Honda die 

“Big Three” besucht, wobei über 900 Besucher erreicht werden 

konnten. In den USA wurden bei fünf OEMs TechShows 

mit über 950 Besuchern veranstaltet; ein wichtiger Schritt 

und Startschuss für ThyssenKrupp Steel Americas als 

InCar ® – Der innovative Lösungsbaukasten von ThyssenKrupp / 11 

Bild 5 / InCar ® -Demonstrator Bild 6 / InCar ® -TechTruck – Herzstück für die weltweite Roadshow 

innovativer (Entwicklungs-)Partner der Automobilindustrie 

in den USA. Die Techshow in Südkorea bei Hyundai Kia war 

ebenfalls ein voller Erfolg. Über 1.000 Besucher konnten 

verzeichnet werden. Weitere TechShows sind für dieses Jahr 

in China geplant / Bilder 5 und 6 /. 

Darüber hinaus wurden mehr als 25 Veröffentlichungen 

in Druckmedien, 7 Berichte in Funk und Fernsehen sowie 

über 30 Präsentationen auf Tagungen, Messen und Kongressen 

absolviert. 

Aus dieser für ThyssenKrupp bisher einmaligen 

Marketing-Offensive, zugeschnitten auf die Automobilindustrie, 

konnte durchgängig ein äußerst positives Feedback 

verzeichnet werden. Über 150 Nachfolgetermine 

wurden vereinbart, aus denen sich fast 100 konkrete 

Projekte ergeben haben. Eine Vielzahl von Aufträgen 

können bereits jetzt schon als Erfolg direkt dem InCar ® - 

Projekt zugeschrieben werden. 

Eine mögliche Fortführung des InCar ® -Projektes, 

ist derzeit in Planung, um auch zukünftig der Automobilindustrie 

wertvolle Impulse liefern zu können und neue 

technologische Wege aufzuzeigen. Neben weiteren Anstren- 

gungen im Bereich des Karosserie-Leichtbaus werden 

auch Anforderungen, die beispielsweise ein hybrider 

oder elektrischer Antrieb der Kraftfahrzeuge an die Fahrzeugarchitektur 

von morgen stellt, im Fokus der zukünftigen 

Arbeiten stehen. Somit wird ThyssenKrupp auch zukünftig 

einen wesentlichen Beitrag für eine umweltfreundliche 

Mobilität leisten. 

Das in diesem Artikel vorgestellte InCar ® -Projekt wurde mit 

dem 1. Preis des ThyssenKrupp Innovationswettbewerbes 

2010 ausgezeichnet.

12 / Thema 

Kontinuierlicher Beschichtungsprozess mit LubriTreat ® 

bei ThyssenKrupp Steel Europe 

ThyssenKrupp techforum techforum 1 I 2011

LubriTreat ® 

Eine funktionale Nanobeschichtung 

für die Automobilindustrie 

Dr. rEr. naT. JESSica BrinKBäumEr Fachkoordinatorin Entwicklung Oberfläche FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dr. rEr. naT. KEn-Dominic flEcHTnEr Fachkoordinator Entwicklung Oberfläche FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dipl.-ing. pETEr HEiDBücHEl Fachkoordinator Umformtechnik FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Dr. rEr. naT. STElla JanSSEn Fachkoordinatorin Organische Chemie FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dipl.-ing. gErnoT noTHacKEr Fachkoordinator Produktion FBA 8 ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

Dr. rEr. naT. rEinHarD WormuTH Teamleiter Korrosion und Elektrochemie FuE ThyssenKrupp Steel Europe ag Dortmund 

ThyssenKrupp Steel Europe hat eine neue Beschichtung 

entwickelt, die das Umformverhalten verzinkter 

Stähle entscheidend verbessert. LubriTreat ® wird 

hauchdünn direkt auf die Stahloberfläche aufgetragen 

und verbessert so die Umformeigenschaften 

über die gesamte Oberfläche. Das gemeinsam mit 

Castrol Industrial entwickelte und patentierte Beschichtungssystem 

kann mit vorhandener Anlagentechnologie 

erzeugt werden. Die Beschichtung ist 

frei von Schwermetallen und wurde als universale 

Umformhilfe konzipiert. Anwendungsbereiche finden 

sich in der Automobilindustrie sowie bei Herstellern 

von komplexen Bauteilen mit hohen Anforderungen 

an die Oberfläche. Eine weltweite Vermarktung des 

Produktes ist angestrebt. 


/ 13 

Hintergrund 

Innovatives Design im Automobilbau führt zu Bauteilen mit komplexen 

Geometrien, wodurch erhöhte Anforderungen an den Umformprozess 

gestellt werden. Weiterhin bedingt der Einsatz von höher- und höchstfesten 

Stählen, die aufgrund steigender Leichtbauanforderungen 

immer mehr Anwendung finden, eine anspruchsvolle Verarbeitung 

und fordert somit eine verbesserte Umformleistung des Werkstoffes 

im Umformprozess. Die Wirtschaftlichkeit solcher Prozesse muss aber 

dennoch gewährleistet bleiben. 

Aus diesem Grund haben ThyssenKrupp Steel Europe und 

Castrol Industrial gemeinsam ein patentiertes Beschichtungssystem 

zur Vorbehandlung von oberflächenveredeltem Stahlband entwickelt. 

Im Fokus stand die Entwicklung einer neuen schwermetallfreien 

Vorbehandlung als Ersatz für die Vorphosphatierung. LubriTreat ® ist eine 

ultradünne, organische Beschichtung, basierend auf Phosphorsäureestern, 

welche die Umformeigenschaften des Stahls deutlich verbessert. 

Ziel der Produktentwicklung ist es, durch den Einsatz von innovativen 

Stählen in Kombination mit einer intelligenten Beschichtung dem 

Kunden auch zukünftig ein optimales Produkt anbieten zu können. 

Wirkungsweise von LubriTreat ® 

Die umformverbessernde Wirkung wird durch Aufbringen der speziellen, 

tribologisch aktiven Additive direkt auf die Stahlbandoberfläche 

erreicht. Beim Umformprozess vermindert LubriTreat ® das Auftreten von 

Kaltverschweißungen zwischen Werkzeug und Bauteil so effizient, dass 

das Auftreten von Reißern nahezu vollständig vermieden wird. 

Bisher werden in der Stahlwerksbeölung mit Prelubes und Hotmelts 

Umformadditive eingesetzt, die – in der Ölmatrix eingebettet – beim 

Beölungsprozess auf das Blech appliziert werden. Neben den 

Umformadditiven enthalten Beölungen aber auch weitere Bestandteile, 

wie zum Beispiel Korrosionsschutzadditive und Emulgatoren die unter- 

schiedliche Funktionen erfüllen. Dabei konkurrieren alle funktionalen 

Additive in der Beölung um eine direkte Anbindung an die Stahloberfläche 

und können sich dadurch gegenseitig blockieren. Hinzu 

kommt, dass Korrosionsschutzadditive eine stärkere Bindung zur 

Stahloberfläche eingehen als die Umformadditive, sodass mögliche


Zink 

Bild 1 / Applikationsprozess von LubriTreat ® 

Koordinationsstellen für diese Additive bereits belegt sind. Dieser 

Nachteil wurde im Konzept bei der Entwicklung von LubriTreat ® 

berücksichtigt. Bei der neuentwickelten Beschichtung werden die für 

die Umformung notwendigen, tribologisch aktiven Additive zuerst auf 

die Stahloberfläche aufgebracht und erst im zweiten Schritt erfolgt die 

Beölung / Bilder 1 und 2 /. 

Bisherige umformverbessernde Beschichtungen basieren üblicherweise 

auf anorganischen Phosphatsystemen. Um hier eine optimale 

Wirksamkeit zu erreichen, werden diese in sehr hohen Schichtdicken 

von 1 - 2 µm aufgebracht. LubriTreat ® hingegen ist bereits mit einer 

Schichtdicke von unter 100 nm wirksam. Die nanoskalige Ober- 

flächenmodifikation durch LubriTreat ® kann mit hochauflösenden, oberflächenanalytischen 

Methoden sichtbar gemacht werden. Die Schicht 

weist sowohl amorphe als auch kristalline Bereiche auf / Bild 3 /. 

Korrosionsschutzöl 

LubriTreat ® 

Prelube/Hotmelt 

Bild 2 / Geordnete Konzentration der tribologisch aktiven Substanzen an 

der Substratoberfläche (oben) im Vergleich zur statistischen Verteilung in 

bisher üblichen Stahlwerksbeölungen, wie Prelube bzw. Hotmelt (unten) 

Applikation von LubriTreat ® Umformung 

Substrat 

Substrat 

Tribologisch aktive Substanzen 

LubriTreat ® 

Öl 

Anwendung von LubriTreat ® 

Die wasserbasierte und schwermetallfreie Beschichtung wird in einem 

kontinuierlichen Prozess direkt nach der Verzinkung auf das Stahlband 

aufgebracht. Ziel der Entwicklung war es, bereits vorhandene Anlagentechnologien 

zu nutzen und somit die Prozesskosten gering zu halten. 

/ Bild 4 / stellt schematisch die elektrolytische Beschichtungsanlage 

EBA 3 von ThyssenKrupp Steel Europe dar. Hier erfolgt die Applikation 

von LubriTreat ® mittels Spritzen/Abquetschen, an weiteren Anlagen 

auch durch so genanntes ’Chemcoating’. 

Neben der Anwendung bei elektrolytisch verzinkten Stählen zeichnet 

sich LubriTreat ® auch durch seine hervorragende Wirkung auf feuerverzinkten 

Oberflächen aus. Auf Erstere kommt bisher die Phosphatierung 

zur Verbesserung des Umformverhaltens zum Einsatz. Dieses System 

enthält jedoch im Gegensatz zu LubriTreat ® Schwermetalle, auf die 

aufgrund von Umweltaspekten möglichst verzichtet werden sollte. 

Feuerverzinkter Stahl mit LubriTreat ® Elektrolytisch verzinkter Stahl mit LubriTreat ® 

Bild 3 / Mikroskopische Aufnahme von LubriTreat ® -beschichteten, verzinkten Oberflächen 


Reinigung und Vorbehandlung 

Einlauf 

Bild 4 / Applikationszone von LubriTreat ® an der elektrolytischen Beschichtungsanlage EBA 3 von ThyssenKrupp Steel Europe 

Die Eigenschaften von LubriTreat ® wurden in verschiedenen 

Umformversuchen untersucht, wozu unter anderem der Streifenzugversuch 

und so genannte Näpfchenzugversuche gehören. Die positive 

Wirkung von LubriTreat ® zeigt sich in den untersuchten Prozessen 

durch eine Verringerung der Reibung zwischen Werkzeug und Blech- 

platine. In Streifenzugversuchen konnte mit LubriTreat ® nach- 

gewiesen werden, dass bei Flächenpressungen von bis zu 80 MPa 

kein Stick-Slip-Effekt auftritt. Stick-Slip-Effekte charakterisieren das 

Verschweißen und anschließende Lösen dieser Kaltverschweißungen 

durch hohe Zugkräfte während der Umformung von Blech im Werk- 

zeug. Im realen Umformprozess im Automobilpresswerk kann 

dies zum Reißen des Bauteiles führen. Der im / Bild 5 / gezeigte 

Reibwertverlauf ist gleichmäßig über den kompletten Zieh- 

bereich. Die Ziehgeschwindigkeit kann sogar auf 60 mm/min ver- 

ringert werden, ohne dass ein Stick-Slip-Effekt auftritt. Diese lang- 


applikation von lubriTreat ® 

Verzinkung 

LubriTreat ® – Eine funktionale Nanobeschichtung für die Automobilindustrie / 15 

Nachbehandlung Auslauf 

same Ziehgeschwindigkeit simuliert das Abbremsen des Stempels 

kurz vor dem Umkehrpunkt und stellt eine besondere Heraus- 

forderung dar. 

Mit Hilfe von Näpfchenzugversuchen wird ein idealer Tiefziehprozess 

simuliert. Hier kann neben dem Auftreten von Reißern des 

Bauteiles auch die Neigung zur unerwünschten Faltenbildung untersucht 

werden. Wie in / Bild 6 / gezeigt, wird das Prozessfenster beim 

Tiefziehen bei beiden untersuchten Stahlsorten durch LubriTreat ® 

deutlich vergrößert. Die Niederhalterkräfte F N können erheblich 

gesteigert werden, ohne dass es zu Reißern kommt. In der Praxis 

bedeutet dies, dass die Prozessparameter für das Umformen deutlich 

flexibler gewählt werden können und somit ein Beitrag zur Prozessstabilität 

geleistet wird. 

Neben den Näpfchenzugversuchen mit einem 100-mm-Rund- 

stempel wurden auch Großnapfversuche mit einem Stempeldurch-


Reibwert [µ] 

0,20 

0,15 

0,10 

0,05 

0 

Referenz 

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 

Bild 5 / Streifenzugversuch: Reibwertverlauf mit und ohne LubriTreat ® Bild 6 / Tiefziehbereich ohne LubriTreat ® (blau) und Erweiterung durch LubriTreat ® (rot) 

messer von 600 mm durchgeführt. Die Abmessungen dieses Großnapfes 

entsprechen etwa einer Reserveradmulde eines Mittelklasse- 

Pkw, die ein umformkritisches und tribologisch anspruchsvolles Bauteil 

darstellt. In / Bild 7 / ist ein Vergleich der bisherigen kleinen 

Näpfchen zu dem jetzt gezogenen Großnapf gezeigt. Auch bei diesen 

Abpressversuchen traten keine Reißer auf und der Arbeitsbereich zum 

Tiefziehen wurde erheblich erweitert. Neben der bisher beschriebenen 

Kerneigenschaft, der stark verbesserten Umformleistung, werden 

weitere hohe Anforderungen an neue Oberflächenbeschichtungen 

gestellt. Viele, sehr unterschiedliche Produkteigenschaften müssen 

erfüllt werden, bevor eine neue Beschichtung gerade in der Automobilindustrie 

zum Einsatz kommt: 

° Umweltfreundlichkeit 

° Applizierbarkeit 

° Schweißbarkeit 

° Klebeignung 

° Entfernbarkeit 

° Lackhaftungs- und -Unterwanderungseigenschaften 

° Filmstabilität 

° Korrosionsschutz 

° Phosphatiereignung 

Referenz und LubriTreat ® 

Flächenpressung [MPa] 

Ø 600 mm 

Bei den durchzuführenden Prüfungen dürfen durch LubriTreat ® keine 

Ø 100 mm 

Nachteile in den Produkteigenschaften entstehen. Verschiedene automobiltypische 

Fügeverfahren, wie zum Beispiel das Widerstandspunktschweißen 

und das Kleben, wurden untersucht. Diese Methoden 

kommen unter anderen im Rohbauprozess bei der Herstellung von 

Rohkarossen im Automobilbau zum Einsatz. Bei den bisher durchgeführten 

Prüfungen zeigten sich keinerlei Einschränkungen. Beim Bild 7 / Größenvergleich Großnapf und Näpfchen 

F N/kN 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

Referenz 

BHZ 180 + 

LubriTreat ® 

130 % 

0 

1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 

Ziehverhältnis b 

F N/kN 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

DX56D + 

LubriTreat ® 

225 % 

Referenz 

0 

1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 

Ziehverhältnis b 


Referenz mit LubriTreat ® 

Referenz 

Bild 8 / Mikroskopische Aufnahmen von LubriTreat ® -beschichteten, verzinkten Oberflächen nach der Phosphatierung 

nachfolgenden Lackierprozess werden für das endgültige Lack- 

erscheinungsbild verschiedene Lackschichten übereinander aufge- 

bracht. Für die Haftung des gesamten Lackaufbaus ist die zuerst 

aufgebrachte, automobiltypische Phosphatierung relevant, da diese 

als Haftvermittler für die nachfolgende kathodische Tauchlackierung 

gilt. Wie in / Bild 8 / zu erkennen ist, ist die Abscheidung und Ausbildung 

der Phosphatschicht bei LubriTreat ® vergleichbar zum unbeschichteten 

Referenzmaterial. 

Auch das nachfolgend untersuchte Korrosionsverhalten im 

lackierten Zustand ist als vergleichbar einzustufen. Dabei hat LubriTreat ® 

keinen Einfluss auf die Lackhaftungs- und die Lackunterwanderungseigenschaften. 

Insgesamt zeigen alle Kompatibilitätsprüfungen zum 

nachfolgenden Kundenprozess ein positives Gesamtverhalten. Weitere 

Langzeituntersuchungen und kundenspezifische Tests werden derzeit 

durchgeführt. 

Fazit und Ausblick 

Aktuell befindet sich LubriTreat ® in der Pilotphase der Produktentwicklung 

und wird an Produktionsanlagen der ThyssenKrupp Steel 

Europe getestet. Hier stehen die Ermittlung der Prozessparameter und 

die Umsetzung des Verfahrens in den laufenden Produktionsprozess 

im Vordergrund. Begleitend dazu werden Methoden zur Qualitätskontrolle 

des späteren Realprozesses entwickelt. Bei diesen betrieblichen 

Applikationsversuchen wird Versuchsmaterial hergestellt, das 

zu Testzwecken Kunden zur Verfügung gestellt werden kann. 

Insgesamt können die stetig steigenden Anforderungen an die 

Umformleistung des Werkstoffes durch den Einsatz von LubriTreat ® 

abgedeckt werden. Des Weiteren bieten sich durch LubriTreat ® 

Gestaltungsfreiräume zum Design innovativer und komplexer Bauteil- 


LubriTreat ® – Eine funktionale Nanobeschichtung für die Automobilindustrie / 17 

300 x 1.000 x 3.000 x 

300 x 1.000 x 3.000 x 

geometrien, die mit dem bisherigen Stand der Technik nur schwer 

umsetzbar waren. Zusätzlich können bislang notwendige Zusatzbeölungen 

im Umformprozess beim Kunden verringert und auf 

schwermetallhaltige Beschichtungen verzichtet werden. 

Nach der erfolgreichen Pilotphase wurde die Vermarktung von 

LubriTreat ® in Europa auf verzinkten Stahloberflächen begonnen. 

Eine weltweite Verfügbarkeit ist durch die Applikationsmöglichkeit von 

LubriTreat ® in den neuen Produktionsstätten von ThyssenKrupp Steel 

in den USA und China gegeben.

18 / Thema 

Innovatives Blockgießen 

für große Bauteile 

ing. amBro carpinElli Production Manager Società delle fucine S.r.l. Terni/Italien 

ing. rEnaTo palomBa Special Projects ThyssenKrupp acciai Speciali Terni S.p.a. Terni/Italien 

Dr. anDrEa mignonE Marketing and Industrial Sales Manager Società delle fucine S.r.l. Terni/Italien 

Erhitzen des Gussblocks im 600-t-Ofen 


Durch den Bedarf des Marktes an immer größeren und schwereren Schmiedestücken, 

wie z.B. Rotoren und Generatorwellen für thermonukleare Stromerzeugungsanlagen 

mit Leistungen von bis zu 1.600 MW sowie bis zu 6 m breite Stützwalzen für Blechwalzwerke, 

sah sich ThyssenKrupp Acciai Speciali Terni (AST) veranlasst, alle anlagen- 

technischen Änderungen zu planen und vorzunehmen, die für die Herstellung von 

Gussblöcken mit einem Gewicht von 500 t und mehr erforderlich sind. Mit diesen Gussblöcken 

– zurzeit die größten, die bisher in Europa erschmolzen wurden – sind AST und 

die Tochtergesellschaft Società delle Fucine (SdF) in der Lage, auf dem internationalen 

Markt – neben Stützwalzen für Walzwerke – Rotorwellen und Generatoren für Kern- oder 

konventionelle Anlagen mit einem Transportgewicht von bis zu 250 t zu liefern. 


Anpassungen im Anlagenbau 

AST und die Tochtergesellschaft Società delle Fucine sind 

seit über einem Jahrhundert auf dem Markt für große 

Schmiedestücke präsent und haben sich auf die Herstellung 

von Produkten für die Stromerzeugung und für 

die Industrie im Allgemeinen mit Gussblöcken von bis 

zu 350 t spezialisiert. Da sich abzeichnete, dass diese 

Blockgröße für die neuen Marktanforderungen nicht mehr 

ausreicht, wurde im Jahr 2005 in Terni ein Projekt für die 

Herstellung eines 500-t-Gussblocks gestartet. Um das 

Projekt zu realisieren, musste zunächst abgeklärt werden, 

ob bestimmte Grundvoraussetzungen erfüllt werden können: 

° Detail- und Gesamtabmessungen der Anlagen, 

° Handling des Equipments und der Produkte, 

° neue Lasten, die auf die Strukturen ausgeübt werden, 

° neue Anlagenausrüstungen und 

° metallurgische Aspekte der Gieß- und Schmiedeprozesse. 

Das Projekt wurde daher in mehrere Teilprojekte unterteilt, die 

in vier große Gruppen zusammengefasst werden können: 

1. Entwicklungen im Bereich der Stahlherstellung/ 

Stahlgießerei, 

2. Entwicklungen im Schmiedebereich, 

3. Ausrüstungen für die Bereiche Wärmebehandlung/ 

Vergütung und maschinelle Bearbeitung sowie 

4. Ausrüstungen für die Logistik. 

Im Bereich Stahlherstellung/Stahlgießerei wurde die Hebe- 

kapazität der Strukturen von internen Transportwegen und 

Innovatives Blockgießen für große Bauteile / 19 

Deckenlaufkränen erhöht. Es wurden spezifische Vorrichtungen 

für das Abziehen und Kippen des Gussblocks 

realisiert. Die Installation einer neuen Vakuumpumpe 

und einer Gießgrube, die für das Vakuumgießen eines 

solchen Blocks geeignet ist, wurde notwendig, eine kleine 

Gießerei für die Herstellung von Eisenformen wurde ein- 

gerichtet. Im Schmiedebereich wurde die Hebekapazität 

der Strukturen der Deckenlaufkräne erhöht. Ein neuer 

600-t-Deckenlaufkran, ausgestattet mit 600-t-Greifern, 

und ein neuer 250 t -700 t x m-Manipulator als Slave- 

Einheit für die 12.600-t-Hydraulikpresse wurden installiert. 

Im Bereich der Wärmebehandlung und maschinellen 

Bearbeitung wurden – neben der notwendigen Verstär- 

kungen der Strukturen – neue Deckenlaufkräne mit einer 

maximalen Kapazität von bis zu 350 t, ein Schachtofen für 

die Wärmebehandlung von großen Rotoren und Generator- 

wellen sowie ein neuer Drehofen – in seiner Größe 

einzigartig auf der Welt – für die differenzielle Wärme- 

behandlung von großen Stützwalzen eingerichtet. Eine 

neue 300-t-Schleifmaschine vervollständigte die Investi- 

tionen in die maschinelle Bearbeitung. Im Logistikbereich 

wurde das Gleis, das für den internen Transport des 

Blocks von der Stahlgießerei zum Schmiedebereich 

benutzt wurde, überprüft und zusammen mit dem zuge- 

hörigen Transportwagen verstärkt. 

In den folgenden Abschnitten werden die Haupt- 

fertigungsschritte beschrieben, die notwendig sind, um 

eine 230-t-Grobblechwalze herzustellen – ausgehend von 

einem 500-t-Gussblock.


Design des Gussblocks 

Der Entwurf und die Entwicklung der Gießform – durchgeführt 

mit Hilfe einer FEM(Finite-Elemente-Methode)- 

Analyse – hatten das Ziel, Seigerungsphänomene innerhalb 

des Gussblockkörpers zu minimieren, vor allem die 

Kohlenstoffseigerung, die in Gussblöcken dieser Größe 

in erheblichem Maße vorkommt / Bild 1 /. Die Ergebnisse, 

die an den ersten sechs Gussblöcken erzielt wurden, bestätigten 

die Modellschätzung / Bild 2 /. 

Auf Basis dieser Design-Parameter wurde in der 

Gießerei von Terni die erste FN-500-Blockform hergestellt 

/ Bild 3 /. Sie besteht aus sechs Hämatitgusseisen- 

Komponenten mit einem Gesamtgewicht von ca. 550 t. 

Besondere Merkmale dieser Blockform: 

° Verhältnis Höhe H/Durchmesser D: 0,9 bis 1,2 

° Kannelierte Innenseite mit 28 Flächen 

° zwei Hohlräume im Gießaufsatz, um beim Schmelzen 

die Hebezapfen zu erhalten, die für das Handling des 

Gussblocks erforderlich sind 

° an der Unterseite ausgebildet Zunge, 

um das Handling im Schmelz- und Schmiedebetrieb 

zu erleichtern 

° Sicherheitsverstärkungsringe (aus Stahl), die an 

Formenkomponenten des Körpers angebracht sind 

° Anbringung eines speziellen Plattenschutzes am Boden, 

um die Entformungsvorgänge zu erleichtern 

C [%] 

0,656 

0,604 

0,552 

0,500 

0,449 

0,398 

0,346 

0,294 

0,242 

0,190 

0,139 

0,084 

0,035 

Bild 1 / FN-500-Erstarrung des Gussblocks und C-Seigerung 

C [%] 

0,7 

Abweichung nach oben 

0,6 

0,5 

Schmelzen-Durchschnitt 

0,4 

0,3 

0,2 

0,1 

0 

Abweichung nach unten 

0 2 4 6 8 

Block-Nr. 

Bild 2 / FN 500 – tatsächliche Kohlenstoffseigerungswerte Bild 3 / FN-500-Blockform 

Design der Stahlherstellung 

Das Schmelzen erfolgt in einem 150-t-Lichtbogenofen, 

wobei mit ausgewähltem Schrottmaterial begonnen wird, 

um die Werte von Verunreinigungen, wie z.B. Arsen, Zinn, 

Antimon, Kupfer etc., auf ein Minimum zu reduzieren. 

In diesem Fall entspricht die zu erzeugende Stahlmenge 

etwa 525 t, aufgeteilt in vier Gießpfannen, die eine max. 

Kapazität von je 140 t haben. 

Für die Raffination des Stahls ist ein spezielles Verfahren 

entwickelt worden / Bild 4 /, um den Wasserstoffgehalt, der 

ein kritischer Faktor bei großen Gussblöcken ist, zu ver- 

ringern. Ferner werden für jede Gießpfanne die Raffinations- 

vorgänge definiert, die in den Anlagen der Firma 

ASEA sowie in den VD-Anlagen (Vacuum Degassing – 

Vakuumentgasung) anzuwenden sind, um die Chemie, 

Temperatur und Reinheit zu erreichen, die zum Gießen 

notwendig sind. 

Gießen des Blocks (bei AST) 

Das Vakuumgießen des Blocks erfolgt in einem speziellen 

Vakuumtank, der von seinen Abmessungen für 

diesen Zweck ausgelegt ist (D: 7.000 mm, H: 9.000 mm) 

/ Bild 5 /. Die Gießsequenz erfolgt unter Anwendung 

eines bestimmten Verfahrens, das für das Gießen eines 

Gussblocks aus vier Pfannen ausgelegt ist. Der in die Form 

gegossene Stahl hat ein Gewicht von 500 t. 



Bild 4 / Flussdiagramm Stahlherstellung und Raffination 

Bild 5 / Vakuum-Gießgrube 

ASEA-FN(Ladle Furnace-Pfannenofen)-Einheit 


Pfanne 140 t Pfanne 140 t Pfanne 140 t Pfanne 140 t 

VD-Einheit 

Pfanne 140 t Pfanne 140 t Pfanne 140 t Pfanne 140 t


Bild 6 / Vertikales Herausheben des FN-500-Gussblocks Bild 7 / Laden des FN-500-Blocks auf einen Eisenbahnwaggon 


% VCP [ Void Crushing Parameter ] 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

Bild 9 / Schmieden in der 12.600-t-Presse 

mit 250 t -700 t x m-Manipulator 


Vorgänge zum Abstreifen des Gussblocks (bei AST) 

Etwa vier Tage nach dem Gießen kann der Gussblock 

aus der Form genommen und in den Schmiedebereich 

transportiert werden. Der Hebevorgang erfolgt durch zwei 

Deckenlaufkräne, die mit einem Querhaupt verbunden 

sind, mit Hilfe der beim Schmelzen erhaltenen Hebezapfen 

⁄ Bild 6 /. Das Ablegen des Gussblocks für das nach- 

folgende Aufladen auf einen Eisenbahnwaggon erfolgt in 

der Grube mit einem Profil, das so konzipiert ist, dass der 

Block optimal um 90° gekippt werden kann / Bild 7 /. 

Schmieden (bei SdF) 

Um eine Grobblechwalze herzustellen, wurden, für die 

Planung des Schmiedezyklusses, mit dem der FN-500- 

Gussblock bearbeitet werden soll, FEM-Simulationen angewandt 

/ Bild 8 /. Die hauptsächlichen Schmiedeschritte 

wurden festgelegt, um die notwendigen Temperaturen, 

Gesenke und Kräfte zu definieren. Insbesondere wurde 

Bild 8 / Simulation der Vorstreckprozesse an dem FN-500-Block 

Z 

X 

Y 

Z 

X 

Y 

Bild 10 / Rohgeschmiedete Grobblechwalze – Gewicht 300 t 


das Vorstrecken durch Schmieden verbessert, um dem 

Produkt eine strukturelle Homogenität zu verleihen, die eine 

gute Zähigkeit sowohl im Kern als auch an der Außenhaut 

gewährleisten kann. 

Der so definierte Zyklus besteht aus den folgenden Phasen, 

die in der 12.600-t-Presse bei Temperaturen zwischen 

1.200 °C und 1.250 °C stattfinden: 

° Schmieden der oberen Zunge, 

° Schmieden des Ballens und Abschneiden des 

oberen und unteren Übermaßes (zwei Schmelzen), 

° Vorstrecken und Bemaßung, 

° Vorstrecken der Lagerzapfen und 

° Fertigbearbeitung der Zapfen (2 Schmelzen) und 

Abschneiden des Übermaßes. 

Sobald der Gießaufsatz und die metallurgischen Abfälle von 

der Ober- und Unterseite des Blocks entfernt worden sind, 

hat die grobgeschmiedete Walze ein Gewicht von 300 t 

/ Bilder 9 und 10 /. 

Z 

X 

Y


Bild 11 / Erhitzung der Ballenoberfläche im neuen Drehofen 



Wärmebehandlungen (bei SdF) 

Nach dem Schmieden wird die Stützwalze in einem konventionellen 

Gasofen einer Normalisier- und Vergütungs- 

Wärmebehandlung unterzogen, die notwendig ist, um dem 

Zapfen und dem Kern des Walzenballens die erforderlichen 

mechanischen Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit und 

Zähigkeit zu verleihen (30 - 40 HSc (Scleroscope Hardness – 

Rücksprunghärte)). Nach einer geeigneten groben maschinellen 

Bearbeitung wird die Walze in einem konventionellen 

Wagenherdofen bei einer Temperatur von 600 °C so lange 

vorgewärmt, bis die Homogenität des Kerns sicher gestellt 

ist. Daraufhin gelangt sie in den neuen Drehofen, in dem 

nur kurz die Ballenoberfläche bei einer Temperatur von 

950 °C bis zu einer Tiefe von ca. 150 mm erhitzt wird 

/ Bild 11 / und im Anschluss durch Besprühen mit Wasser 

ein Abschrecken auf eine Temperatur von ca. 250 °C erfolgt 

/ Bild 12 /. Daraufhin wird eine Vergütungsbehandlung (im 

Allgemeinen zweifach), um den erforderlichen Härtegrad 

auf dem Ballen zu erreichen (52-60 HSc). Mit dem neuen 

Drehofen ist SdF in der Lage, gleichmäßige Härtegrade 

in den verschiedenen Ballenbereichen innerhalb einer 

Toleranz von 3 HSc und einer Vergütungstiefe von 100 mm 

zu erreichen. 

Maschinelle Endbearbeitung (bei SdF) 

Nach Überprüfung der erforderlichen mechanischen Eigen- 

schaften, wird das Schmiedestück der maschinellen 

Endbearbeitung unterzogen. Dabei wird die Walze auf die 

Bild 12 / Abkühlung der Ballenoberfläche in der 

Rotations-Abschreckmaschine 


vom Kunden gewünschte endgültige Größe gebracht, um 

ein installationsfertiges Produkt zu liefern, das ohne weitere 

Bearbeitung an seinem Zielstandort eingebaut werden kann. 

Die maschinelle Endbearbeitung besteht aus folgenden 

Hauptschritten: 

° Fertigbearbeitung des Ballens und Vorfinishing der 

Zapfen auf der 300-t-Horizontaldrehbank / Bild 13 /, 

° Schleifen auf der neuen spezifischen 

300-t-Schleifmaschine / Bild 14 /, 

° verschiedene Fräsarbeiten an den Zapfen 

und Anbringung von Zubehörteilen, 

° Tests und 

° Verpackung und Transport / Bild 15 /. 

Fazit 

Mit der Fertigstellung dieses Projektes haben die Entwick- 

lungsabteilungen bei AST und SdF die besten Voraussetzungen 

geschaffen, sich bei der Produktion von 

Schmiedestücken hervorragend auf dem Weltmarkt zu 

positionieren. Durch die Herstellung eines 500-t-Gussblocks 

im Stahlwerk von AST in Terni, Italien, beweist 

Società delle Fucine seine Stärken auf dem Markt für große 

Schmiedestücke. Bis heute sind zehn Gussblöcke – sowohl 

für Rotorwellen als auch für Grobblechwalzen – mit optimalen 

Qualitätsergebnissen hergestellt worden. Dieser Erfolg ist 

die Basis für weitere Entwicklungen im Bereich der großen 

Schmiedestücke mit hohen Qualitätsstandards. 

Bild 13 / Fertigbearbeitung des Ballens und Vorfinishing der Zapfen 

auf der 300-t-Horizontaldrehbank 

Bild 14 / Schleifbearbeitung Bild 15 / Verpackung und Transport der 230-t-Grobblechwalze

26 / Optimierung von Aluminium- und Metalloberflächen mittels Clean Coil Konzept 

Gereinigtes Clean Coil 


Optimierung von Aluminium- 

und Metalloberflächen 

mittels Clean Coil Konzept 

ralf ScHmiD Geschäftsbereichsleiter ThyssenKrupp Metallcenter ThyssenKrupp metalServ gmbH Wörth 

Dipl.-WirT.-ing. (fH) STEfan cHriST Leiter Strategischer Vertrieb ThyssenKrupp Metallcenter ThyssenKrupp metalServ gmbH Wörth 

Dipl.-WirT.-ing. (fH) BaSTian BrunoW Key Account Manager ThyssenKrupp Metallcenter ThyssenKrupp metalServ gmbH Wörth 

Beim Produktionsprozess von Walzprodukten werden 

bedingt durch die verschiedenen Walzschritte, das Glühen 

und weitere Fertigungsprozesse die Metalloberflächen mit 

Schmutzpartikeln, Metallspänen sowie diversen Walzölen 

verunreinigt. Diese Verunreinigungen lagern sich in den Poren 

und Zwischenräumen der Metalloberfläche ab und können 

bei weiteren Bearbeitungsschritten, wie zum Beispiel Kleben, 

Stanzen, Schweißen/Löten und Umformen, zu Qualitäts- 

problemen führen. Der vom ThyssenKrupp Metallcenter 

entwickelte Clean Coil Prozess befreit das Material mit Hilfe 

von speziellen Reinigungsbürsten und einer Reinigungsemulsion 

schonend und kratzerfrei von Schmutz und Abrieb. 

Anschließend kann ein ’Finish’ als dosierte Beölung oder 

als trockenes Material erfolgen. 

Poren 

Bild 1 / Aufbau Aluminiumoberfläche im Querschnitt 


Mischoxid 

Deckschicht 

Sperrschicht 

Unregelmäßigkeiten 

im Aluminium 

Aluminium 

/ 27 

Ausgangssituation 

Die technischen Lieferbedingungen bezogen auf die Mate- 

rialoberfläche von Aluminium sind nicht eindeutig 

definiert. Von Seiten des Kunden wird eine saubere und 

glatte Aluminiumoberfläche gefordert, welches einen 

subjektiven Anspruch darstellt. Jedoch werden während 

des Produktionsprozesses von Walzprodukten die Metall- 

oberflächen mit Schmutzpartikeln, Metallspänen und 

diversen Walzölen verunreinigt. Die Anforderungen und 

Ausführungen verhalten sich konträr zueinander und 

können die nachgelagerte Produktionskette negativ be- 

einflussen. Der subjektiv wahrgenommene Oberflächen- 

zustand unterscheidet sich hier faktisch von der objektiven 

Oberflächenbeschaffenheit. Die analysierbare Ober- 

fläche nach dem Walz- und Schneidprozess besteht beim 

Werkstoff Aluminium aus einer Ansammlung von Walzölen, 

Mischoxiden, Grafiten und Metallspänen, die in einer unter- 

schiedlich starken Ausprägung vorkommen, sich vermischen 

und in verschiedenen Schichten aufbauen. 

Die Metalloberfläche nach dem Walzprozess, das so 

genannte ’Mill Finish’, wird durch den Umformungsprozess 

aufgeraut und bietet somit einen guten Haftgrund für 

die beschriebenen Verunreinigungen. Ein typischer Rauheitswert 

liegt bei der ’Mill Finish’ Oberfläche im Bereich 

von R a ≈ 0,3 µm mit einer Gesamthöhe der Profiltiefe von 

R t ≈ 2,0 µm. Die Rauheitswerte sind durch die Textur der 

Walzen bedingt und können je nach Walzenschliff variieren. 

Basierend auf dem Walzprozess und der Walzentextur verläuft 

die Oberflächenstruktur parallel zur Walzrichtung. Die 

oben angegebenen Rauheitswerte beziehen sich auf eine 

senkrechte Messung zur Walzrichtung. Bei einer parallelen 

Messung zur Walzrichtung liegt der arithmetische, gemittelte 

Rauheitswert von R a ≤ 0,15 µm niedriger. 

Die Aluminiumoberfläche selbst begünstigt die Haftgrundlage 

zusätzlich. Diese setzt sich aus einer 1-2 nm 

dicken Sperrschicht (Al 2O 3) zwischen dem Basismaterial 

und der 5 -10 nm dicken Deckschicht (Al(OH) 3 + Al 2O 3) 

zusammen. Beim Aluminium ist die Sperrschicht konstant 

und fast porenfrei geschlossen. Diese bietet einen 

Schutz vor Korrosion sowie gegen diverse Chemikalien. 

Hingegen ist die Deckschicht, die sich bei der so genannten 

Selbstpassivierung im sofortigen Kontakt mit Sauerstoff 

bildet, porös und weist kleine Unregelmäßigkeiten sowie 

Mikroporen auf. In dieser Oberflächenstruktur / Bild 1 /

28 / Optimierung von Aluminium- und Metalloberflächen mittels Clean Coil Konzept 

lagern sich die produktionsbedingten Verunreinigungen 

zusätzlich ab. Aus diesem Grunde müssen je nach Bedarf 

bei verschiedenen Produktionsprozessen aufwendige Reinigungsprozesse 

durchgeführt werden, damit der für den 

jeweiligen Arbeitsgang erforderliche Oberflächenzustand 

hergestellt werden kann. Als Beispiel kann ein verarbeitungsspezifisches 

Öl dienen, das sich erst nach erfolgter 

Reinigung (Abtragung von Schmutz und anderen 

Ölen) flächendeckend auf dem Material absetzen kann. 

Vor allem bei technischen Prozessen, wie Kleben, Stanzen, 

Schweißen/Löten, Umformen und Beschichten, ist somit 

eine reine Oberfläche zwingend erforderlich, um hochwertig 

und fehlerfrei produzieren zu können. Die Erfahrung 

hat gezeigt, dass viele Kunden diesen Prozess sehr auf- 

wendig praktizieren und sogar zusätzliche interne Prozesse 

anwenden, um die Beschaffenheit des Materials auf die 

eigenen Bedürfnisse anzupassen. Jedoch erzielt diese 

Reinigung nur bedingt den gewünschten Erfolg, da nicht 

alle Schmutzpartikel entfernt werden können. Die Folge 

ist ein erhöhter Ausschuss- und Fehleranteil in der Produktion, 

der auf eine verunreinigte Oberfläche / Bild 2 / 

oder nicht genügend bzw. falsch geschmierte Oberfläche 

zurückzuführen ist. Nicht selten führen verunreinigte Ober- 

flächen auch zu Reklamationen mit entsprechenden 

Kosten. Als Reklamationsgründe werden unter anderem 

Streifenbildung auf der Oberfläche, zu geringe bzw. zu 

viel Oberflächenbeölung sowie generelle Verunreinigungen 

genannt. An diesem Punkt setzt das Clean Coil 

Konzept an, um den Produktionsprozess beim Kunden 

effizienter zu gestalten sowie Reklamationen zu verhindern 

und Nach-laufkosten einzusparen. 

Umsetzung 

In mehreren Entwicklungsstufen wurde ein Konzept 

entwickelt, das mit Hilfe eines definierten Prozesses zu- 

nächst die verunreinigte Oberfläche reinigt und anschlie- 

ßend je nach Bedarf eine trockene Oberfläche oder eine 

Oberfläche mit definierter Beölung realisiert. Dieses 

Konzept schließt die Diskrepanz zwischen den von den 

Werken gelieferten Werkstoffen und den vom Verbraucher 

benötigten Oberflächenzustand. 

Bild 2 / Beispiel einer veschmutzten Aluminiumoberfläche 

Bild 3 / Simulation des Spül- und Abbürstvorganges im Reinigungsprozess 

Im ersten Schritt wird das Material in die Reinigungsan- 

lage eingefahren. Hierbei garantieren Fließstoffwalzen eine 

Oberflächen schonende Bearbeitung / Bilder 3 und 4 /. 

Im Inneren der Anlage wird zunächst durch Spritzdüsen 

ein vollsynthetisches Reinigungsöl mit Additiven beidseitig 

auf die Materialoberfläche aufgetragen. Dieses besitzt bei 

40 °C eine Viskosität von < 1,0 mm 2/s und ist rückstands- 

frei verflüchtigend. Aufgrund der niedrigen Viskosität 

sorgt das aufgetragene Reinigungsöl dafür, dass sich die 

Verunreinigungen und Öle aus den Poren und von der 

Materialoberfläche lösen. Um einen optimalen Reinigungs- 

effekt zu erzielen, wird dieser Prozess durch zusätzliche 

Bürsten unterstützt. Das Abbürsten entfernt vor allem 

größere Schmutzpartikel sowie Metallspäne und erhöht 

somit die Reinigungswirkung des Reinigungsöles. Die 

Bürsten aus Perlon rotieren dabei entgegengesetzt zur 

Laufrichtung. Ein weiterer positiver Effekt wird hier zudem 

durch die Walzrichtung bei ’Mill Finish’ Oberflächen 

hervorgerufen. Durch die parallel zur Laufrichtung ver- 

laufende Oberflächenstruktur lösen die Bürsten effektiver 

Verunreinigungen aus der Oberfläche. Der Großteil der 

gelösten Öle und Schmutzpartikel wird durch das Gegen- 

laufbürsten zurückgeschleudert und somit beim ersten 

Besprühungsvorgang von der Oberfläche gespült. Das 

abgetragene und verunreinigte Reinigungsöl wird durch 

Abfangbecken aufgefangen und über ein Filterungssystem 

dem Kreislauf wieder zugeführt. 

Nach dem Abbürsten erfolgt ein zweiter Spülvorgang, 

der verbliebene Partikel aus der Oberfläche spült. Nach 

dem Spülvorgang wird das aufgetragene Reinigungsöl 

mit Fließstoffwalzen von der Materialoberfläche, bei einem 

Druck von 7 MPa abgequetscht. Durch die Fließstoffwalzen 

wird das Material schonend getrocknet, ohne dass eine 

Gefüge- oder Zustandsveränderung im Material einsetzt 

/ Bild 5 /. Lediglich ein dünner Film des Reinigungsöles 


Bild 4 / Simulation der gelösten Verunreinigungen 

im Reinigungsprozess (detailliert) 

verbleibt auf der Oberfläche und innerhalb der Poren. Dieser 

verbleibende Film wird nach dem Abquetschen durch 

Druckluft entfernt. Durch die rückstandsfreie Verflüchtigung 

und die Einwirkung der Druckluft, ist die jetzt entstehende 

Materialoberfläche frei von Schmutzpartikeln und 

Ölen. Diese Oberfläche kann nun als trocken und sauber 

bezeichnet werden / Bild 6 /. 

Dieser trockene Materialzustand ist für die meisten 

Applikationen nicht direkt einsetzbar. Aufgrund der fehlen- 

den Schmierstoffe ist die Materialoberfläche äußerst 

anfällig für Beschädigungen, z.B. durch Kratzerbildung. 

Mittels einer Beölungsanlage wird fein vernebelter 

Schmierstoff auf die trockene Oberfläche aufgetragen. 

Durch das Besprühen wird eine komplette und gleichmäßige 

Benetzung der Oberfläche erwirkt. Je nach Kunden- 

anforderungen können der Schmierstoff und auch die 

Auftragsmenge von 0,25 bis 7,2 g/m 2 variieren. Als Stan- 

Bild 6 / Beispielhaftes Ergebnis – links vor, rechts nach erfolgter Reinigung 


Optimierung von Aluminium- und Metalloberflächen mittels Clean Coil Konzept / 29 

Bild 5 / Simulation des Trocknungsprozesses mit Fließstoffwalzen 

dardschmiermittel wird eine auf niedrigviskosen Kohlen- 

wasserstoffen basierende Emulsion auf die Material- 

oberfläche aufgetragen. Diese ist für viele weitere Bearbeitungsprozesse 

einsetzbar und auch mit vielen Ölen 

und Schmierstoffen kompatibel. Des Weiteren schützt der 

Schmierstoff das Aluminium vor Korrosion. 

Ausblick 

Das Clean Coil Konzept bietet ein großes Kosteneinsparungs- 

und Effizienzsteigerungspotenzial bei diversen 

Kundengruppen. So können zum Beispiel beim Stanzprozess 

aufwendige Reinigungsprozesse beim Kunden 

vorab entfallen und die Rüstzeit minimiert werden. 

Darüber hinaus wird hierzu eine höhere Prozesssicherheit 

sichergestellt und die Reklamations- und Fehlerquote ver- 

ringert. Das Clean Coil Konzept schließt diese Diskrepanz 

zwischen den von den Walzwerken gelieferten Materialoberflächen 

und den hierzu konträren subjektiven Anforderungen 

der Kunden. Mit dem Clean Coil Konzept ist es 

nun möglich, den Standard „trocken und sauber“ zu defi- 

nieren und den Kundenanforderungen zu genügen. 

Das Konzept wurde auf die Bedürfnisse der verarbei- 

tenden Aluminiumindustrie hin entwickelt. Jedoch ist es 

auch universell für weitere Bereiche und Metalloberflächen 

einsetzbar. So ist es durchaus möglich, Materialien wie 

Stahl, Edelstahl, Buntmetalle, Titan und weitere Nicht- 

eisen-Metalle zu reinigen und definiert zu beölen. Die 

flexible Auslegung des Clean Coil Konzeptes ermöglicht 

es, die Reinigungsöle sowie die Schmierstoffe zu variieren 

und genau auf die jeweiligen Materialanforderungen 

und Bedürfnisse der weiteren Verarbeitungsprozesse 

hin abzustimmen.

30 / 

Modulares Retrofitting-Konzept 

Effizienzsteigerung und Ressourcenschonung 

in der Energieerzeugung 

Dr.-ing. ulricH ScHaBErg Leiter Inbetriebnahme ThyssenKrupp Xervon Energy gmbH Duisburg 

Dipl.-ing. annEgrET Baum Projektleiterin ThyssenKrupp Xervon Energy gmbH Duisburg 

Dipl.-ing. marTin HöBlEr Projektleiter ThyssenKrupp Xervon Energy gmbH Duisburg 

Mittelkalorisches Kraftwerk (MKK) der swb Erzeugung GmbH & Co. KG, Bremen (Quelle: swb/Mac-Fotoservice) 



Modulares Retrofitting-Konzept – Effizienzsteigerung und Ressourcenschonung in der Energieerzeugung / 31 

Betreiber von Industrieanlagen agieren im Umfeld 

ständig wandelnder Anforderungen wirtschaft- 

licher, technischer und politischer Art, wobei die 

Treibhausgas-Emission und der damit verbundene 

Zertifikatehandel zunehmend an Bedeutung gewinnen. 

In diesem Kontext stellt die Effizienzsteigerung und 

Schadstoffminimierung an Bestandsanlagen für die 

Betreiber eine Alternative zu Neuanlagen dar. Mit 

dem modularen Baukasten, der die verschiedenen 

Ertüchtigungsmöglichkeiten aufzeigt und der nahezu 

keinen Kundenwunsch nach Effizienzsteigerung und 

Emissionsreduzierung offen lässt, hat ThyssenKrupp 

Xervon Energy einen Realisierungsrahmen geschaffen, 

mit dem Betreiber das Optimierungspotenzial ihrer 

bestehenden Anlagen ausloten und in einem verbindlichen 

Kosten- und Terminrahmen umsetzen können. 

Handlungsrahmen der Energieerzeugung 

Wohin der technisch interessierte Betrachter auch blickt, alle heute 

erprobten bzw. in Erprobung befindlichen Technologien zur Energieerzeugung 

haben ihre Grenzen. Und je nach politischer und gesellschaftlicher 

Sichtweise werden Chancen und Risiken völlig unterschiedlich 

bewertet. Betreibern von Industrieanlagen ist es heute 

kaum noch möglich, für die Refinanzierungszeiträume ihrer Anlagen 

verlässliche Annahmen über Brennstoffpreise, zulässige Emissionen 

oder die Entsorgungswege von Reststoffen zu treffen. Langfristiges 

Denken und Handeln muss daher immer öfter durch flexibles 

Reagieren ersetzt werden. Ein schwieriges Unterfangen, wenn es sich – 

wie bei Energieerzeugungsanlagen – um Großinvestitionen mit zum Teil 

mehrjährigen Realisierungszeiträumen handelt. 

Industrieanlagen, zu denen die kommunalen Energieerzeugungs- 

und Reststoffentsorgungsbetriebe gehören, aber vor allen Dingen auch 

das produzierende Gewerbe, wie beispielsweise die Lebensmittel-, 

Kosmetik-, Arzneimittel-, Möbel- oder auch Papierherstellung, beziehen 

ihren Bedarf an Strom und Prozesswärme aus eigenen Energie- 

erzeugungsanlagen, um so zugunsten der Endverbraucher kostengünstig 

und damit wettbewerbsfähig produzieren zu können. Anlagen-

32 / Modulares Retrofitting-Konzept – Effizienzsteigerung und Ressourcenschonung in der Energieerzeugung 

„Magisches Dreieck“ in der Kraftwerksrehabilitierung 

betreiber sehen sich daher dauerhaft der Frage 

gegenüber gestellt, ob ihr gegenwärtiges Energie- 

erzeugungskonzept noch tragbar ist: sei es, dass der bisher 

eingesetzte Brennstoff sich verteuert oder verknappt, 

Emissionsgrenzwerte verschärft werden, es Bedarfsände- 

rungen bei der Nutzenergie gibt oder schließlich die 

Gestehungskosten der produzierten Energie zu hoch werden. 

Hinzu kommt, dass Märkte, Technologien, aber auch 

öffentliche Wahrnehmungen und gesellschaftliche 

Ansprüche sich in einem ständigen Wandel befinden. 

Hier haben die Medien einen entscheidenden Einfluss. Als 

Beispiele sind hier die politischen Diskussionen zu fossil 

befeuerten Kraftwerken, Müllheizkraftwerken oder auch die 

Bevorzugung von Kraftwärmekopplungen (KWK) gegenüber 

herkömmlichen Kraftwerkstechnologien zu nennen. 

Auch politische Entscheidungen, wie beispielsweise hinsichtlich 

der Laufzeitverlängerungen von Atomkraftwerken, 

könnten möglicherweise über Einflüsse auf die Strombörsen 

die Wirtschaftlichkeit des eigenen Unternehmens in Frage 

stellen. Spätestens wenn der über die Strombörse angebotene 

Strom preiswerter ist als der Strom, der über die 

Technische Parameter 

Effizienzsteigerung/ 

Ressourcenschonung 

Wirtschaftliche Parameter Politische Parameter 

Bild 1 / Handlungsrahmen der Betreiber 

f 

Applikations- 

Know-how 

E 

Leittechnik 

(2 Module) 

a 

Feuerungstechnik 

(4 Module) 

Retrofitting-Module 

D 

Verbrennungsluft- 

Versorgung 

(2 Module) 

B 

Kesselkonstruktion 

(2 Module) 

c 

Wasser-Dampf- 

Kreislauf 

(3 Module) 

Bild 2 / Werkzeugkasten: Cluster mit 13 Optimierungsmodulen der Kraftwerksrehabilitierung (Retrofitting) 

eigene Anlage oder auch kommunale Anlagen selber 

erzeugt wird, bedeutet dies das „Aus“ für diese Anlagen 

und das oft trotz hoher Wirkungsgrade oder modernster 

Technik zum Schutz der Umwelt. Derartige Umstände haben 

den Markt für Anlagenbauer und industrielle Kunden gleichermaßen 

stark verändert. Erschwerend kommt hinzu, 

dass in der Regel kein eigenes technisch fachkundiges 

Planungspersonal mehr vorgehalten wird, das mit Lösungs- 

und Verbesserungsvorschlägen zur bestehenden Anlage 

auf anstehende Änderungen reagieren kann. 

Im Folgenden werden technische und wirtschaftliche 

Gegebenheiten, Tendenzen, Probleme, denen sich Betreiber 

von industriellen Anlagen auch zukünftig gegenübergestellt 

sehen, und das modulare Retrofitting-Konzept der Xervon 

Energy beschrieben / Bild 1 /. 

These 1: modernisierung geht vor neubau 

Vor die Frage gestellt, ob man mit einer Neuinvestition 

oder einer Änderung der Bestandsanlagen reagieren sollte, 

wenden sich Betreiber immer häufiger an Planungsbüros 

und Berater. Mit dem modularen Baukasten, der die 

verschiedenen Ertüchtigungsmöglichkeiten aufzeigt und 

nahezu keinen Kundenwunsch nach Effizienzsteigerung 

und Emissionsreduzierung offen lässt, hat ThyssenKrupp 

Xervon Energy eine Entscheidungshilfe geschaffen, die 

für die Betreiber und ihre Berater relevante Aussagen 

zu Optimierungspotenzialen ihrer bestehenden Anlagen 

macht, einschließlich der damit in Verbindung stehenden 

Kosten und Stillstandszeiten / Bild 2 /. 

Die Vorteile für den Betreiber sind offensichtlich: 

Umbaumaßnahmen lassen sich nicht nur schneller reali- 

sieren als Neubauten, da beispielsweise Bauteile mit langen 

Lieferzeiten (Schmiedeteile, Turbinen) mehrheitlich weiter 

verwendet werden. Vielmehr reduziert sich durch die Wieder- 

verwendung der notwendige Investitionsbedarf deutlich 

gegenüber Neubauten. Dies wird klar, wenn man bedenkt, 

dass der gesamte Baukörper sowie die Elektro-, Mess-, 

Steuer- und Regelungstechnik zusammen etwa ebenso 

viel kosten, wie die maschinentechnische Ausrüstung. 


Bild 3 / Einsatzbereiche der Optimierungsmodule 

Ein weiterer entscheidender Vorteil einer Umbau- oder 

Retrofit-Maßnahme liegt jedoch in dem wesentlich einfacheren 

Genehmigungsverfahren. Bei Umbaumaßnahmen 

kann sich der Betreiber auf den Bestandsschutz seiner alten 

Anlagen berufen, wodurch sich das Genehmigungsverfahren 

wesentlich vereinfacht. So kann beispielsweise auf eine 

Beteiligung der Öffentlichkeit im Rahmen eines Anhörungsverfahrens 

verzichtet werden. 

Alles in allem erhöht eine Anlagenmodernisierung 

die Reaktionszeiten der Betreiber deutlich, was dem 

angestrebten Ziel eines flexiblen Reagierens deutlich 

näher kommt, als die Planung, Genehmigung und 

Errichtung eines vollkommen neuen Kraftwerksblockes. 

Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt auch eine Studie des 

Umweltbundesamtes aus dem Jahre 2009 („Klimaschutz 

und Versorgungssicherheit“), wonach die Flexibilität am 

Strommarkt auch mit Alternativen zum Kraftwerksneubau, 

wie dem beschriebenen Retrofit, zu erreichen ist. 

These 2: modularisierung – ein Erfolgskonzept nicht 

nur für den neubau 

Wie bereits erläutert, müssen Anlagenbetreiber auf sich 

ständig wandelnde Anforderungen reagieren, wobei der 



f Applikations-Know-how c Wasser-Dampf-Kreislauf E 

Leittechnik 

D Verbrennungsluft-Versorgung B Kesselkonstruktion a Feuerungstechnik 

Treibhausgas-Emission und dem damit verbundenen 

Zertifikatehandel immer größere Bedeutung zukommen. 

Kraftwerke gehören nun einmal zu den größten CO 2- 

Emittenten und stehen damit im Fokus der Öffentlichkeit. 

In diesem Kontext sind Effizienzsteigerung und Schadstoffminimierung 

an Bestandsanlagen für die Betreiber unumgänglich. 

Hier nun greifen die Konzepte von ThyssenKrupp 

Xervon Energy / Bilder 3 und 4 /. 

Als Anlagenbauer entwickelt ThyssenKrupp Xervon 

Energy nicht nur innovative Kraftwerkstechnik, sondern 

verfügt auch über das notwendige Know-how, das man 

für die Ertüchtigung von Altanlagen benötigt. Die zum 

Einsatz kommenden Retrofit-Maßnahmen sind im Wesent- 

lichen abhängig von den gegebenen Randbedingungen. 

Es gibt unterschiedlichste limitierende Faktoren und 

dementsprechend auch keine Universallösung. Daraus 

ergibt sich die Aufgabe, die geeigneten Möglichkeiten 

aufzudecken, um zugeschnittene Lösungen zu erarbeiten, 

die den Kundenwunsch nach Effizienzsteigerung und 

Emissionsreduzierung unter Berücksichtigung der spezifischen 

Standortbedingungen seiner Anlage erfüllt. Die 

dabei zum Einsatz kommende Technik muss nicht nur 

leistungsfähig sein; eine erfolgreiche Erprobung sollte


feuerungstechnik Beschreibung des modules Know-how Xervon Energy als maßnahme bereits 

effizienzsteigernd 

Luft- und wassergekühlte Abgestimmte Feuerungsmodule für Einbringung ° Alleinstellungsmerkmal gegeben Verbrennungsroste und schadstoffarme Verbrennung 

unterschiedlichster Ersatzbrennstoffe 

mehr als 20 Patente 

° 

° 

ü 

zahlreiche ausgeführte Anlagen, inkl. 15 Neubauten 

Stößelentschlacker Austragsorgan für feste Verbrennungsrückstände ° patentiert 

° an zahlreichen Anlagen nachgerüstet 

Gasturbinenabgasbrenner Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe 

aller Art, der als Sauerstoffträger sowohl Frischluft 

als auch Gasturbinenabgas nutzen kann 

bereits 10 Anlagen auf diesen Brennertyp umgerüstet 

° 

Asche-Schmelz-Zyklon Nachbehandlung fester Verbrennungsrückstände 

° patentiert zur energetischen Nutzung und Erzeugung 

umweltfreundlicher Reststoffe 

2 Modellanlagen im Industriepark Hoechst 

° 

ü 

Kesselkonstruktion 

Heizflächen-Cladding + dazugehörige 

beschichtungsfreundliche Konstruktion 

Auftragsschweißverfahren für Werkstatt und 

Baustelle, um korrosionsgefährdete Kesselbauteile 

Alleinstellungsmerkmal gegeben 

° 

° zahlreiche Patente 

mit Sonderstählen zu schützen, sowie beschichtungs- 

° Auftragsschweißen (Cladding): 

freundliche Ausführungsmerkmale von Heizflächen eigenständiges Geschäftsfeld am Standort 

Kesselreinigungssystem Online-Reinigung von Strahlungsheizflächen mittels 

° in Zusammenarbeit mit Kooperationspartner Wasserstrahlen in Waste-to-Energy-Anlagen (Fa. Clyde-Bergemann), der diverse Schutzrechte hält 

ü 

Wasser-Dampf-Kreislauf 

Kondensat-Wärmeverschiebung Kondensat-/Speisewasser-Wärmeverschiebung, 

° umfassende Betriebserfahrungen um eine geringere Eco-Eintrittstemperatur und damit 

eine geringere Abgastemperatur zu erreichen 

mehr als 20 ausgeführte Anlagen 

° 

ü 

Platzsparende Konvektiv-Heizflächen Beim Umbau von Dampferzeugern auf Gastubinen- 

° umfassende Betriebserfahrungen Abgasnutzung muss bei bestehendem Bauvolumen 

dem erhöhten konvektiven Wärmeangebot Rechnung 

getragen werden. Dazu dienen speziell entwickelte 

und leicht nachrüstbare Rippenrohr-Wärmetauscher. 


° 

ü 

Abwärmenutzung der Rostkühlung Thermodynamische Verbesserung des Dampf- 

° umfassende Betriebserfahrungen Kreisprozesses durch Einbindung der bei der 

Verbrennungsrostkühlung abgeführten Wärme 


° 

ü 

verbrennungsluftversorgung 

Mischkammer Mischung von heißem Gasturbinenabgas mit kalter 

Zusatzfrischluft bei Vermeidung von Temperatursträhnen 

und geringem Strömungsdruckverlust 

umfassende Betriebserfahrungen 

° 

° mehr als 10 ausgeführte Anlagen 

Innenisolierung Schutz des Abgaskanals hinter Gasturbine vor zu hohen 

° umfassende Erfahrungen über Tochterunternehmen 

Temperaturen durch Aufbringen einer Innenisolierung S. Schlüssler Feuerfestbau, Bispingen 

leittechnik 

Feuerleistungsregelung Optimale Zusammenführung von Brennstoff und Luft ° Patent in Anmeldung ü 

unter festgelegten Temperaturbedingungen für hohe 

Umsatzgrade und geringe Schadstoffemissionen 

Strahlungspyrometer Berührungslose Brennkammer-Temperaturmessung zur 

realistischen Beurteilung des Verbrennungsprozesses 

und Eingangsgröße für die Feuerleistungsregelung 

Patent in Anmeldung 

° 

Bild 4 / Die 13 Module des Retrofitting-Konzeptes im Überblick 

HKW Würzburg 

Bei gleicher Energieerzeugung ca. 50.000 t weniger CO2 

400 

300 

200 

100 

0 

354 

89 

280 

119 

354 

161 

84 

-48 

71 

HKW Klein Wanzleben 

Bei gleicher Energieerzeugung 30.000 t weniger CO2 

sowie zusätzlich 40.000 MWh elektrische Energie 

Bild 5 / Effizienzsteigerung und Emissionsreduzierung durch Modernisierung der Heizkraftwerke Würzburg und Klein Wanzleben 

400 

300 

200 

100 

0 

368 

103 

0 

368 

-30 

+40 73 

40 

Brennstoffwärme [GWh] 

Elektrische Arbeit [GWh] 

NOx [t/a] 

CO2 [kt/a] 


Gesamtemissionen 

Total Available 

Market (TAM) 

Served Available 

Market (SAM) 


vorzugsweise über bereits ausgeführte Referenzanlagen 

nachweisbar sein. Um diesen Ansprüchen gerecht zu 

werden, wurden Anlagenkomponenten entwickelt, die größtenteils 

patentiert und in Form von „Tuning-Bausteinen" 

einer Modularisierung unterworfen sind, die unter anderem 

zur CO 2-Reduzierung weitgehend frei kombinierbar in 

Bestandsanlagen eingesetzt werden können. 

Dieser innovative Baukasten aus optimierten 

Komponenten mit nachgewiesener Effizienz bietet sowohl 

dem Betreiber als auch ThyssenKrupp Xervon Energy als 

Anlagenbauer Vorteile: 

1. flexible Lösungsfindung, 

2. technische wie kommerzielle Kalkulierbarkeit, 

3. in Referenzanlagen nachweisbar erprobt und 

teilweise weiter optimierbar. 

Die vertrieblichen Vorteile daraus erklären sich von selbst. 

Was dies in Zahlen bedeutet zeigt / Bild 5 /. 

Mit dem modularen Retrofitting eröffnet sich für 

ThyssenKrupp Xervon Energy in Deutschland ein relevanter 

Markt, der CO 2-Emissionen von bisher 100 Mio t/a ent- 

spricht, die durch das Modulare Retrofitting-Konzept auf 

50 Mio t/a reduziert werden können / Bild 6 /. 

Öffentliche 

Energieversorgung 

46 % 

1.005* 

20 % 

200 

50 % 

100 

Sonstige 

1 % 

16 % 

11 % 

6 % 

* Treibhausgas-Emissionen Deutschland 2006 in Mio t CO2e 

Bild 6 / Erreichbares Marktpotenzial ausgedrückt in CO 2-Reduzierung 


Verkehr 

Industrielle 

Prozesse 

Landwirtschaft 

Kraftwerke der verar- 

beitenden Industrie und 

lokale Energieerzeuger 

Erreichbarer Markt 

in Deutschland 

These 3: fossile Brennstoffe werden auch mittelfristig 

die Hauptlast der Energieerzeugung tragen 

Die allgegenwärtige Diskussion über erneuerbare Energien 

ebenso wie Medienberichte über neu installierte Anlagen, 

die mit Windkraft, Sonne oder Erdwärme arbeiten, versperren 

jedoch oft den Blick auf die Realitäten. Es wird häufig 

übersehen, dass diese Anlagen für den öffentlichen wie 

für den industriellen Bedarf derzeit nur geringe elektrische 

Leistungen bereitstellen, dafür aber sehr viel Platz oder 

umbauten Raum benötigen. Man spricht hier von der so 

genannten geringen Leistungsdichte (elektrische Leistung 

geteilt durch Anlagenfläche bzw. Bauvolumen), die den 

Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien nach 

derzeitigem Stand der Entwicklung eigen ist. Konventionelle 

Energieerzeugungsanlagen haben darüber hinaus – trotz 

all ihrer sonstigen Probleme, die sich für die Umwelt 

daraus ergeben – wesentlich höhere Leistungsdichten und 

können damit unter vertretbarem bautechnischen wie 

wirtschaftlichen Aufwand die immens großen elektrischen 

Leistungen bereitstellen, die zur öffentlichen Versorgung 

oder für industrielle Produktionsprozesse benötigt werden. 

Wollte man diesen Bedarf allein durch erneuerbare Energien 

decken, so käme man zu absurden Anlagengrößen. Diese 

physikalischen Grenzen schränken die Verbreitung erneuerbarer 

Energien gegenwärtig noch ein. 

Diesem Problem begegnet man – wo immer möglich – 

mit dezentraler Energieerzeugung und -nutzung sowie 

durch Energiesparmaßnahmen. Dennoch stellen die nicht 

berechenbare Verfügbarkeit von Sonne und Wind, die 

für eine industrielle Produktion ohnehin unabdingbar ist, 

neben den geringen Leistungsdichten das größte Hindernis 

beim Ausbau der regenerativen Energien dar. Das heißt im 

Umkehrschluss, dass die Bedeutung der konventionellen 

Techniken in den nächsten Jahrzehnten nicht sinken wird. 

Ganz im Gegenteil: die Stromerzeugung auf Kohlebasis 

wird nach Schätzung der Internationalen Energieagentur 

bis zum Jahr 2030 stark expandieren. Werden derzeit welt- 

weit 40 % des Stroms in Kohlekraftwerken erzeugt, so 

dürften es in 20 Jahren 45 % des dann deutlich höheren 

Strombedarfes sein, was eine Steigerung der verstromten 

Kohlemengen auf etwa 7,5 Mrd t/a zur Folge hat. Aufgrund 

dessen wird sich der technologische Fokus des 

Kraftwerksanlagenbaus in absehbarer Zeit nicht wesentlich 

ändern. CO 2-emittierende Technologien werden auch weiter- 

hin den Markt bestimmen, damit bleiben Schadstoffreduktion 

und Effizienzsteigerung bis auf weiteres die 

zentralen Forschungsschwerpunkte.


These 4: Energiespeicherung – das Schlüsselthema der 

zukünftigen wirtschaftlichen Energienutzung 

Ein allgegenwärtiges Thema, das sowohl regenerative 

Energiegewinnungen als auch Gas- und Dampfkraftwerke 

(GuD) mit Kraft-Wärmekopplung betrifft, ist die Frage nach 

geeigneten Energiespeichern, in denen sich Strom und/ 

oder Wärme aus Überschusszeiten zwischenspeichern 

lassen. Während im ersten Fall die unterschiedlichen 

Erzeugungszeiten bedient werden müssen, sind es im 

zweiten Fall die unterschiedlichen Nachfragezeiten, die es 

abzupuffern gilt. 

Unter der Leitung von RWE Power, die den Startschuss 

zur Entwicklung eines Hochtemperaturspeichers für GuD- 

Anlagen gaben, hat ThyssenKrupp Xervon Energy sich 

diesem Thema mit starken Kooperationspartnern, wie 

der Paul-Wurth-Gruppe und dem Institut für Technische 

Thermodynamik des Deutschen Zentrums für Luft und 

Raumfahrt (DLR), angenommen. Das Aufheizen (Laden) 

des Hochtemperaturwärmespeichers erfolgt durch die heißen 

Gasturbinenabgase, die ihre Wärmeenergie an die 

im Speicher befindlichen Speichermaterialien (Feststoffe) 

abgeben. Beim Entladen (Nachtmodus) strömt kalte Luft 

durch den aufgeheizten Speicher, erwärmt sich dadurch 

und steht als Wärmeträger für die Dampf-/Stromerzeugung 

zur Verfügung. Durch die Integration eines solchen 

Speichers können die Erzeugung und die Bereitstellung von 

Wärme und Strom in den Kraftwerken zeitlich entkoppelt 

werden, wodurch die Effizienz von GuD-Anlagen im Kraft- 

Wärme-Kopplungs-Betrieb weiter gesteigert wird. Da diese 

Anlagen zunehmend nach Wärme- und nicht mehr nach 

Strombedarf betrieben werden, müssen sie zum Zweck der 

Wärmebereitstellung derzeit auch nachts – und damit zu 

Zeiten geringer Stromanforderungen – in Betrieb sein. Mit 

Wärmespeichern ausgestattet kann die während des Tages 

über den Verbraucherbedarf hinaus produzierte Wärme 

hingegen zwischengespeichert und nachts bei abgeschalteter 

Gasturbine als Prozess- oder Fernwärme wieder abgegeben 

werden / Bilder 7 und 8 /. 

Durch die so erzielten Freiheitsgrade in der Fahrweise 

von kraftwärmegekoppelten GuD-Anlagen lassen sich 

Brennstoffausnutzungsgrade weiter verbessern sowie CO 2- 

Emissionen reduzieren. Dies verdeutlicht den Stellenwert 

der Entwicklung derartiger heute noch nicht verfügbarer 

Hochtemperaturspeicher für eine zukünftige, nachhaltige 

und dem Klimaschutz gerecht werdende Energieversorgung. 

These 5: Symbiose aus erneuerbaren Energien mit 

konventioneller Technik am Beispiel der Solarthermie 

Angeregt durch die Erkenntnis, dass die zuvor erläuterten 

Wärmespeicher sowohl im Bereich der konventionellen 

KWK-Anlagen als auch im Bereich der regenerativen 

Energieerzeugung ihren Einsatz finden, haben Firmen wie 

ThyssenKrupp Xervon Energy sich mit der Frage auseinandergesetzt, 

ob Elemente beider Technologiesäulen nicht in 

völlig neuen Verschaltungen als so genannte Hybridanlagen 

miteinander gekoppelt werden sollten. Nachteile der einen 

wie der anderen Technologie – geringe Energiedichten 

einerseits und CO 2-Emissionen anderseits – könnten so 

ausgeglichen werden. 

Die zur Strom- und Dampferzeugung notwendigen 

Komponenten, wie beispielsweise Dampferzeuger und 

Dampfturbinen, stehen im Wesentlichen bereits aus der 

herkömmlichen Kraftwerkstechnologie zur Verfügung. Statt 

jedoch wie bisher Verbrennungstechnologien zur Wärme- 

gewinnung in konventionellen Kraftwerksprozessen ein- 

zusetzen, stellen sich Forschung und Entwicklung der 

Herausforderung, gebündelte Sonnenenergie zu verwenden 

/ Bilder 9 und 10 /. Denkbar ist auch eine Kombination 

von Gasturbinen und Sonnenenergie in Hybridanlagen, 

sodass auch Jahreszeiten mit wenig Sonnenstunden oder 

aber Schlechtwetterzeiten überbrückt werden können. 

Die Forschungen und Entwicklungen von Anlagen zur 

Energieerzeugung auf Basis von erneuerbaren Energien, die 

an Leistungsdichten heranreichen, die den herkömmlichen 

Kraftwerkstechniken eigen sind, sind vielfältig. Die Tatsache, 

dass die herkömmlichen Technologien zur Deckung des 

wachsenden Strombedarfes auch zukünftig unverzichtbar 

sind, lässt ThyssenKrupp Xervon Energy als Anlagenbauer 

nicht die Augen vor der dringenden Notwendigkeit verschließen, 

nach Alternativlösungen zu suchen, diese zu 

entwickeln und zu erforschen. 


Da es Betreibern von Industrieanlagen heute kaum noch 

möglich ist, für die Refinanzierungszeiträume ihrer Anlagen 

gültige Annahmen über Brennstoffpreise, zulässige 

Emissionen oder die Entsorgungswege von Reststoffen 

zu machen, muss langfristiges Denken und Handeln 

daher immer öfter durch flexibles Reagieren ersetzt werden. 

Ein schwieriges Unterfangen, wenn es sich, wie bei 

Energieerzeugungsanlagen, um Großinvestitionen mit zum 

Teil mehrjährigen Realisierungszeiträumen handelt. Der 

innovative Baukasten von ThyssenKrupp Xervon Energy 

aus optimierten Komponenten mit nachgewiesener Effizienz 

bietet sowohl dem Betreiber als auch dem Anlagenbauer 

die Vorteile einer flexiblen Lösungsfindung sowie technischer 

und kommerzieller Kalkulierbarkeiten. Allein das 

Beispiel des Einsparpotenziales an CO 2-Emissionen von 

rund 50 Mio Tonnen pro Jahr, das mit dem modularen 

Retrofitting-Konzept an Bestandsanlagen erreicht werden 

kann, zeigt den diesbezüglichen Markt in Deutschland heute 

und zukünftig auf. 

Das in diesem Artikel vorgestellte modulare Retrofitting- 

Konzept wurde mit dem ThyssenKrupp Sonderinnovationspreis 

„Energie und Umwelt“ 2009 ausgezeichnet. 


GuD-Kraftwerk mit Dampflieferung und Wärmespeicher in Zeiten 

hoher Stromerlöse (Peak) 

Gasturbinen 

Abhitzekessel für Solarkraftwerk (Tagmodus) 

Konzentrierte 

Solarstrahlung 

Heliostatenfeld 

Receiver 

Thermischer 

Speicher 


Dampferzeuger 

Thermischer 

Speicher 

Heißluft 

Rückgeführte Luft 

Dampfturbosatz 

Dampf 

Dampferzeuger 


Dampfversorgung 

des Kunden 

Bild 7 / Tagbetrieb einer GuD-Anlage in Kraftwärmekopplung – Zwischenspeicherung der 

über den Verbraucherbedarf hinaus produzierten Wärme 

Turbine mit 

Generator 

Konzentratorsystem Heißgaskreis Wasser-Dampf-Kreis 

GuD-Kraftwerk mit Dampflieferung und Wärmespeicher in Zeiten 

niedriger Stromerlöse (Off-Peak) 

Gasturbinen 

Bild 8 / Nachtbetrieb einer GuD Anlage in Kraftwärmekopplung – Wärmeabgabe 

aus dem Zwischenspeicher in den Abhitzekessel bei abgeschalteter Gasturbine 

Abhitzekessel für Solarkraftwerk (Nachtmodus) 

Heliostatenfeld 

Bild 9 / Hybridkraftwerk im Tagbetrieb – Sonnenenergie ersetzt fossile Brennstoffe Bild 10 / Hybridkraftwerk im Nachtbetrieb – Wärmeabgabe aus dem Zwischenspeicher 

in den Abhitzekessel 

Receiver 

Thermischer 

Speicher 

Dampferzeuger 

Thermischer 

Speicher 

Heißluft 

Rückgeführte Luft 

Dampfturbosatz 

Dampfversorgung 

des Kunden 

Dampf 

Dampferzeuger 

Turbine mit 

Generator 

Konzentratorsystem Heißgaskreis Wasser-Dampf-Kreis

38 / Thema 

Die neue energieeffiziente Aufzugsgeneration von ThyssenKrupp 


LOFT 

Eine Umwelt-Initiative von ThyssenKrupp Aufzüge 

alEXanDEr KEllEr Geschäftsführer ThyssenKrupp aufzüge gmbH Stuttgart 

STEpHan WirTH Geschäftsführer gWH aufzüge gmbH Himmelstadt 

DirK linnE Niederlassungsleiter Mainz ThyssenKrupp aufzüge gmbH Mainz 

nicola DangErfiElD Leiterin Verkaufsförderung Marketing Kommunikation ThyssenKrupp aufzüge gmbH Stuttgart 


Große Aufgaben bewältigt man oft nur in 

vielen kleinen Schritten: Die LOFT-Umwelt- 

Initiative von ThyssenKrupp Aufzüge leistet 

mit energiesparenden und zukunftsorientierten 

Produkten einen entscheidenden Beitrag 

zum Klima- und Umweltschutz – sowohl für 

Neuanlagen als auch für Modernisierungen. 

Hintergrund 

Die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre 

steigt. Vor allem der Kohlendioxid-Anteil hat sich durch die 

Industrialisierung in den letzten 150 Jahren immer mehr 

verstärkt. Er erhöht sich jeden Tag durch Wirtschaft, 

Haushalte sowie Verkehr und unsere Umwelt heizt sich 

dadurch unnatürlich schnell auf. Ziel muss es deshalb sein, 

aktiv Energie einzusparen und die CO 2-Emissionen zu ver- 

ringern. Die LOFT-Umwelt-Initiative von ThyssenKrupp 

Aufzüge trägt ein gutes Stück dazu bei, den CO 2-Ausstoß 

zu reduzieren. Denn das Produktkonzept senkt den Energieverbrauch 

von Aufzugsanlagen und Fahrtreppen deutlich – 

ohne jegliche Komfort- und Leistungseinbußen. Fahrtreppen 

und Aufzüge können dank LOFT energiesparender, umweltgerechter 

und klimaschonender betrieben werden. Dadurch 

LOFT - Schachtentrauchung 

LOFT - Leuchtmittel 

LOFT - Steuerungs- und 

Lichtabschaltung 

LOFT - Lichtabschaltung 

/ 39 

entsteht eine Win-Win-Situation: Während die Kunden 

Strom, Energie und Kosten sparen, sichert ThyssenKrupp 

Aufzüge nachhaltig die Zukunft unserer Umwelt. 

Ein durchgängiges Maßnahmenkonzept 

Die Umwelt-Initiative basiert auf der Entwicklung einer 

durchgängigen und umweltfreundlichen Produktpalette. 

Dabei zeichnet sich jedes einzelne Produkt durch seine her- 

vorragende Leistungsfähigkeit, erstaunliche Anpassungsfähigkeit, 

Hochwertigkeit sowie durch eine ökologische und 

ökonomische Rentabilität aus. Eine erfolgreiche Produktstrategie, 

die sich dreifach auszahlt: für uns, unsere Umwelt 

wie auch für Betreiber und Investoren. Mögliche Einsatz- 

bereiche für die LOFT-Produktpalette / Bild 1 / sind dabei 

nicht nur öffentliche Einrichtungen, wie z.B. Krankenhäuser, 

sondern auch Bürogebäude / Bild 2 /, Hotels, Eigen- 

tümergemeinschaften, Wohnungsbaugesellschaften und 

viele weitere mehr. Für einen detaillierten Einblick werden 

die einzelnen LOFT-Produkte im Folgenden ausführlich 

vorgestellt. 

Lichtabschaltung 

Licht ist wichtig. Deshalb muss es aber nicht Tag 

und Nacht brennen. Wird ein Aufzug nicht benutzt, ist die 

Kabinenbeleuchtung häufig eingeschaltet, z.B. nachts in 

Wohnhäusern oder an Sonn- und Feiertagen in Büro- 

gebäuden. Die LOFT-Lichtabschaltung hilft hier, Energie zu 

sparen. Wird der Aufzug beispielsweise über einen definierten 

LOFT - Fahrtreppenbeleuchtung 

LOFT - Fahrtreppensteuerung 

Bild 1 / LOFT - Produktübersicht 

LOFT - Energieeffizienz 

für die Zukunft


Zeitraum nicht genutzt, schaltet sich das Kabinenlicht systematisch 

ab. Mit Anforderung des Aufzuges schaltet sich 

das Licht sofort wieder ein. In Abhängigkeit vom Aufzugs- 

typ kann die Abschaltung entweder durch Software- 

Programmierung oder durch Nachrüstung externer Schalter, 

wie z.B. Bewegungsmelder, Zeitschaltuhren und oder 

Schlüsselschalter, erreicht werden. Bei Glasaufzügen ist 

die vollständige Abschaltung der Kabinenbeleuchtung 

dagegen oft nicht erwünscht. Hier gibt es die Möglichkeit, 

einen von zwei Beleuchtungsstromkreisen abzuschalten. 

Sind die Leuchtmittel für eine gedimmte Ansteuerung 

geeignet, ist dies neben dem geteilten Betrieb eine weitere 

Möglichkeit, den Energieverbrauch zu reduzieren. Damit 

das häufige Ein- und Ausschalten nicht zur Lebensdauer- 

Verkürzung der Leuchtmittel führt, empfiehlt sich der 

Einsatz moderner LED-Leuchtmittel. 

Ein durchschnittlicher Aufzug verbraucht 60 % seiner 

Energie im Stillstand, ein Großteil davon wird durch die 

Kabinenbeleuchtung verursacht. Allein deshalb ist der 

Einsatz der LOFT-Lichtabschaltung eine lohnende Alternative 

– wie das folgende Rechenbeispiel beweist. 

Beispielrechnung zur gesamtökologischen 

Bedeutung 

° 9,5 Stunden Ausschaltung entsprechen einer Strom- 

ersparnis von 1,52 kWh. 

° 1,52 kWh Strom pro Tag bei ca. 600.000 Aufzügen 

ergeben für Deutschland eine Gesamtersparnis von 

912.000 kWh. 

° Bei der Erzeugung von 1 kWh Strom werden 0,58 kg 

CO 2 freigesetzt. 

° So errechnet sich aus 912.000 kWh eine CO 2-Ersparnis 

von 528.960 kg an einem einzigen Tag oder 193.000 t 

CO 2 pro Jahr in Deutschland, d.h.: 

° 193.000 t CO 2 im Jahr werden durch eine 

automatische Lichtabschaltung bei 600.000 Aufzügen 

in Deutschland eingespart. 

Steuerungs- und Lichtabschaltung 

Werden Aufzüge nicht genutzt, sollten sie auch abgeschaltet 

sein. Es gibt immer Zeiten, in denen ein Aufzug selten 

oder gar nicht genutzt wird, z.B. nachts. Mit der LOFT- 

Steuerungs- und Lichtabschaltung kann viel Strom gespart 

werden / Bild 3 /. Sobald der Aufzug eine definierte Zeit 

nicht genutzt wird, werden die Energieverbraucher Steue- 

rung und Kabinenbeleuchtung abgeschaltet / Bild 4 /. 

Nach der Ausführung aller anstehenden Fahrten, wird die 

Abschaltung über einen Schlüsselschalter oder eine 

Zeitschaltuhr aktiviert. Befindet sich der Aufzug nicht 

in seiner Abschaltehaltestelle, wird die Fahrt dorthin 

automatisch eingeleitet. Hier werden das Fahrkorblicht 

und danach bei geschlossener Tür die Steuerung und 

die Tür-Lichtschranke abgeschaltet. Die Tür-Auf-Taster 

bleiben weiterhin aktiv. Zukünftig wird die Abschaltung 

über eine intelligente Software realisiert. Der Vorteil dabei 

ist, dass sich die Anlagen-Steuerung bei Nichtnutzung 

selbst in den Stand-by-Modus (Energiesparphase) versetzen 

kann. Sie erkennt in diesem Modus, wenn der Aufzug 

angefordert wird und ist sofort betriebsbereit. 

Bild 2 / Moderne Bürogebäude als Einsatzbereiche der Loft-Produktpalette 

Einsparpotenzial Auslastung 

2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 24h 

Bild 3 / Einsparpotenzial 



Leuchtmittel 

Moderne Leuchtmittel sind Energiesparwunder. LOFT- 

Leuchtmittel sparen gegenüber herkömmlichen Glühbirnen 

und Leuchtstoffröhren bis zu 90 % Energie, erreichen eine 

bessere Lichtausbeute und können problemlos ersetzt 

werden. Während herkömmliche Leuchtmittel rund 90 % 

der Energie als Wärme abgeben, unter Ausschaltvorgängen 

leiden und schnell an Leuchtkraft verlieren, sind moderne 

Energiesparleuchten deutlich unempfindlicher und leistungsstärker. 

Allerdings lohnt sich das Abschalten von 

Energiesparleuchten erst, wenn sie länger als 15 min ausgeschaltet 

bleiben, denn häufige Einschaltvorgänge benötigen 

mehr Energie als der Dauerbetrieb. Die wirtschaftlich 

und ökologisch beste Wahl sind LED-Leuchten (Light 

Emitting Diode – Leuchten mit Leuchtdioden) / Bild 5 /. 

Bild 4 / Gedimmte Aufzugsbeleuchtung in Zeiten geringer Nutzung 

Glühlampen Neonlicht LED LED-Röhre 

5 % 20 % 60 % 96 % 

Bild 5 / Lichtausbeute unterschiedlicher Leuchtkörper 

LOFT – Eine Umwelt-Initiative von ThyssenKrupp Aufzüge / 41 

Sie wandeln Energie nahezu ausschließlich in Licht um, sind 

äußerst sparsam, langlebig sowie unempfindlich gegen 

Erschütterungen und häufiges Ein- und Ausschalten. Da 

sie in zahlreichen Lichtfarben erhältlich sind, sind sie auch 

unter ästhetischen Gesichtspunkten vielseitig einsetzbar. 

Schachtentrauchung 

Schachtentlüftung sowie -entrauchung / Bild 6 / spart 

Energie und schützt das Klima. Durch vorgeschriebene 

Schachtentlüftungs- und Entrauchungsöffnungen wird 

Wärmeenergie verschwendet. Die warme Gebäudeluft entweicht 

permanent. So gelangt die mit Heizenergie erzeugte 

Wärme über die Aufzugstüren in den Schacht und entweicht 

aus der permanenten Öffnung. Die Energieein- 

sparverordnung 2007 (EnEV) und die LOFT-Schachtent- 

rauchung setzen diesem Wärmeverlust ein Ende. Denn 

die in nahezu allen Aufzugsschächten leicht nachrüstbare 

LOFT-Schachtentrauchung erfüllt die gesetzlichen 

Forderungen des Brandschutzes und der Energieeinsparung 

gleichermaßen. Die brandschutztechnisch erforderlichen 

Rauchabzugsöffnungen werden durch eine motor-betriebene 

Entrauchungsklappe oder Lichtkuppel geschlossen. 

Die Dichtigkeit des Gebäudes ist genauso gewährleistet wie 

der Abzug heißer, giftiger Brandgase. Im Brandfall werden 

Klappe oder Kuppel automatisch geöffnet. 

Fahrtreppenbeleuchtung 

Mehr Leistung ohne Energieverlust: Die meisten herkömmlichen 

Fahrtreppen und Fahrsteige besitzen eine Sockel- 

band- und/oder Balustradenbeleuchtung. Als Leuchtmittel 

werden Kaltkathoden-Leuchtstoffröhren (KKL) verwendet. 

Ein hoher Energieverbrauch, eine relativ geringe Lebens- 

dauer und ein ungleichmäßiges Erscheinungsbild sind für 

diese Art von Leuchtmitteln kenzeichnend. Mit der neuen 

LOFT-LED-Fahrtreppenbeleuchtung / Bild 7 / kann problem- 

los auf ein modernes, energiesparendes Beleuchtungssystem 

umgerüstet werden. So wird der Energieverbrauch 

um bis zu 40 % reduziert. Dabei ist die mittlere Lebensdauer 

der LOFT-LED-Fahrtreppenbeleuchtung ca. fünfmal höher 

als bei herkömmlichen KKL-Röhren. Die von letzteren 

bekannte Abschwächung der Leuchtintensität gegen Ende 

der Lebensdauer tritt bei der LED-Beleuchtung ebenfalls 

nicht auf. Darüber hinaus ist die Leuchtintensität der optisch 

hochwertigeren LEDs konstant höher. 

Fahrtreppensteuerung 

Fahrtreppen und Fahrsteige mit geringer Auslastung 

müssen nicht durchgängig in Betrieb sein und dabei un- 

nötig Energie verbrauchen. Deshalb bietet ThyssenKrupp 

Aufzüge auch Anlagen mit intermittierendem Betrieb an. 

Die LOFT-Fahrtreppensteuerung ermöglicht zudem die 

einfache, nachträgliche Umrüstung auf intermittierenden 

Betrieb. Moderne Radarsensoren erkennen, wenn sich ein 

Benutzer nähert und starten die Fahrtreppe rechtzeitig. 

Aufwendige Änderungen der Steuerung, das Anbringen von 

Umgehungsbügeln mit Lichtschranken sowie Kontaktmatten 

gehören der Vergangenheit an. Der Radarsensor kann in- 

dividuell eingestellt werden. So ist gewährleistet, dass 

die Anlage rechtzeitig ihre volle Betriebsgeschwindigkeit


erreicht. Dabei kann zwischen sich entfernenden, darauf 

zugehenden und vorbeigehenden Personen unterschieden 

werden. Die Anlage setzt sich nur dann in Betrieb, wenn 

sich Personen zielgerichtet nähern. Ampelanlagen signali- 

sieren dem Benutzer die Betriebsbereitschaft und zeigen die 

Fahrtrichtung an. Nachdem der Benutzer das Stufenband 

verlassen hat, läuft die Anlage entsprechend der eingestellten 

Nachlaufzeit. 

Energieeffizienz für die Zukunft 

Die angebotenen Aufzugskomponenten gelten – den Weltmarkt 

betreffend – als führend. Denn sie gehören hin- 

sichtlich der Klima- und Umweltschonung zu den höchstentwickelten. 

Die Antriebsaggregate verbrauchen wesentlich 

weniger Energie als noch vor Jahren. Bei Seilantrieben 

bietet sich besonders der Austausch gegen sparsame, 

frequenzgeregelte Antriebe mit höherem Wirkungsgrad 

an. In die Jahre gekommene Hydraulikantriebe profitieren 

ungemein vom Einsatz einer modernen Frequenzregelung 

und einer neuen Unterölpumpe. Auch der Energieverbrauch 

der Kabinentüren, bei denen üblicherweise der Türantrieb 

permanent unter Strom steht, kann durch den Einbau 

momentenloser Antriebe gesenkt werden. Hinzu kommen 

der Austausch und die Neujustierung von Schienen und 

Umlenkrollen, was für einen geringeren Reibungswiderstand 

und Energieverbrauch des ganzen Systems sorgt. Im 

Rahmen einer Modernisierung werden so deutliche Energie- 

und Kosteneinsparungen erzielt. 

Bild 6 / Blick in einen modernen Aufzugschacht 

Umweltschutz als Unternehmensgrundsatz 

Umweltorientiertes Management ist ein wesentliches, 

strategisches Ziel von ThyssenKrupp Aufzüge. Die unternehmerischen 

Entscheidungen werden hinsichtlich ihrer 

Auswirkungen auf die Umwelt eingehend überprüft. 

Umwelt-Belastungen sollen weitestgehend durch die 

Tätigkeiten und Produkte vermieden sowie der Verbrauch 

natürlicher Ressourcen auf ein Minimum reduziert werden. 

Bereits bei der Konzeption und Konstruktion neuer 

Produkte wird darauf geachtet, dass sie möglichst 

sparsam im Energieverbrauch sind und nach Ablauf 

der Lebensdauer entsorgt werden können. In der Produktion, 

bei der Montage und im Service wird möglichst 

sparsam mit dem Einsatz von Energie und Rohstoffen 

umgegangen, umweltschädliche Auswirkungen werden so 

gering wie möglich gehalten, Abfälle vermieden oder umwelt- 

gerecht entsorgt. 

Die Leitgedanken der LOFT-Umwelt-Initiative lassen sich 

wie folgt zusammenfassen: 

° Umweltschutz als wichtiges Unternehmensziel, 

° vorausschauende Verantwortung, 

° Entwicklung sparsamer, umweltschonender 

Produkte sowie 

° umweltverträglicher Produktionsverfahren. 


Bild 7 / LOFT-LED-Fahrtreppenbeleuchtung 


LOFT – Eine Umwelt-Initiative von ThyssenKrupp Aufzüge / 43

44 / 

STAR process ® 

Ein neues hochproduktives Verfahren 

zur Propylenherstellung 

Dr. rEr. naT. HElmuT gEHrKE Abteilungsleiter Labor/Technikum uhde gmbH Dortmund 

Dipl.-ing. maX HEinriTz-aDrian Abteilungsleiter Verfahrenstechnik uhde gmbH Dortmund 

Dipl.-ing. rolf ScHWaSS Chemieingenieur uhde gmbH Dortmund 

Dr.-ing. SaScHa WEnzEl Abteilungsleiter Technologie-Service uhde gmbH Dortmund 

STAR process ® -Anlage bei der Egyptian Propylene & Polypropylene Company (EPP) in Port Said/Ägypten 



STAR process ® – Ein neues hochproduktives Verfahren zur Propylenherstellung / 45 

Der STAR process ® ist das weltweit erste 

kommerziell eingesetzte Verfahren zur Er- 

zeugung von Propylen, das auf dem Prinzip 

der oxidativen Dehydrierung von Propan 

beruht. Propylen ist eines der wesentlichen 

petrochemischen Basisprodukte mit nach- 

haltig hohen Wachstumsraten, das vor allem 

zur weiteren Verarbeitung bei der Erzeugung 

von hochwertigen Kunststoffprodukten – 

z.B. Polypropylen – verwendet wird. Die 

oxidative Dehydrierung im STAR process ® 

ist eine Neuentwicklung, die von Uhde mit 

Hilfe einer eigens hierfür gebauten Pilotanlage 

durchgeführt wurde. Erstmalig 

wurde sie großtechnisch in einer kommerziellen 

Anlage zur jährlichen Erzeugung von 

350.000 t Propylen mit anschließender 

Weiterverarbeitung zu Polypropylen für den 

Kunden Egyptian Propylene & Polypropylene 

Company (EPP) in Port Said/Ägypten, 

schlüsselfertig umgesetzt.


Marksituation Propylen 

Propylen (systematischer Name: Propen) ist, neben Ethylen, 

eines der wesentlichen petrochemischen Basisprodukte 

mit vielseitigen Verwertungsmöglichkeiten. Es wird zur Er- 

zeugung von wichtigen Monomeren, Polymeren, Zwischenprodukten 

und Chemikalien verwendet. Der weitaus größte 

Anteil des weltweit erzeugten Propylens wird in der Weiter- 

verarbeitung zu Polypropylen (PP) verwertet. Die hervorragenden 

Produkteigenschaften und damit vielfältigen, 

sich immer weiter entwickelnden Einsatzfelder von Poly- 

propylen, z.B. in der Verpackungsindustrie, in der Teppichindustrie 

und bei der Produktion von Hartschalen-Koffern, 

sorgen für gleichbleibend hohe Wachstumsraten des 

weltweiten Polypropylen-Marktes. Dies ist somit auch die 

wesentliche Triebkraft für das nachhaltig hohe Wachstum 

des weltweiten Propylenbedarfes. Weitere wichtige 

Folgeprodukte des Propylens sind das Propylenoxid (PO), 

Cumol, Acrylnitril (ACN), Acrylsäure und Oxo-Alkohole. 

Propylenoxid wird u.a. zur Herstellung von Schaumstoffen 

oder Harzen verwendet. Aus Cumol wird Phenol erzeugt, aus 

dem wiederum Polymere produziert werden. Acrylnitril ist 

ein Monomer zur Herstellung von Polyacrylynitril oder 

komplexen Polymeren; Acrylsäure wird bei der Herstellung 

von Polyacrylsäuren, z.B. für Superadsorber, eingesetzt. 

Im Jahre 2009 wurden weltweit ca. 75 Millionen t 

Propylen verbraucht. Der größte Teil des Propylens wurde 

dabei als Koppel- oder Nebenprodukt der Ethylen- und 

Benzinerzeugung beim Dampf-Cracken in Röhrenspaltöfen 

sowie in Raffinerien im Wesentlichen in Fluid Catalytic 

Cracking(FCC)-Anlagen erzeugt. Alternative Technologien 

zur Produktion von Propylen sind die Propandehydrierung 

(PDH), Metathese, Olefin-Cracken und Methanol-zu-Olefin 

(MTO) bzw. Methanol-zu-Propylen(MTP)-Synthesen sowie 

Bild 1 / Produktionsrouten von Propylen und dessen Folgeprodukte 

katalytische Pyrolyse / Bild 1 /. Ca. 7 % des Propylens wurde 

auf Basis dieser alternativen Technologien, im Wesentlichen 

durch Verfahren zur gezielten Erzeugung von Propylen 

(“On-Purpose“), wie der Propandehydrierung oder der 

Metathese hergestellt. Tatsächlich findet eine zunehmende 

Verschiebung der Propylenproduktion hin zu diesen Techno- 

logien statt, da zusätzliche Produktionskapazitäten beim 

Dampf-Cracken und in Raffinerien bei weitem nicht die 

Wachstumsraten des Propylenbedarfes decken können. Die 

Produktionskapazität von Propylen durch Propandehy- 

drierung wächst derzeit durchschnittlich mit ca. 500.000 t/a 

/ Bild 2 /, d.h. jedes Jahr werden ein bis zwei kommerzielle 

Großanlagen für die Propandehydrierung gebaut. 

Konventionelle Propandehydrierung 

In den kommerziellen Anlagen zur Propandehydrierung 

wurden bisher ausschließlich konventionelle Technologien 

eingesetzt. Bei der Dehydrierung wird Propan zu Propylen 

und Wasserstoff umgesetzt. Es handelt sich dabei um 

eine endotherme Gleichgewichts-Reaktion, die durch hohe 

Temperaturen und niedrige Drücke begünstigt wird. Auf- 

grund der Lage des thermodynamischen Gleichgewichtes 

werden bei technisch realisierbaren Bedingungen Propan- 

Umsätze von ca. 30-50 % erreicht. Dabei wird das Propan – 

ggf. unter Zumischung von Wasserstoff oder Wasser- 

dampf – bei Temperaturen von ca. 600 °C und bei Drücken 

im Vakuumbereich oder leicht oberhalb atmosphärischem 

Druck katalytisch mithilfe eines Platin- oder eines 

Chromoxid-Katalysators umgesetzt. Höhere Temperaturen 

würden zu einer zu starken Verkokung des Katalysators 

führen und die Produktselektivität deutlich reduzieren. 

Aufgrund der Verkokungsreaktionen auf dem Katalysator 

muss dieser regelmäßig durch ein Abbrennen der 

rohstoffe produktionsrouten folgeprodukte 

Gas 

Kondensat 

Öl 

Kohle 

Synthese- 

Gas 

LPG/ 

Propan 

Naphtha/ 

Gasöl 

Schweröl/ 

Rückstand 

Dampf- 

Cracken 

C2= 

C4= 

PDH 

FCC- 

Raffinerie 

Metathese 

C4=/ 

C5+ 

Methanol + 

MTO/MTP 

Olefin- 

Cracken 

Katalytische 

Pyrolyse 

C 

C 

C 

PP 

PO 

Cumol 

ACN 

Acrylsäure 

Oxo-Alkohole 


Propylen-Produktion [kt/a] 

7.000 

6.000 

5.000 

4.000 

3.000 

2.000 

1.000 

0 

'91 '92 '93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 '05 '06 '07 '08 '09 '10 '11 '12 '13 '14 '15 

Bild 2 / Entwicklung der weltweiten Propylen-Produktionskapazität durch Propandehydrierung 


Jahr 

Bild 3 / Schema der Reaktions-Sektion des STAR process ® 


Kohlenstoffablagerungen sowie eine chemische Reakti- 

vierung und Vorreduzierung regeneriert werden. 

Wesentliche Nachteile dieser konventionellen Techno- 

logien bestehen zum einen in den relativ hohen Investitionskosten 

für diese Anlagen und zum anderen im hohen 

spezifischen Energie- und Katalysatorbedarf. Zudem ist die 

Regenerierung des Katalysators aufwendig. 

STAR process ® mit oxidativer Dehydrierung 

Im STAR process ® mit oxidativer Dehydrierung werden die 

genannten Nachteile behoben. Das Akronym STAR steht 

für ‘STeam Active Reforming’, d.h. die Dehydrierung findet 

katalytisch in Gegenwart von Wasserdampf statt. Als 

Katalysator wird ein spezieller Platin-Zinn-Komplex, fixiert 

auf einem Zinkaluminat-Träger, verwendet, der unter dem 

Markennamen STAR catalyst ® vertrieben wird. Durch den 

Betrieb mit Wasserdampf wird der Partialdruck der Kohlenwasserstoffe 

herabgesetzt, was zu höherem Propan- 

umsatz führt, und die Reaktion kann somit bei höheren 

Absolutdrücken von ca. 6 bar durchgeführt werden. Dies 

reduziert die Investitionskosten und den Energie- 

verbrauch bei der folgenden Rohgaskompression. Zudem 

werden auch die Kohlenstoffablagerungen auf dem Kataly- 

sator verringert und die Regeneration des Katalysators 

wird dadurch wesentlich vereinfacht. 

Die Reaktion im STAR process ® findet in zwei in 

Serie geschalteten Festbettreaktoren statt / Bild 3 /. Der 

erste Reaktor ist ein aussenbeheizter Rohrreaktor, ein so 

genannter Reformer. Die Rohre sind mit Katalysator gefüllt 

und befinden sich in einer deckenbefeuerten Ofenbox. Das 

Zwischenprodukt wird anschließend einem adiabaten 

Festbettreaktor, dem Oxireaktor / Bilder 4 und 5 /, zugeführt. 

In diesem Reaktor findet der Schritt der oxidativen 

Dehydrierung statt. Oberhalb des Katalysatorbettes wird 

ein Gemisch aus Sauerstoff und Dampf eingedüst. Mit 

dem zugemischten Sauerstoff wird im oberen Bereich des 

Katalysatorbettes Wasserstoff aus dem Zwischenprodukt 

selektiv zu Wasser umgesetzt und somit die treibende 

Kraft für die Dehydrierungsreaktion deutlich erhöht. 

Damit wird die Produktausbeute gesteigert und die 

Reaktion kann bei deutlich höheren Raumgeschwindig- 

keiten durchgeführt werden. Zudem wird direkt die 

benötigte Wärme für die weitere endotherme Dehy- 

drierung, die im selben Katalysatorbett stattfindet, zur 

Verfügung gestellt. Das Produkt aus dem Oxireaktor wird 

in einer Reihe von Wärmetauschern abgekühlt und der 

Prozessdampf auskondensiert, wobei die Wärme aus 

Abkühlung und Kondensation weitestmöglich für die Vor- 

wärmung des Einsatzproduktes, zur Erzeugung von 

Dampf, zur Erzeugung von Prozess-Kälte mit Hilfe eines 

Absorptionskälteprozesses und zur Beheizung der nachgeschalteten 

Prozess-Units verwendet wird. Anschließend 

erfolgt die Rohgasverdichtung gefolgt von der Gastrennung 

und schließlich der Rektifikation zur Erzeugung des 

Propylen-Produktes. 

Durch die oxidative Dehydrierung wird die Produkti- 

vität bei der Propandehydrierung substantiell erhöht. Der 

STAR process ® mit oxidativer Dehydrierung hat eine um 

25 % höhere Produktivität als das beste Wettbewerbs-


Bild 4 / Oxireaktor in der PDH-Anlage EPP, Port Said/Ägypten Bild 5 / 3D-Modell des Oxireaktors 

verfahren. Bei einer World-Scale-Propandehydrierungsanlage 

kann die Anzahl der parallelen Reaktionsstränge 

somit von drei auf zwei reduziert werden, korrespondierend 

dazu wird das Katalysatorinventar um 36 % gegenüber dem 

Basis-Verfahren reduziert. Damit hat das Verfahren den 

geringsten spezifischen Energie- und Katalysatorverbrauch 

aller am Markt erhältlichen Verfahren. 

Entwicklungsschritte 

Bei der Entwicklung der oxidativen Dehydrierung wurde 

zunächst die grundsätzliche Verfahrenskonfiguration in einer 

eigens dafür gebauten Pilotanlage in umfangreichen experimentellen 

Untersuchungen zur Reaktionsführung ermittelt. 

Dabei wurden die Betriebsbedingungen, die optimale Anzahl 

der Reaktorstufen und die Aufteilung des Katalysators zwischen 

den Reaktoren festgelegt. Die verfahrenstechnische 

Auslegung und Konstruktion des adiabaten Oxireaktors 

und des Sauerstoffverteilersystems erfolgte mit Hilfe von 

Computational Fluid Dynamics (CFD) / Bild 6 / und Finite 

Elemente-Methode(FEM)-Berechnungen sowie spezieller 

experimenteller Untersuchungen und Werkstofftests. 

Dabei mussten für die Sauerstoffeindüsung die konträren 

Randbedingungen einer sehr kurzen Verweilzeit von wenigen 

Millisekunden zwischen Sauerstoffzugabe und Eintritt 

in das Katalysatorbett auf der einen Seite und maximaler 

Durchmischung des Sauerstoffs mit dem Reaktionsgas vor 

Eintritt in das Katalysatorbett auf der anderen Seite erfüllt 

werden. Schließlich wurden umfangreiche Untersuchungen 

zur Auswahl des geeigneten Katalysatorsystems für die selek- 

tive Wasserstoffverbrennung im Oxireaktor durchgeführt 

und dabei für den STAR catalyst ® die höchste Selektivität im 

Vergleich zu allen anderen Systemen festgestellt. 

Kommerzielle Realisierung 

Die erste großtechnische Realisierung des STAR process ® 

mit oxidativer Dehydrierung erfolgt für den Kunden 

Egyptian Propylene & Polypropylene Company (EPP) am 

Standort Port Said in Ägypten. Hier baut Uhde schlüsselfertig 

einen Anlagenkomplex zur Produktion von jährlich 

350.000 t Propylen mit anschließender Weiterverarbeitung 

zu Polypropylen inklusive aller dazugehöriger Hilfs- und 

Nebenanlagen / Bild 7 /. Der größte Einzel-Apparat der 

Anlage, der C3-Splitter zur destillativen Trennung des 

Propylen-Produktes und des nicht-umgesetzten Propans, 

hat einen Durchmesser von ca. 7 m, ist über 100 m hoch 

und wiegt ca. 1.000 t. Die mechanische Fertigstellung der 

Anlage wurde im Juni 2010 erreicht und anschliessend 

wurde die Anlage erfolgreich in Betrieb genommen. 

Parallel zur kommerziellen Erstanlage konnten bereits zwei 

Folgeaufträge für den STAR process ® akquiriert werden, 

die sich beide in der Realisierung befinden. 

Bild 6 / CFD-Simulation 

des Oxireaktors 



Reaktions-Sektion 

Rohgas-Verdichtung 

Bild 7 / 3D-Modell der PDH-Anlage EPP, Port Said/Ägypten 


Bei der Produktion von Propylen findet eine zunehmende 

Verschiebung von der Koppelproduktion hin zur "On- 

Purpose“-Herstellung statt. Mit dem patentierten STAR 

process ® hat Uhde das weltweit erste Verfahren zur Erzeu- 

gung von Propylen entwickelt, das auf dem Prinzip der 

oxidativen Dehydrierung beruht. Bei der oxidativen Dehy- 

drierung handelt es sich um eine völlige Neuentwicklung, 

die mit Hilfe einer eigens dafür gebauten Pilotanlage durch- 

geführt wurde. Die erstmalige kommerzielle Umsetzung 

erfolgte in einem petrochemischen Großkomplex zur jähr- 

lichen Erzeugung von 350.000 t Propylen mit anschlie- 

ßender Weiterverarbeitung zu Polypropylen für den Kunden 

EPP am Standort Port Said/Ägypten. Parallel zum Bau 

dieser Anlage, die im Sommer 2010 in Betrieb genommen 

wurde, konnte Uhde bereits zwei Folgeaufträge, jeweils 

mit einer jährlichen Produktionskapazität von 450.000 t 

Propylen, akquirieren. 

Der STAR process ® hat von allen am Markt erhältlichen 

Verfahren zur Propandehydrierung die höchste 

Produktivität und den geringsten spezifischen Energie- und 

Katalysatorverbrauch. Zudem ist es das robusteste und bedienungsfreundlichste 

Verfahren. Mit dem STAR process ® 

kann Uhde seinen Kunden komplette Prozessketten aus- 


Rektifikation 

Gastrennung 

gehend von Propan zu hochwertigen Produkten, wie dem 

Polypropylen oder auch dem Propylenoxid liefern. Für 

die Herstellung von Propylenoxid bietet Uhde das HPPO- 

Verfahren (HPPO = Hydrogen Peroxide Propylene Oxide) 

an, das zusammen mit der Firma Evonik entwickelt wurde. 

Dabei tritt Uhde sowohl als Lizenzgeber und Lieferant 

des STAR catalyst ® , als auch als Engineering- und EPC 

(Engineering, Procurement, Construction)-Kontraktor auf 

und kann somit Aufträge für Kunden im Rahmen einer 

“Single-Point-Responsibility“ abwickeln. Zudem tauscht 

sich Uhde mit dem Kunden auch nach Anlagenübergabe 

regelmäßig über neue Entwicklungen aus und unterstützt 

diesen als After-Sales-Service-Provider, z.B. als Lieferant 

von Katalysator Nachfolgefüllungen oder mit Remote- 

Performance-Management-Service, über die gesamte 

Anlagenlebensdauer. 

Der in diesem Artikel vorgestellte STAR process ® mit oxida- 

tiver Dehydrierung wurde mit dem 1. Preis des ThyssenKrupp 

Innovationswettbewerbes 2009 ausgezeichnet.

50 / 

Thema 

Mobiles Stauberfassungssystem auf der Hochbahnbunkeranlage im Hochofenbetrieb bei ThyssenKrupp Steel Europe in Duisburg-Hamborn 


Mobile High-Performance-Entstaubung 

für die Schüttgutentladung 

Dipl.-ing. anDrEaS pETErS Bereichsleiter Sales & Marketing uhde Services gmbH Haltern am See 

anDré KuHn Bereichsleiter Mechanical Technology uhde Services gmbH Haltern am See 

Dipl.-ing. gErHarD alTmEyEr Bereichsleiter Hochofenbetrieb Hamborn ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Dipl.-ing. HanS-JürgEn lEißnEr Bereichsleiter Entstaubungstechnik/EA ThyssenKrupp Steel Europe ag Duisburg 

Bild 1 / Hochofen 8 in Duisburg-Hamborn 


Ständig steigende Umweltauflagen zur Reduzierung von Feinstaubemissionen beim Schüttgutumschlag 

setzen neue Maßstäbe für Hüttenwerksbetreiber. Von Uhde Services und 

ThyssenKrupp Steel Europe gemeinsam entwickelt befindet sich seit Januar 2008 eine 

weltweit einzigartige mobile High-Performance-Entstaubungsanlage für die Schüttgutentladung 

auf der Hochbahnbunkeranlage im Hochofenbetrieb Duisburg-Hamborn in Betrieb. 

Hochbahnbunkeranlage 

Die Hochöfen 8 / Bild 1 / und 9 bei ThyssenKrupp Steel 

Europe in Duisburg-Hamborn werden über eine Hochbahn- 

bunkeranlage / Bild 2 /, bestehend aus 64 Tagesbunkern, 

mit den notwendigen Rohstoffen versorgt. Die Rohstoffe 

werden über Güterzüge angeliefert, die je nach Rohstoffart 

eines der drei Zufahrtsgleise zur erhöhten Bunkeranlage 

zugewiesen bekommen und dort die Rohstoffe in die 

Tagesbunker abkippen. Der tägliche Materialumschlag 

über die 64 Tagesbunker beträgt ca. 18.000 Tonnen. 

/ 51 

Aufgabenstellung 

Im Zuge des Neubaus von Hochofen 8 war es zum Schutz 

der Umwelt vor Feinstaubemissionen notwendig, ein hoch- 

modernes Stauberfassungssystem für die Hochbahnbunkeranlage 

zu entwickeln. Mit dem Erfassungssystem 

sollten die während der Waggonentladung entstehen- 

den Feinstaubemissionen direkt aufgefangen und der zentralen 

Filteranlage geregelt zugeführt werden. Das neue 

System musste auf der Anfang des 20. Jahrhunderts 

erbauten Hochbahnbunkeranlage, in die nur sehr begrenzte 

Bild 2 / Übersicht der Hochbahnbunkeranlage (ohne Entstaubungsanlage)

52 / Mobile High-Performance-Entstaubung für die Schüttgutentladung 

Überleitkästen 

Absaugwagen 

Bandöffnerwagen 

Staubsammelleitung 

Stationäre Erfassungshauben 

Stahlbau Absaugwagen 

Bild 3 / Übersicht Gleis mit Absaugwagen und Sammelleitung 

Zusatzlasten eingeleitet werden dürfen, integriert werden. 

Eine ganz besondere Herausforderung bestand darin, 

ein modulares System zu entwickeln, bei dem die einzelnen 

Komponenten in größtmöglichen Einheiten angeliefert 

werden können, um die notwendigen Gleissperrungen 

für das Ziehen der Teile so kurz wie möglich zu gestalten 

und die laufende Produktion der übrigen Hochöfen nicht 

zu stören. Nach dem Anblasen des neuen Hochofens 

8 sollte Hochofen 4 außer Betrieb genommen werden. 

Letztendlich erlaubte das zu installierende System es sogar, 

während des Aufbaus umfangreiche Reparaturen an der 

Vorratsbunkeranlage durchzuführen. 

Modellversuche Erfassungshauben 

Um eine optimale Gestaltung der stationären Erfassungs- 

hauben – unter Berücksichtigung von möglichen Energie- 

einsparpotenzialen – sicherzustellen, mussten die Strö- 

mungsverhältnisse der Emissionen während des Abkippens 

der unterschiedlichen Materialien genau untersucht 

werden. Mit dieser Aufgabe beauftragte ThyssenKrupp 

Steel Europe das Unternehmen Kessler + Luch, das in 

seinem Labor Bunker unterschiedlicher Größe sowie 

einen Waggon im Maßstab 1:10 nachbildete und über 

verschiedene Versuchsreihen die optimalen Basis-Daten 

für die stationären Erfassungshauben ermittelte. Vor dem 

Umsetzen in die Praxis wurden an den Bunkern letzte 

Betriebsversuche durchgeführt. 

3D-Modell und Simulation 

Für die vorhandene Hochbahnbunkeranlage mit allen Stör- 

kanten, wie z.B. die Huntebahnen (Schrägaufzüge), Rohr- 

trassen sowie Lichtraumprofile der Gleisanlagen, erstellte 

Uhde Services ein 3D-Modell / Bild 3 /. In dieses Modell 

wurde ebenfalls das Hauptstützgerüst der Anlage integriert, 

um über die vorgegebenen Lasteinleitungspunkte die 

Spannweite der Absaugrohrbrücken und der Laufschienen 

für die mobilen Absaugwagen festzulegen. Bei der Basis- 

Auslegung der Absaugwagen und der Staubsammelleitungen 

legte Uhde Services auch einen hohen 

Wert auf die optimale strömungstechnische Auslegung 

der einzelnen Komponenten. Nachdem die aus den Laborversuchen 

ermittelten Basis-Daten für die stationären 

Erfassungshauben feststanden, wurde das Modell vervoll- 

ständigt. Mit Hilfe des Modells entwickelte Uhde Services 

ein maßgeschneidertes Lösungskonzept zur Absaugung 

der Feinstaubemissionen, die während der Waggon- 

entladung entstehen. 

Detail-Engineering 

Das anschließende Detail-Engineering konnte unter Nutzung 

effizienter 3D-Engineering-Tools zur 

° Vermeidung von Kollisionspunkten, 

° Optimierung der Fertigungsabläufe und 

° Verringerung der Engineering-Stunden für 

die komplexe Gesamtanlage innerhalb von 

drei Monaten fertig gestellt werden. 

Durch das angepasste Engineering in Modulbauweise 

konnte die Bau- und Montageabwicklung optimiert und 

die Anlage während des laufenden Betriebes sicher 

errichtet werden / Bilder 4 und 5 /. 

Funktionsweise des Systems 

Der mobile Absaugwagen des jeweiligen Gleises wird mit 

einer Funkfernsteuerung über den zu entladenden 

Waggon gefahren und dockt an den beiden stationären 

Erfassungshauben an, die links und rechts der Gleise den 

Bunker abdecken / Bild 3 /. Der Waggon wird vom Absaug- 

wagen umhüllt und bietet somit zusätzlichen Schutz 

vor dem Austritt von Restemissionen. Der zum Absaug- 

wagen gehörende Bandöffnerwagen lenkt das Gummi- 

abdeckband der Sammelleitung um und stellt somit 


Bild 4 / Fertigung und Montage der Anlage 

eine ständige Verbindung zur Staubsammelleitung her, 

die zur zentralen Filteranlage führt. Er bildet so das 

Bindeglied zwischen den stationären Hauben und der 

zentralen Staubsammelleitung, die parallel zu dem jeweiligen 

Gleis liegt. Bevor der Waggon entleert wird, 

fordert der Anlagenfahrer über die Funkfernsteuerung bei 

der zentralen Filteranlage die notwendige Saugleistung 

an. Das mobile Stauberfassungssystem kann ebenfalls 

für den vollautomatischen Betrieb ausgelegt werden. 

Durch ein ausgefeiltes Überwachungssystem werden alle 

Sicherheitsaspekte berücksichtigt. 

Umweltgerechte und kosteneffiziente 

Anlagenentwicklung 

Die Anlage zeichnet sich durch die in Laborversuchen 

optimierten Stauberfassungshauben, die einen Erfassungsgrad 

zwischen 91 und 97 % erreichen, und einen um ca. 

50 % niedrigeren Energieverbrauch gegenüber herkömm- 


Bild 5 / Seitliche Waggon-Absaugung 

Mobile High-Performance-Entstaubung für die Schüttgutentladung / 53 

lichen Systemen aus. Zusätzlich werden durch die mobile 

Lösung, bei der überflüssige Verbindungsrohre einschließ- 

lich der Absperrorgane zu den Staubsammelleitungen 

entfallen, die Investitionskosten sowie jährliche Instand- 

haltungs- und Reparaturkosten um ca. 27 % gesenkt. 

Mit der erfolgreichen Entwicklung und Umsetzung 

des mobilen High-Performance-Entstaubungssystems 

für die Schüttgutentladung auf der vorhandenen Hochbahnbunkeranlage 

bei ThyssenKrupp Steel Europe werden 

neue Maßstäbe in Bezug auf ein extrem effizientes 

Stauberfassungssystem in Verbindung mit einem sehr 

niedrigen Energieverbrauch gesetzt. 

Die Unterschreitung der gesetzlich geforderten 

Grenzwerte durch den sehr hohen Erfassungsgrad tragen 

erheblich zur Verringerung des Feinstaubgehaltes in der 

Wohnnachbarschaft von ThyssenKrupp Steel Europe in 

Duisburg-Hamborn bei.

54 / Thema 

Poysius-Zementanlage in Ben Ahmed/Marokko 


Polysius-AFR-Strategie 

Dr.-ing. DiETmar ScHulz Senior Executive R&D polysius ag Neubeckum 

Dipl.-ing. Karl mEnzEl Senior Executive Engineering Clinker Production polysius ag Neubeckum 

Dr. rEr. naT. HuBErT BaiEr Senior Project Manager Alternative Resources polysius ag Neubeckum 

Im Herstellungsprozess von Zement sind etwa ein 

Drittel der CO 2-Emissionen auf den Brennstoffverbrauch 

zur Entkarbonatisierung der Rohstoffe 

und zur Erzeugung der hohen Sintertemperaturen 

von über 1.400 °C zurückzuführen. Um diese 

Emissionen deutlich zu senken, sollen vermehrt 

’Alternative Fuels and Raw Materials’ (AFR) eingesetzt 

werden. Polysius hat hierzu eine maßge- 

schneiderte Strategie entwickelt und umgesetzt, 

die ein hohes Wachstumspotenzial aufweist und 

eine deutliche Erweiterung der Wertschöpfungs- 

kette bedeutet. 

Zementherstellung 

Die Herstellung von Zement bedarf eines beachtlichen Know-hows 

und ist ein ressourcen- und kostenintensiver Prozess. Es handelt sich 

dabei um einen kontrollierten Stoffumwandlungsprozess von natürlich 

vorkommenden Rohstoffen in ein weltweit genormtes Bindemittel mit 

hydraulischen Eigenschaften. Das bedeutet, dass Zement nach dem 

Anmachen mit Wasser abbindet und auch unter Wasser seine Stabilität 

und Festigkeit beibehält. Hauptbestandteil aller Zemente ist der 

Portlandzementklinker (kurz: Klinker), der aus mineralischen Rohstoffen 

bei Brennguttemperaturen um die 1.450 °C entsteht. Als natürliche 

Rohstoffe werden Kalkstein oder Kalkmergel sowie Sand, Ton und 

Eisenerz eingesetzt. Diese Rohmaterialkomponenten werden aufwendig 

vorbehandelt und müssen anschließend in dem Mischungsverhältnis 

vorliegen, das für die spätere Zusammensetzung des gebrannten 

Klinkers erforderlich ist. Das resultierende Rohmehl wird dem Vorwärmer 

des Zementherstellungsprozesses im Gegenstrom aufgegeben und 

schließlich bei Brenntemperaturen von 850-900 °C im Calcinator ent- Bild 1 / Drehrohrofen in La Robla/Spanien 


/ 55 

karbonatisiert, d.h. CO 2 aus dem Kalkstein ausgetrieben / Bild 1 /. 

Ein mittelgroßes Zementwerk benötigt etwa 170 MW thermische 

Leistung, wobei der Energieeintrag im Verhältnis 1:1 gleichzeitig über die 

Feuerungen des Calcinators und über den Hauptbrenner erfolgt. Dabei 

werden etwa 850 kg CO 2 pro Tonne Zement emittiert, das zu 61 % aus 

dem Rohmaterial, zu 32 % aus den Brennstoffen und zu 7 % aus 

dem elektrischen Energiebedarf stammt. Dieses entkarbonatisierte 

Material (Heißmehl) wird dem Drehrohrofen zugeführt, in dem die 

Festkörperreaktionen zwischen den Rohmehlbestandteilen ablaufen. 

Durch die Rotation des Drehrohrofens wird das Material durch den Ofen 

transportiert und innig vermischt. Aufgrund einer sich bildenden Teilschmelze 

entstehen dabei Granalien, der so genannte Zementklinker. 

Er wandert unter der ca. 2.000 °C heißen Flamme des Hauptbrenners 

durch und muss am Ende des Drehrohrofens, im Klinkerkühler, schnell 

abgekühlt werden. In diesem hoch reaktiven, erkalteten Zustand wird der 

Klinker mit Gips und weiteren Zusatzstoffen zu einem normgerechten 

Zement gemahlen, aus dem wiederum mit Sand und Kies der bekannte 

Baustoff Beton gemischt wird / Bild 2 /.

56 / Polysius-AFR-Strategie 

Bild 2 / Prozess der Zementherstellung: Steinbruch (links), Brennprozess (Mitte), Zementmahlung (rechts) 

AFR-Strategie 

Die in den letzten Jahren entwickelte und bereits zum großen Teil 

umgesetzte AFR-Strategie (Alternative Fuels and Raw Materials) hat 

zum Ziel, die CO 2-Emissionen bei der Zementherstellung deutlich zu 

senken. Sie zielt bei den Brennstoffen auf die Nutzung industrieller 

Abfallstoffströme ab, die bei den hohen Temperaturen im Drehrohrofen 

sicher und ohne Schadstoffe zu emittieren umgesetzt werden. Die 

gesamte Aufbereitungskette von der Sammlung bis zur Verbrennung 

im Zementprozess ist in / Bild 3 / dargestellt. 

Die AFR-Strategie von Polysius setzt nicht am Beginn der Aufbereitungskette 

an, sondern an deren Ende, bei der Verbrennung. Da 

der Baustoff Zement international genormt ist und hohen Qualitätsanforderungen 

genügen muss, benötigt der Einsatz variabel zusammengesetzter 

Brennstoffe ein großes Know-how der Zementherstellung, 

das sich Polysius in seiner mehr als 150-jährigen Geschichte erarbeitet 

hat. Dieses Know-how bezieht sich zum einen auf die Verbrennungseigenschaften 

der Brennstoffe (Umsetzungsrate, Kinetik, Flammenbildung 

etc.) und zum anderen auf die Auswirkungen des nicht brennbaren 

Anteils auf die Zementeigenschaften. Fast alle Brennstoffe, außer 

Öl und Gas, weisen einen mehr oder minder großen Anteil an Asche 

auf. Die Asche ist die Summe aller nicht brennbaren Bestandteile eines 

Primär- und Sekundärbrennstoffes. Viele Kunststoffe weisen einen 

Ascheanteil von 20 - 40 % auf, der im Wesentlichen aus den zugesetz- 

ten Füllstoffen resultiert. Bei ihnen handelt es sich meist um kalzium- 

oder siliziumhaltige Materialien aber auch um Zinkoxid oder Titanoxid. 

Eigene Produkte Ausbau Produktportfolio 

Logistik 

Trocknung 

biologisch 

Nachzerkleinerung 

Vorzerkleinerung 

Trocknung 

thermisch 

Bild 3 / AFR-Strategie mit der Erweiterung der Wertschöpfungskette 

Siebung Sichtung 

„EBS-Mühle“ NIR/QS 

Klärschlamm weist je nach Herkunft einen Ascheanteil von 20 - 56 % 

auf, in dem auch nennenswerte Anteile von Chrom, Kupfer, Nickel und 

Blei sowie Phosphor enthalten sein können. All diese Stoffe werden 

im Brennprozess in den Klinker eingebunden, aus dem der Zement 

ermahlen wird. Sie sind dann unlöslich und können aus dem Zement 

nicht mehr ausgelaugt werden. Allerdings können sich diese Stoffe 

in unterschiedlichem Maße auf die Verarbeitungseigenschaften des 

Zementes auswirken. Somit ist die Kenntnis dieser Einflüsse der 

Schlüssel für den Einsatz der unterschiedlichen AFR-Materialien und 

letztendlich der Grund dafür, warum die AFR-Strategie nicht am 

Anfang sondern am Ende der Aufbereitungskette ansetzt. 

Der erste Schritt in der Umsetzung der Strategie bestand darin, 

den Calcinator, in dem etwa 50 % des Brennstoffes bei 850 - 900 °C 

eingesetzt werden, so zu modifizieren, dass er mit bis zu 100 % Ersatzbrennstoffen 

betrieben werden kann. Die beiden von Polysius entwickelten 

Calcinatoren der Bauart CC (Combustion Chamber) und 

MSC (Multi Stage Combustion) wurden je so verändert, dass anstelle von 

pulverfein aufgemahlener Kohle Brennstoffe mit einer Stückgröße von 

bis zu 80 mm aufgegeben und sicher verbrannt werden können. 

° Der erste Auftrag dieser Art (Bauart CC) wurde in den USA gebaut 

/ Bild 4 /. 

° Der zweite Auftrag dieser Art (Bauart MSC) wurde für eine Anlage 

in Ungarn in die Lage versetzt, grobe Brennstoffe sicher zu verbrennen 

/ Bild 5 /. 

Ballistik 

Ballierung 

Lagerung Förderung Dosierung MSC-Calcinator CC-Kammer 

EBS = Ersatzbrennstoffe 

NIR = Nahinfrarotspektroskopie 

QS = Qualitätssicherung 

Prepol-SC Hauptbrenner 

Fe-/NE- 

Abscheidung 


Bild 4 / Zementanlage in Harleyville/USA mit Calcinator der Bauart CC (Combustion Chamber) 


Thema / / 57

58 / Thema Polysius-AFR-Strategie 

Bild 5 / Zementanlage in Beremend/Ungarn mit Calcinator der Bauart MSC (Multi Stage Combustion) 


Nach der erfolgreichen Weiterentwicklung der Calcinatoren wurde der 

Hauptbrenner für den Einsatz von Ersatzbrennstoffen entwickelt, 

der Polflame VN (Variable Nozzle), dessen Prototyp sich zurzeit in der 

Erprobung befindet. Da in der Sinterzone aber Materialtemperaturen 

von 1.450 bis 1.500 °C erzielt werden müssen, werden bezüglich der 

Qualität und der Stückgröße dieser Stoffe besonders hohe Anforde- 

rungen an den Brenner gestellt. / Bild 6 / gibt den Zusammenhang 

zwischen dem Aufbereitungsgrad und der geeigneten Brennstelle im 

Zementprozess wider. 

Für den konsequenten Schritt zum Einsatz noch gröberer Brennstoffe 

von bis zu 200 mm Stückgröße befindet sich momentan der 

Prepol SC (Step Combustor) in der Entwicklung, der die mechanische 

Aufbereitung durch eine thermische ersetzt. Der erste Prototyp soll 

Ende 2012 in Betrieb genommen werden. 

Da nunmehr die ersten Aggregate für eine sichere Umsetzung alternativer 

Brennstoffe erfolgreich in Betrieb sind, wird die Strategie weiter 

umgesetzt, indem die in / Bild 3 / dargestellte Wertschöpfungskette 

“up-stream“ durch den Ausbau des Produktportfolios erweitert wird. 

Dies bedeutet, die Annahme auf dem Zementwerksgelände, die 

Dosierung und die Förderung der Brennstoffe in den Prozess mit 

Maschinen und Anlagen werden aus einer Hand realisiert. Um diese 

Polysius-AFR-Strategie schließlich mit der Aufbereitung der Ausgangs- 

materialien zu vervollständigen, wird bedarfsgerecht mit geeigneten 

Partnern kooperiert. So wurde vor kurzem das seit längerem in 

der Planung befindliche Joint Venture mit dem Namen Vecoplan 

FuelTrack gegründet, in dem die Unternehmen Polysius und Vecoplan 

ihr Know-how bezüglich des Einsatzes von AFR in der Zement- 

industrie bündeln. Somit kann Polysius seinen Kunden einen welt- 

weiten Service anbieten, geeignete Ausgangsstoffströme zu identi- 


< 250 mm 

H u~14.000 kJ/kg 

< 80 mm 

H u~16.000 kJ/kg 

Identifikation u Aufbereitung u 

< 25 mm 

Hu~20.000 kJ/kg 

< 3 mm 

H u ~22.000 kJ/kg 

Bild 6 / Aufbereitung als Bindeglied zwischen der identifizierten Abfallzusammensetzung und der avisierten Brennstelle 

u 

u 

u 

u 

Stufen-Brennkammer 

Calcinator 

Hauptbrenner 

Polysius-AFR-Strategie / 59 

fizieren, verfahrensspezifisch und bedarfsgerecht aufzubereiten und 

sie so zu handhaben, dass sie produkt- und emissionsneutral sowie 

auch kostengünstig eingesetzt werden können. Ausgehend von 

dem erarbeiteten Know-how für die Verbrennung alternativer Brenn- 

stoffe und deren Auswirkungen auf die Zementqualität sowie der 

Gründung des Joint Ventures, steht die Umsetzung der AFR-Strategie 

kurz vor ihrer Vollendung. 

Fazit 

Die Motivation und der Kundennutzen im Ersatz regulärer Brennstoffe 

durch AFR liegen in der Kostenersparnis und in der Reduktion von 

CO 2-Emissionen. So kann ein mittleres Zementwerk mit einer Tagesproduktion 

von 5.000 t Zementklinker durch das Recycling von Abfallstoffen 

etwa 165.000 t Kohle pro Jahr einsparen, was durchaus 

einem zweistelligen Millionenbetrag bei den operativen Kosten entspricht. 

Werden 50 % der Kohle zudem durch biogene AFR (Holz, 

Reisschalen, Klärschlamm etc.) ersetzt, so benötigt das Werk pro Jahr 

für ca. 230.000 t CO 2 weniger Emissionszertifikate. 

Allein der Vergleich zwischen Europa und Deutschland belegt das 

große Marktpotenzial. Während in Deutschland im Durchschnitt bereits 

über 60 % des Primärbrennstoffes substituiert werden, liegt der 

europäische Durchschnitt aktuell bei einer thermischen Substitutions- 

rate von nur 20 %. Der Nachholbedarf ist dementsprechend allein in 

Europa sehr hoch. 

Die in diesem Artikel vorgestellte AFR-Strategie von Polysius wurde 

mit dem ThyssenKrupp Sonderinnovationspreis „Energie und Umwelt“ 

2010 ausgezeichnet.

60 / 

ThermoTecSpring ® 

Hochfeste Leichtbau-Feder 

als Beitrag zur CO 2-Reduzierung 

Dr.-ing. marcEl groß Engineering/Prozesse Schraubenfedern 

ThyssenKrupp Bilstein Suspension gmbH Hagen-Hohenlimburg 

Warmgeformte Tragfeder mit hoher Festigkeit 


Leichtbautragfedern 

Als Teil der Radaufhängung trägt die Fahrzeugtragfeder 

zum einen die Aufbaumasse und erlaubt zum anderen 

durch ihren Federweg die Relativbewegung zwischen 

Rad und Aufbau. In den letzten Jahrzehnten konnte 

das Gewicht von Fahrzeugtragfedern erheblich verringert 

werden. Dies wurde durch eine kontinuierliche Anhebung 

der Vergütefestigkeit der eingesetzten Federwerkstoffe 

erreicht, weil damit eine höhere Materialausnutzung 

verbunden ist. Die Festigkeiten heutiger Tragfedern- 

werkstoffe liegen im Bereich zwischen 1.900 MPa und 

2.050 MPa. Da aber eine Festigkeitssteigerung mit einer 

gegenläufigen Abnahme der Werkstoffzähigkeit verbunden 

ist, muss, um die geforderte Lebensdauer der Federn 

sicherzustellen, bei einer Festigkeitserhöhung auch die 

Zähigkeit des vergüteten Werkstoffes durch geeignete 

Maßnahmen gesteigert werden. 

Der von ThyssenKrupp Bilstein eingesetzte ’High 

Performance ThermoTec Process’ ist ein weiterentwickeltes 

Warmumformverfahren, das sich für alle warm geformten 

Schraubendruckfedern mit zylindrischem Draht eignet. 

Durch diesen Prozess wird die Zähigkeit des Federwerk- 

stoffes erhöht. Damit lassen sich bei der neuen Federgeneration 

ThermoTecSpring ® Festigkeiten von bis zu 

2.200 MPa einstellen. Da der optimierte Werkstoff unter 

statischer und dynamischer Belastung höhere Spannungen 

ertragen kann, lässt sich eine Schraubenfeder bei gleicher 

Lebensdauer mit kleinerem Drahtdurchmesser und gerin- 

gerer Windungszahl herstellen. 

Damit trägt die ThermoTecSpring ® zur Senkung des 

Kraftstoffverbrauches und zur Reduktion des CO 2-Ausstoßes 

bei. Zusätzlich bietet sie aber auch die Möglichkeit einer 

Bauraumverringerung. So lässt sich unter anderem der 

Fußgängerschutz verbessern, denn der Abstand zwischen 

der starren Struktur der Federbeinoberseite und der Motorhaube 

kann größer bemessen werden. 


ThermoTecSpring ® – Hochfeste Leichtbau-Feder als Beitrag zur CO 2-Reduzierung / 61 

Mit der Anpassung des Verfahrens der thermomechanischen Umformung an die 

Anforderungen der Warmfertigung von Schraubendruckfedern ist es ThyssenKrupp 

Bilstein Suspension gelungen, die Eigenschaften des Materials so zu verändern, dass 

höher beanspruchbare Federn realisiert werden können. Damit ist der Weg frei für 

leichtere Federn mit geringeren Drahtdurchmessern sowie kürzere Federdesigns bei 

gleicher Performance. Gemessen an den normalfesten Tragfedern ermöglicht die 

ThermoTecSpring ® -Technologie je nach Anwendungsfall eine Gewichtsersparnis 

von 15 bis 20 % pro Feder. Damit trägt die ThermoTecSpring ® zur Senkung des 

Kraftstoffverbrauches und zur Reduktion des CO 2 -Ausstoßes bei. 

Feines Gefüge durch thermomechanische Umformung 

Die thermomechanische Behandlung von Werkstoffen zur 

Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften ist ein 

bewährtes Verfahren, das beispielsweise in der Warmblech- 

umformung schon seit langem genutzt wird. Bei der Her- 

stellung von Fahrzeugtragfedern beschränkte sie sich 

bisher allerdings auf Blattfedern. ThyssenKrupp Bilstein ist 

es mit dem ’High Performance ThermoTec Process’ (HPTP) 

gelungen, die thermomechanische Umformung auch für die 

Produktion von Schraubendruckfedern verfügbar zu machen. 

Der HPT-Prozess basiert auf einer Kombination aus 

mechanischer Umformung und definierter Wärmeführung 

des Federdrahtes mit dem Ziel, seine Zähigkeit zu erhöhen. 

Temperatur- und zeitabhängige Rekristallisationsprozesse 

im Werkstoff führen während und nach der Umformung 

dazu, dass sich ein feineres Gefüge ausbildet / Bild 1 /. 

Durch anschließendes Härten des behandelten Materials 

wird dieses feinere Gefüge fixiert. 

Walzgut auf 

Warmverformungstemperatur 

Bild 1 / Rekristallisationsvorgänge beim Warmwalzen 

1 Unverformtes Korn 

2 Kornneubildung an 

Kristallisationskeimen 

3 Beginn des Kornwachstums 

durch Rekristallisation 

4 Verformtes Korn 

5 Ende des Kornwachstums 

durch Rekristallisation

62 / ThermoTecSpring ® – Hochfeste Leichtbau-Feder als Beitrag zur CO 2-Reduzierung 

Während im Standardprozess der Federwarmfertigung 

der auf Austenittemperatur erwärmte Federdraht (Stab) 

sofort zur Schraubenfeder gewickelt / Bild 2 / und anschlie- 

ßend gehärtet wird, ist beim HPTP ein zusätzlicher Schrägwalzvorgang 

zwischen dem Erwärmen und Wickeln des 

Federdrahtes integriert / Bild 3 /. Der Federdraht wird dabei 

über drei schräg zur Stabachse versetzte Walzen in einem 

Stich auf den Enddurchmesser gewalzt / Bild 4 /. Um 

den Gefüge verfeinernden Effekt hervorzurufen, muss dabei 

ein kritischer Umformgrad überschritten werden. 

Merkmale der ThermoTecSpring ® 

Für den Leichtbau bei Tragfedern ist die größere Materialzähigkeit 

entscheidend, denn mit zunehmender Festigkeit 

sind typischerweise eine Abnahme der Zähigkeit und 

damit gleichzeitig eine erhöhte Kerbempfindlichkeit ver- 

bunden. Erst dank der hohen Zähigkeit des Werkstoffes 

nach Durchlaufen des HPTP lassen sich an der 

ThermoTecSpring ® Festigkeiten von bis zu 2.200 MPa ein- 

stellen – und dies ohne Nachteile für die Bauteillebensdauer. 

Grundsätzlich lassen sich alle warm geformten 

Schraubendruckfedern mit zylindrischem Draht als 

ThermoTecSpring ® fertigen. Die Gewichtsersparnis liegt bei 

ca. 15-20 %, die konkrete Größe muss allerdings für jede 

Feder individuell ermittelt werden, denn sie ist abhängig 

von der Komplexität der an das jeweilige Bauteil gestellten 

Anforderungen: So können zum Beispiel Faktoren wie 

Kennlinie, Bauraum, Querkraftkompensation, Einbausituation 

und Lebensdauer limitierende Randbedingungen 

für die erzielbare Gewichtsreduktion darstellen. 

Das hohe Festigkeitsniveau des warm umgeformten 

Stahles ist der unmittelbare Schlüssel zu Gewichtseinsparungen. 

Bei der Auslegung einer Schraubenfeder 

bedeutet eine Steigerung der Festigkeit des Federwerk- 

stoffes, dass das Material mit einer höheren Torsionsspannung 

beaufschlagt werden kann. Vereinfacht ausgedrückt, 

lässt sich deshalb der Drahtdurchmesser d der 

Feder bei gleichbleibender Kraft F reduzieren / Bild 5 /. 

In der komplexeren Auslegung ergibt sich dabei ein 

Zusammenspiel aus der Verringerung des Drahtdurchmessers 

d sowie der Windungszahl n. 

Bild 2 / Federwarmfertigung: Wicklung des Federdrahtes zur Schraubenfeder 

Bisher 

Neu 

Staberwärmung Wickeln Härten 

Staberwärmung HPTP Wickeln Härten 

Bild 3 / Prozessschritte der Federfertigung 

Bild 4 / Prinzip des Warmumformprozesses 

d0 

d0 Ausgangsdurchmesser Federdraht 

d1 Enddurchmesser Federdraht 

d1 



Konventionelle Feder ThermoTecSpring ® 

Windungszahl n 1 Windungszahl n 2 < n 1 

Rate c 1 Rate c 2 = c 1 

Drahtdurchmesser d 1 Drahtdurchmesser d 2 < d 1 

(Zug-) Festigkeit Rm 1 (Zug-) Festigkeit Rm 2 > Rm 1 

Max. Torsionsspannung t max,1 Max. Torsionsspannung t max,2 > t max,1 

Gewicht m 1 Gewicht m 2 < m 1 

Lebensdauer N 1 Lebensdauer N 2 = N 1 

Bild 5 / Kennzahlen ThermoTecSpring ® vs. konventionelle Feder 

Vergleichende Gegenüberstellung der Federhöhe 

Standardfestigkeit ThermoTecSpring ® 

(verringerte Windungszahl, 

geringerer Drahtdurchmesser) 

Bild 6 / Konstruktive Schritte zur leichten ThermoTecSpring ® 

Die ThermoTecSpring ® hat die gleiche Federrate c wie 

die konventionelle Feder, durch die verringerte Windungszahl 

und den geringeren Drahtdurchmesser insgesamt aber eine 

geringere Masse m. Weil durch den Warmumformprozess 

die Zähigkeit des Werkstoffes erhöht wurde, bleibt die 

Bauteillebensdauer der ThermoTecSpring ® auf dem Niveau 

der konventionellen Feder. Bereits durch eine reine 

Substitution von konventionell verarbeitetem Federstahl 

mit dem Werkstoff aus dem HPT-Prozess kann deshalb das 

Komponentengewicht sinken. Eine Verkürzung der Feder- 

länge bei zusätzlicher Gewichtseinsparung lässt sich in 

einem anschließenden Auslegungsschritt verwirklichen. 

Die beiden konstruktiven Entwicklungsschritte von 

der konventionellen Feder zur leichteren und kürzeren 

ThermoTecSpring ® sind anhand / Bild 6 / nachvollziehbar: 

Im ersten Schritt ist die Auslegung einer Thermo- 

TecSpring ® ohne Längenänderung (reine Substitution) 

dargestellt, wobei sowohl der Drahtdurchmesser als auch 

die Windungszahl der Feder verringert werden. Der zweite 

Schritt hin zur verkürzten ThermoTecSpring ® basiert auf 

der Tatsache, dass infolge der verminderten Windungszahl 

und des dünneren Stabdurchmessers der Abstand 

(Freiraum) zwischen den einzelnen Windungen größer 

ThermoTecSpring ® – Hochfeste Leichtbau-Feder als Beitrag zur CO 2-Reduzierung / 63 

ThermoTecSpring ® 

(verkürzt) 

Federkraft 

π · d3 

F = t · 

8 · D 

D L 0 

geworden ist. Wird dieser auf einen notwendigen Mindest- 

wert zurückgeführt, verringert sich sowohl die Federlänge 

als auch erneut das Federgewicht. 


Mit der thermomechanischen Umformung des Federstahldrahtes 

wurde von ThyssenKrupp Bilstein Suspension ein 

neuer Prozess entwickelt, der die Herstellung von Leichtbau- 

Federn mit einer Gewichtsersparnis, die je nach Anwen- 

dungsfall zwischen 15 und 20 % liegen kann, ermöglicht. So 

leistet die ThermoTecSpring ® mit höherer Vergütefestigkeit 

einen Beitrag zur Gewichtsreduktion in der Aufbaufederung. 

Berücksichtigt man die zusätzliche Option, die Federlänge 

zu reduzieren, so unterstützen die Komponenten zwei Ent- 

wicklungsziele der Fahrzeughersteller: Ein geringeres Bauteilgewicht 

als Beitrag zur CO 2-Reduzierung sowie eine 

Bauraumverringerung, z.B. als Voraussetzung für einen ver- 

besserten Fußgängerschutz. Im Mai 2009 wurde die welt- 

weit erste und einzige Serienanlage zur Produktion von 

ThermoTecSprings ® bei ThyssenKrupp Bilstein Suspension 

in Betrieb genommen. Die ersten Kunden werden seitdem 

mit ThermoTecSprings ® beliefert.

64 / 

Thema 

Komposit-Propeller 

für Uboot-Klasse 212A 

ThyssenKrupp techforum 1 | 1 2011 

I 2011

Akustisch optimierter Propeller 

aus Kompositwerkstoffen 

Dipl.-ing. aXEl paul Theoretical Engineering, Team Strength Calculation Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel 

Dipl.-maTH. anDrEaS ScHmiDT Theoretical Engineering, Team Hydrodynamics Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel 

Dipl.-ing. Eric Wolf Theoretical Engineering, Team Hydrodynamics Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel 

Die Howaldtswerke-Deutsche Werft, eine Gesellschaft 

der ThyssenKrupp Marine Systems, ist auf 

die Konstruktion und den Bau von nichtnuklearen 

Ubooten spezialisiert. Für die neuen Uboote der 

Klassen 212A sowie 214 entwickelt und fertigt HDW 

einen wegweisenden neuen Propeller aus Kompositmaterial 

mit hochdämpfenden viskoelastischen 

Zwischenschichten, der mit seinen hervorragenden 

akustischen Eigenschaften ein weiteres Allein- 

stellungsmerkmal bildet, das die HDW-Uboote für 

die Kundenmarinen noch attraktiver macht. 


/ 65 

Vom Guss- zum Kompositpropeller 

zweiter Generation 

Primäre Entwicklungsziele für Ubootpropeller sind ein verbesserter 

Wirkungsgrad und verringerte Signaturen – akustisch, magnetisch 

und elektrisch. Dabei steht die Reduzierung der akustischen Signatur 

an der Spitze, da passives Sonar zurzeit der wirksamste Sensor gegen 

Uboote ist. Für das Propellerdesign bedeutet das unter anderem 

die vollständige Vermeidung von Kavitation und die Verringerung 

von Druckschwankungen am Propeller. Dies wird mit einer geeig- 

neten Propellergeometrie erreicht, für die HDW neue Entwurfs- 

werkzeuge entwickelt hat. Eine weitere Forderung ist die Vermeidung 

des so genannten Propellersingens und -brummens. Dies sind selbst- 

erregte Schwingungen der Propellerflügel, wobei das Singen vermehrt 

bei Frequenzen über 300 Hz und das Brummen eher darunter liegt. 

Diese Schwingungen können durch eine passende Geometrieänderung 

(Anti-Singkante) abgestellt werden. Durch eine hohe Strukturdämpfung 

lässt sich die Gefahr des Propellersingens schon in der Entwurfsphase 

nahezu ausschließen. Ein Maß für die Strukturdämpfung ist der modale 

Verlustfaktor η, der das Verhältnis von dissipierter Energie zu maxi- 

maler Formänderungsenergie für jede Schwingungsmode beschreibt. 

Die bisher verwendeten Gusspropeller aus der bereits hoch dämpfenden 

Mangan-Bronze-Legierung ’Sonostone’ haben einen modalen 

Verlustfaktor von η = 0,5 %. Ein modaler Verlustfaktor von η = 1 % 

wurde durch die erste Generation von Kompositpropellern aus Kohle-, 

Glas- und Aramidfasern erreicht. Erstmalig wurde ein solcher Propeller 

für die Klasse 206A der deutschen Marine entwickelt / Bild 1 /. Insge- 

samt zwei Propeller wurden für mehrere Jahre erfolgreich getestet 

und zeigten insbesondere gute akustische Eigenschaften. Daraufhin 

wurde ein größerer Kompositpropeller für die Klasse 212A entwickelt 

/ siehe Titelbild des Berichtes /. Im Gegensatz zum in einem Stück 

Bild 1 / Kompositpropeller Klasse 206A


gegossenen Bronzepropeller, werden bei den Kompositpropellern 

die Propellerflügel einzeln gefertigt und an der Propellernabe montiert. 

Neben der erhöhten Strukturdämpfung zeichnen sich Kompositpropeller 

auch durch ein deutlich geringeres Gewicht und eine 

geringere elektrische Signatur aus. 

In Zukunft wird der modale Verlustfaktor durch die Verwendung 

von hochdämpfenden viskoelastischen Zwischenschichten im Verbund- 

aufbau auf einen Wert von mindestens η = 4 % gesteigert werden. 

Diese nächste Generation von Kompositpropellern wird nicht mehr 

in Zusammenarbeit mit externen Partnern entwickelt und gefertigt, 

sondern erfolgt über die gesamte Wertschöpfungskette bei HDW. 

Propellerentwurf 

Beim Entwurf einer Ubootantriebsanlage stehen die hydrodynamischen 

Eigenschaften des Propellers und dessen Anströmung im Vordergrund. 

Hier gilt es, den besten Kompromiss aus mehreren, sich teilweise 

widersprechenden Entwurfszielen zu finden. Neben einem hohen 

Wirkungsgrad sind meist eine geringe Kavitationsneigung und hohe 

Anforderungen an die akustische Signatur die geforderten Entwurfsziele 

für einen Ubootpropeller. 

Durch lokales Unterschreiten des Dampfdruckes von Wasser entstehen 

bei der Kavitation Dampfblasen am Propeller, die durch die anschließende 

Blasenimplosion erhebliche strukturelle Schäden an den entsprechenden 

Bauteiloberflächen verursachen können. Schlimmer noch 

als diese Schäden ist für ein Uboot die drastische Vergrößerung der 

Bild 2 / Druckkonturen an der Propelleroberfläche und Stromlinien im Propellernachlauf 

Verratsreichweite durch die mit Kavitation verbundenen hohen Schall- 

pegel. Die Kavitationsneigung kann z.B. durch ein großes Flächen- 

verhältnis des Propellers und die Entlastung der Propellerflügel- 

spitzen verringert werden. Diese Maßnahmen stehen jedoch meist im 

Widerspruch zu einem hohen Wirkungsgrad. Hierfür bringen ein 

geringes Flächenverhältnis und ein großer Propellerdurchmesser 

Vorteile. Die akustischen Signaturen werden wiederum stark von der 

Blattzahl und der Flügelrücklage, dem so genannten ’Skew’, beeinflusst. 

Um für all diese Anforderungen einen möglichst passenden 

Propeller zu finden, werden bei HDW gekoppelte Optimierungs- und 

Strömungssimulationsverfahren (CFD – Computational Fluid Dynamics) 

eingesetzt. Auf diese Weise werden für einen Propellerentwurf 

mehrere hundert Entwurfsvarianten auf Kavitationseinsatz, Wirkungsgrad 

und Signatur untersucht. Für den finalen Entwurf werden anschließend 

die Berechnungsergebnisse mit Hilfe von Modellversuchen 

verifiziert / Bild 2 /. 

Entwicklung hochdämpfender Faserverbundstrukturen und 

entsprechender Entwurfswerkzeuge 

Die Werkstoffeigenschaften von Faserverbundstrukturen werden von 

einer Vielfalt von Parametern bestimmt, darunter von der Faser-Matrix- 

Kombination, der Faserorientierung in den einzelnen Lagen und dem 

Lagenaufbau. Es besteht die Notwendigkeit, den Verbundaufbau bezüglich 

der vibroakustischen Auslegung zu optimieren. 

Z 

Y 

X 


Zur Zeit existiert keine kommerzielle Software mit der die modale 

Dämpfung von Faserverbundstrukturen berechnet werden kann. 

Zusammen mit dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik 

der TU Dresden wurde daher eine numerische Methode zur Modellierung 

der Dämpfungseigenschaften von Faserverbundstrukturen 

entwickelt. Die Berechnungen werden mit Hilfe der neuentwickelten 

numerischen Prozeduren in einem Finite-Elemente-Verfahren durchgeführt 

und der modale Verlustfaktor als Funktion der Faserorientierung 

und des Lagenaufbaus maximiert. Für eine ebene Platte ergaben 

diese Berechnungen für den modalen Verlustfaktor einen Wert von 

η = 10 %. Messtechnisch wurde ein Wert von η = 8 % ermittelt. Aufgrund 

der deutlich höheren Komplexität der Propellerflügel erwarten wir 

für diese einen Wert von η = 4 %. 

Die Ermittlung der für die Finite-Elemente-Berechnung erforder- 

lichen Festigkeitskennwerte erfolgt durch Versuche an unidirektionalen 

Probekörpern. Diese Versuche sind zwingend erforderlich, da die 

rechnerische Ermittlung aus den Festigkeiten von Faser und Matrix zu 

keinen aussagekräftigen Ergebnissen führt. 

Konstruktion 

Zur Verbesserung der Handhabung werden – im Vergleich zu den bis- 

herigen Kompositpropellern an der Klasse 206A und 212A – die 

Propellerflügel zukünftig demontierbar sein. Die Flügel aus Verbund- 

werkstoff werden hierfür formschlüssig und mit einer Klebung in 

einen zweigeteilten Bronzefuß eingefügt, der mit Schrauben an die 

Bild 3 / Propellerflügel, Nabe und Ablaufhaube (rechts, HDW-Patent) für die Klasse 212A Bild 4 / Schnitt durch einen Propellerfuß 


Akustisch optimierter Propeller aus Kompositwerkstoffen / 67 

Nabe montiert wird / Bilder 3 und 4 /. Dadurch ist es möglich, beschädigte 

Flügel auch auf See zu tauschen. 

Die Propellerflügel bestehen aus Kohle- und Glasfaser mit 

hochdämpfenden viskoelastischen Zwischenlagen. Für die Verbund- 

werkstoffkonstruktion einschließlich des Erstellens der Fertigungsunterlagen 

wird die CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer 

Aided Manufacturing) Software FiberSIM ® von Vistagy verwendet. 

Fertigung und Qualitätssicherung 

HDW hat langjährige Erfahrung mit Herstellverfahren und mit der 

Fertigung von Teilen aus Faserverbundstoffen auf Glas-, Aramid- und 

Carbonfaserbasis mit hohen Ansprüchen hinsichtlich Größe, Form, 

Festigkeit, Genauigkeit und Oberflächenqualität. Diese Erfahrungen 

können auch bei der Fertigung des Kompositpropellers genutzt 

werden. Die Propellerflügel werden als zwei Halbschalen gefertigt. 

Um höchste Qualität zu erreichen, wird mit so genannten ’Prepregs’ 

(Preimpregnated Fibers) gearbeitet. Dadurch erreicht man eine sehr 

gleichmäßige Verteilung und gute Ausrichtung der Fasern, eine nahezu 

luftblasenfreie Imprägnierung und geringe Dickenschwankungen. Die 

Imprägnierung der Fasern erfolgt maschinell. 

Die automatisiert zugeschnittenen Lagen werden mittels Laser- 

projektion abgelegt. Nach Kalthärten und Nachhärten/Tempern 

werden beide Halbschalen auf ihr endgültiges Maß gefräst, zur 

Kontrolle geröntgt und erst miteinander sowie abschließend mit dem 

Bronzefuß verklebt.


Bild 5 / Anschlagversuche am Propeller 

Der Betriebsfestigkeitsnachweis erfolgt im Bauteilversuch im Maßstab 

1:1 bei der IMA (Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH) 

in Dresden an einem Prototypenflügel. Dabei wird die doppelte 

Lebensdauer nachgewiesen, wobei nicht nur die normalen Betriebszustände 

berücksichtigt werden, sondern auch Lasten aus extremen 

Fahrzuständen wie Not-Stop (volle Drehzahl rückwärts) oder maximaler 

Beschleunigung. Nach den Bauteilversuchen wird der getestete Flügel 

in mehrere Teile zersägt und untersucht. 

Akustische Vermessung 

Um die angestrebte Verringerung der akustischen Signatur zu gewähr- 

leisten, werden umfangreiche akustische Vermessungen durchge- 

führt. Als erstes erfolgt die Modalanalyse der Propellerflügel in Luft. 

Dabei werden die Eigenfrequenzen, die Eigenformen und die 

modalen Dämpfungen bestimmt. Ein praktiziertes Verfahren zur 

Durchführung der Modalanalyse sind so genannte „Anschlag- 

versuche“ / Bild 5 /. Hierbei wird an einem Punkt des Flügels ein 

Beschleunigungsaufnehmer aufgeklebt, und ein Impulshammer 

regt die Flügel an mehreren definierten Punkten an. Ein weiteres 

bei HDW angewendetes Verfahren ist die Laservibrometer- 

vermessung. Die Flügel werden hierbei mit einem Shaker 

angeregt und die Oberflächen werden mit einem Laser abgetastet 

/ Bild 6 /. Interferometrisch werden die Auslenkung und die 

Oberflächenschnellen bestimmt / Bild 7 /. Der Vorteil gegenüber 

Anschlagversuchen liegt in der höheren Auflösung und in der auto- 

matisierten Durchführung. 


Bild 6 / Laservibrovermessung – der hintere, nicht lackierte Flügel wird vermessen Bild 7 / Eigenmode aus Laservibrovermessung 

Vor dem erstmaligen Auslaufen eines Bootes mit einem Kompositpropeller 

werden die Anschlagversuche im Wasser für einen Flügel 

wiederholt. Die Durchführung erfolgt mit Taucherunterstützung. Hierbei 

können lediglich die Eigenfrequenzen und die modalen Dämpfungen 

bestimmt werden. 

Die Bewährungsprobe für den Propeller kommt mit der Wasserschallmessung 

in Eckernförde (Flachwasser) und Bergen (Tiefwasser), 

wo das Uboot inklusive Propeller in diversen Fahrtzuständen akustisch 

geprüft wird. 

Ausblick 

Der neue hydrodynamisch und akustisch optimierte Kompositpropeller 

wird Ende des Jahres am neuen Uboot der Deutschen Marine 


Akustisch optimierter Propeller aus Kompositwerkstoffen / 69 

(Typ 212A/2.Los) in Seeerprobung gehen. Diese Eigenentwicklung 

hat international höchstes Interesse geweckt und ihr Marktpotenzial 

durch Verkäufe für HDW-Uboote vom Typ 214 bewiesen. 

Die Technologie von Kompositpropellern mit hochviskosen 

Zwischenschichten bietet noch großes Potenzial zur Verringerung 

der akustischen Signatur, insbesondere Möglichkeiten zur lokalen 

Beeinflussung der Strukturdämpfung sowie der hydrodynamischen 

Optimierung durch eine nachgiebige Flügelstruktur.


Moderne Ausbildung für komplexe Systeme 



ViSTIS ® 

Revolutionäres Team-Training 

für komplexe Systeme 

marKuS ScHuppErT m.a. Projektleiter ViSTIS ® Blohm + voss naval gmbH Hamburg 

Eine hochwertige Ausbildung von Bedienungs- und 

Instandsetzungspersonal von komplexen Systemen 

ist die Basis für einen erfolgreichen und effizienten 

Einsatz von Mensch und Material. Aber die Besatzungsausbildung, 

z.B. für Marineschiffe, ist bisher 

nur auf dem Originalschiff möglich. Mit ViSTIS ® , 

dem ’Virtual Ship Training and Information System’, 

wird dies künftig auch auf einem virtuellen Schiff 

unabhängig von der Original-Hardware bzw. vom 

Originalschiff möglich sein. Dieses innovative 

Ausbildungs- und Informationssystem wird derzeit 

unter Federführung von Blohm + Voss Naval in 

Hamburg entwickelt. 

/ 71 

Virtuelles Schiffstraining 

Computerbasierte Ausbildungsmittel, wie Simulationen und Computerlernprogramme, 

haben bereits seit langem Einzug in den Lehrplan der 

Marineschulen gehalten. Im Gegenzug werden weniger Originalgeräte 

als Ausbildungsmittel benötigt. Die Gründe liegen auf der Hand: 

Computerbasierte Ausbildungsmittel sind kostengünstiger als Original- 

Hardware, dabei beliebig oft reproduzierbar und stellen gleichzeitig 

eine gleichbleibende Qualität der Ausbildung sicher. Dennoch werden 

gerade bei den Marinen immer noch große Ausbildungsanteile 

an Bord der Schiffe durchgeführt, da eine einheitliche virtuelle 

Trainingsumgebung zur Ausbildung aller auf einem modernen Marine- 

schiff anfallenden Aufgaben und auftretenden Situationen bisher nicht 

vorhanden ist. Damit ist eine Teamausbildung der gesamten Besatzung 

bisher nur auf dem Originalschiff möglich. 

ViSTIS ® (Virtual Ship Training and Information System) erlaubt künftig 

die Schulung in einem virtuellen Schiff.


Bild 1 / Von CAD zu ViSTIS ® 

Innovatives Ausbildungs- und Informationssystem ViSTIS ® 

Das innovative Ausbildungs- und Informationssystem ViSTIS ® wird derzeit 

unter Federführung von Blohm + Voss Naval in Hamburg entwickelt. 

Die wichtigsten Kernfunktionalitäten von ViSTIS ® sind: 

° Höchster Realitätsgrad 

° Integrierte Systemarchitektur 

° Innovatives Individual- und Team-Training 

Der hohe Realitätsgrad basiert auf einer realistischen Echtzeitvisualisierung 

mit Hilfe der CryEngine ® 3, einer der weltweit führenden 

“Game Engines” des Computerspiele-Herstellers Crytek. Grundlage für 

die Modelle sind jedoch die originalen 3D-CAD-Daten (Computer Aided 

ViSTIS ® Presentation Layer 

Delivery of Training Content to various End-User-Devices 

Content Data 

Interactive Electronical Technical 

Documentation (IETD) 

Electronical Performance 

& Support System (EPSS) 

Media / Streaming Server 

Computer Based Training (CBT) 

Learning Management System (LMS) 

Content Management System (CMS) 

Learning Content Management 

System (LCMS) 

via standardbasierte 

Schnittstellen 

Bild 2 / Integrierte ViSTIS ® Architektur 

ViSTIS ® 

Simulation Framework 

ViSTIS ® Team Server 

De-Centralized Team-Training 

viSTiS ® 

System & learning framework 

ViSTIS ® 

Simulation Software 

Development Kit (SSDK) 

Design), die über einen komplexen Konvertierungsprozess für die 

Darstellung in der Game Engine aufbereitet werden / Bild 1 /. 

Eine weitere wesentliche Funktionalität von ViSTIS ® ist die integrierte 

Systemarchitektur. Sie verbindet die Echtzeitvisualisierung mit 

einem innovativen Lern- und Wissensmanagementsystem. Durch die 

Integration der relevanten Systemsimulationen wird das virtuelle Schiff 

interaktiv, d.h. es reagiert auf die Eingaben des Nutzers wie das 

reale Schiff. Eine skalierbare und modulare Architektur sorgt dafür, 

dass kein Einstiegsprojekt zu klein, aber auch kein großes Projekt zu 

komplex für ViSTIS ® ist. Gleichzeitig sind die Einstiegsprojekte keine 

Sackgasse, sondern bilden die Basis für komplexere Folgeprojekte 

/ Bild 2 /. 

ViSTIS ® 

Media Database 

ViSTIS ® 

Software Development 

Kit (SDK) 

über Webprotokoll 

Combined /Joined Forces 

Team Training 

Runtime Data 

Automation System Trainer 

Combat Management Trainer 

Bridge Simulation 

COMMS Simulation 

Platform Simulation 

Weapon Trainer 

Tactical Trainer 

via standardbasierte 

Schnittstellen 


ViSTIS ® ermöglicht mit seinen integrierten Trainingsszenarien ein inno- 

vatives Individual- und Team-Training. In der virtuellen Simulationsumgebung 

lassen sich sowohl Routineaufgaben als auch Not- und 

Gefechtssituationen realistisch ausbilden, ohne Mensch oder Material 

zu gefährden. Dabei werden dem Nutzer seine virtuelle Umwelt, die zu 

bedienenden Anlagen und Geräte sowie die anderen Crew-Mitglieder 

in Echtzeit in einer fotorealistischen 3D-Umgebung präsentiert. Die 

Nutzer müssen hierzu nicht am selben Ort sein, sondern sie können 

über Internet/Intranet an dem jeweiligen Trainingsszenario teilnehmen 

/ Bild 3 /. 

Im Vergleich zur Ausbildung an Bord oder mit Original-Hardware 

bietet ViSTIS ® : 

° Eine geringere Belastung der realen Schiffe und damit die 

Freisetzung für den eigentlichen Einsatz 

° Deutlich geringere Trainings-Betriebskosten und gleichzeitig eine 

deutlich reduzierte Umweltbelastung im Vergleich zum Einsatz 

realer Schiffe (zur Verdeutlichung: Eine Fregatte verbraucht 

pro Stunde ca. 3.000 l Diesel und produziert dabei ca. 8 t CO2) ° Die Möglichkeit zum Training von kritischen Situationen, wie z.B. 

die Brandbekämpfung oder das Herstellen von Notschaltungen 

an Anlagen im Dauerbetrieb, die so am Originalgerät nicht 

möglich sind, ohne dabei Personal oder Material zu gefährden. 

Bild 3 / Beispiel für ein Trainingsszenario mit ViSTIS ® 


ViSTIS ® – Revolutionäres Team-Training für komplexe Systeme / 73 

Zusammenfassung: 

ViSTIS ® ist die Antwort auf die Herausforderungen, vor denen die 

modernen Marinen überall auf der Welt stehen: Die Systeme werden 

immer komplexer und gleichzeitig die Besatzungen immer kleiner. Damit 

steigen die Anforderungen an die einzelnen Besatzungsmitglieder. 

Die Stärke von ViSTIS ® liegt zum einen in der Fähigkeit, unterschiedlichste 

Simulationen zu integrieren und damit ein realistisches Anlagen- 

und Systemverhalten des virtuellen Schiffes zu erreichen. Zum anderen 

können neben der Ausbildung der einzelnen Besatzungsmitglieder auch 

komplexe Abläufe und Verfahren im Team geschult werden. Damit 

können Ausbildungszeiten auf dem realen Schiff signifikant reduziert 

werden, weil die Besatzung durch virtuelles Training gut vorbereitet 

wurde. Gleichzeitig wird das Material weniger beansprucht, was in letzter 

Konsequenz weitere Kosten spart. 

Mit der Einführung von Ausbildungslösungen bei der Deutschen und 

Australischen Marine hat ViSTIS ® erste Erfolge zu verzeichnen und damit 

den Grundstein für weitere Aufträge gelegt.

74 / 

Thema 

RFID-gekennzeichnete Bramme bei der Überfahrt eines Lesepunktes 


RFID-Brammenlogistik 

Dipl.-Winf. loÏc fEinBiEr Leiter CoC Supply Chain Visibility ThyssenKrupp iT Services gmbH Essen 

Dipl.-Winf. yaSEmin yaSlar Supply Chain Visibility Projekte ThyssenKrupp iT Services gmbH Essen 

Dipl.-ing. HEinEr niEHuES ThyssenKrupp RFID-Logistics Platform ThyssenKrupp iT Services gmbH Essen 

Die automatisierte Erfassung von Materialstücken in logistischen Prozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung. 

Um den Anforderungen einer möglichst schnellen, sicheren und transparenten Lieferkette zu genügen, wird 

immer häufiger auf RFID-Technologie (Radio Frequency IDentification) gesetzt. ThyssenKrupp führte als erster 

Werkstoff- und Technologiekonzern RFID zur automatisierten Identifikation von Brammen entlang einer neuen 

Supply Chain von Brasilien über Umschlaghäfen nach Europa und USA ein. Dadurch werden die Verladezeiten 

der Brammen deutlich verkürzt und Verwechslungen vermieden. 


Motivation 

Mit dem Bau eines neuen Stahlwerkes in Brasilien und eines 

weiterverarbeitenden Werkes in den USA, war eines der 

obersten Ziele die Optimierung der komplexen Logistik- 

prozesse für den internationalen Seetransport von Stahl- 

brammen. Dazu müssen die Brammen an relevanten 

Schlüsselpunkten möglichst schnell und dennoch sicher 

identifiziert werden, um die Kapazitäten der Verlademittel 

optimal auslasten und die Liegezeiten der Seeschiffe 

an den Häfen durch Beschleunigung der Verladevorgänge 

möglichst kurz halten zu können. Es musste 

demnach eine Kennzeichnungsmethode gefunden werden, 

die selbst auf stark verschmutzten Brammenoberflächen 

haftet und auch unter schlechten Wetterbedingungen 

sowie bei Tag und Nacht aus größerer Distanz sicher 

und schnell erfassbar ist. Aufgrund der schwierigen wie 

unkontrollierbaren Umweltbedingungen, schieden Bar- 

codes von Anfang an als Alternative aus. Die RFID- 

Technologie dagegen hatte das Potenzial die hohen Anforderungen 

zu erfüllen. Der Nachweis dafür musste jedoch 

erst in aufwendigen Feldversuchen erbracht werden, da 

der Einsatz von RFID in der Stahlindustrie in dieser Form 

bisher einzigartig ist. 

Die Identifikation von Brammen mittels RFID wurde 

an den werkseigenen Häfen in Sepetiba/Brasilien 

(ThyssenKrupp CSA), Calvert/USA (ThyssenKrupp Steel 

USA) und Duisburg-Walsum (ThyssenKrupp Steel Europe) 

umgesetzt. Die von Dienstleistern betriebenen Umschlaghäfen 

in Rotterdam/Niederlande und Mobile/USA haben 

die RFID-Technologie ebenfalls eingeführt und wurden bei 

der Umsetzung unterstützt. 

Herausforderungen 

Aufgrund von Interferenzen und Reflexionen wurde der 

Einsatz von RFID auf Metallen und in metallischen Um- 

gebungen früher häufig als unmöglich betrachtet, da 

weder die Lesbarkeit an sich, noch eine akzeptable Lesereichweite 

garantiert werden konnten. Mit dem richtigen 

RFID-Etiketten-Design gelang es dem Projektteam jedoch, 

einen unter physikalischen Gesichtspunkten optimalen 

Abstand zwischen RFID-Chip und dem metallischen 

/ 75 

Brammenkörper einzuhalten, der die Kommunikation zwischen 

RFID-Lesegerät und RFID-Tag ermöglicht. Bei diesem 

so genannten “Flag-Tag“ wird der Teil des Etikettes, der den 

RFID-Transponder enthält, derart abgeknickt, dass eine 

senkrecht vom Metall abstehende, 4 cm lange Flagge entsteht 

/ Bild 1 /. 

Der Chip des RFID-Transponders enthält die eindeutige 

Identnummer der jeweiligen Bramme. Diese vollkommen 

passive Lösung ermöglicht trotz metallischer Brammenober- 

fläche die Erfassung des Brammen-Identen per Funk aus 

einer Distanz von bis zu 8 m – und zwar während des 

Verladevorganges der Bramme / Bild 2 /, ohne dass der Kran 

dabei anhalten muss. 

Bild 1 / Brammenetikett mit RFID-Transponder und Flagge 

Bild 2 / Vollautomatisierte Identifikation bei der Verladung im Seehafen 

von Sepetiba/Brasilien

76 / RFID-Brammenlogistik 

Um die RFID-Etiketten über den gesamten Transportweg 

nutzen zu können, ist eine sichere Haftung des Etikettes 

an der Bramme unabdingbar. Verzunderte Brammenoberflächen, 

Restwärme der Brammen, schlechte Wetter- 

bedingungen, wie Nässe und Wind, sowie raue Umgebungsbedingungen 

beim Transport der Brammen stellten 

neue Herausforderungen dar. Um diesen zu begegnen, 

wurde in enger Zusammenarbeit mit einem Spezialetiketten- 

Hersteller ein kostengünstiges RFID-Etikett aus anforderungsgerechtem 

Material (synthetisch, hitzebeständig bis 

200 °C) und einem Spezialklebstoff entwickelt. Dieser 

erlaubt auch bei leicht feuchter und verschmutzter 

Brammenoberfläche eine sichere Haftung des Etikettes. 

Das flexible Material sorgt dafür, dass die Flagge mit dem 

RFID-Transponder, bei Einwirkung von außen nachgibt, 

sich anschließend aber selbst nach mehreren Wochen 

in angedrücktem Zustand wieder ausreichend aufstellt, 

um zu gewährleisten, dass der RFID-Chip ausgelesen 

werden kann. Dies ist besonders wichtig, da die 

Brammen auf ihrem langen Weg von Brasilien in die USA 

und nach Deutschland bis zu drei Wochen lang im 

Schiffsbauch eng aneinander liegen / Bild 3 /. Die gewählte 

Variante hilft zudem, die laufenden Kosten der Lösung 

niedrig zu halten, da die Einweg-Etiketten nicht aufwendig 

am Ende der Kette entfernt und zum Ursprungsort zurück 

geschickt werden müssen, wie dies bei Verwendung her- 

kömmliche “on-metal“-Transponder-Lösungen notwendig 

wäre. Ein weiterer Vorteil der eingesetzten Etiketten be- 

steht in der Möglichkeit, diese zusätzlich mit 2D-Barcodes 

und Materialangaben im Klartext bedrucken zu können, 

sodass bei Bedarf eine Bramme auch manuell identifiziert 

werden kann. 

Prozessablauf 

Für die rudimentäre Reinigung der zu beklebenden 

Brammenoberfläche, die Programmierung des RFID-Chips, 

den Druck der Etiketten sowie deren Anbringung an den 

Längsseiten der Brammen wurden an den Produktionsstandorten 

Santa Cruz/Brasilien und Duisburg speziell für 

diesen Zweck konzipierte Etikettier-Stationen gebaut. Alle 

Brammen werden auf ihrer Fahrt zu den Verladekränen 

in bis zu fünf Brammen hohen Stapeln auf Schwerlast- 

Transportmitteln in die jeweilige Etikettier-Station eingefahren. 

Dort werden dann die zu etikettierenden Stellen an 

den Längsseiten der Bramme mechanisch gereinigt. Nach 

einem visuellen Abgleich der Beladung mit den Angaben 

des Etikettiersystems, die in Brasilien automatisiert durch 

eine OCR-Lösung (Optical Character Recognition) erfolgt, 

werden die Etiketten von einem Laserdrucker ausgegeben. 

Bild 3 / Hochseetüchtige Verstauung 

von Brammen im Laderaum eines 

Panamax Frachters 

ThyssenKrupp techforum 1 I I 2011

Bild 4 / Wohlbehaltene Ankunft der ersten Brasilien-Bramme am weiterverarbeitenden 

Produktionsstandort Duisburg 


Dieser bedruckt das Etikett und programmiert zeitgleich 

den enthaltenen RFID-Chip mit dem zugewiesenen Identen. 

Ein Mitarbeiter entnimmt das Etikett, faltet es an der dafür 

vorgesehenen Knick-Perforation und bringt es parallel zur 

Brammenkante mittig an der entsprechenden Brammen- 

seite an. Jede Bramme wird an beiden Längsseiten mit 

jeweils einem RFID-Etikett versehen. So ist gewährleistet, 

dass die Bramme, unabhängig von ihrer Orientierung bei 

der Verladung möglichst früh erkannt werden kann. Weiter- 

hin erhöht die so vorhandene Redundanz die Chancen für 

eine automatisierte Identifikation, auch wenn ein Etikett 

beim Transport der Bramme physisch beschädigt wurde. 

Die RFID-Lesegeräte für die Identifikation der Brammen 

bei der Verladung sind an den Querstreben der Kräne oder 

direkt an den magnetischen Lasthebemitteln montiert. 

Die Erfassung erfolgt automatisch, während die Brammen 

in Richtung Schiff bzw. Kaikante bewegt werden. Eine aus- 

geklügelte Software-Logik analysiert die von den RFID- 

Lesegeräten zurückgelieferten Rohdaten und filtert eventuell 

durch Reflektion der Radiosignale entstandene Fehlerfassungen 

aus. Übrig bleiben nur die relevanten logistischen 

Ereignisse, wie die Bestätigung der Verladung bzw. 

der Vereinnahmung einer Bramme, die vom RFID-System 

an das jeweils angebundene lokale IT-System weiterge- 

leitet werden. So können an den Häfen die Verladelisten 

zügig abgeglichen und die Zielpositionen der Brammen 

rechtzeitig an die Kranfahrer kommuniziert werden. Zu- 

sätzlich zu den Kränen, befindet sich ein letzter Lesepunkt 

am so genannten „Ofenrollgang“ im Warmbandwerk von 

Calvert. Dort werden die Brammen vor der Weiterverarbeitung 

zu Warmband-Coils erneut erfasst, um sicherzustellen, 

dass die richtige Bramme mit der richtigen Qualität in den 

Produktionsprozess eingeht. 

Die ersten Brammen wurden im April 2010 von 

Duisburg-Walsum aus über Rotterdam und Pinto Island/ 

USA nach Calvert verschifft, gefolgt von der ersten 

Brammenlieferung aus Brasilien im November desselben 

Jahres / Bild 4 /. Die automatisierte Erkennungsrate der 

ersten Lieferung lag am Zielhafen bei über 95 % und über- 

traf damit – gerade im Hinblick auf die extremen Bedin- 

gungen während des Brammentransportes – alle Erwar- 

tungen. Nicht automatisiert identifizierbare Brammen – z.B. 

RFID-Brammenlogistik / 77 

weil die RFID-Etiketten physisch zerstört wurden – werden 

an allen Stellen mit mobilen Barcode-Scannern schnell 

und fehlerfrei nacherfasst. 

Innovative IT-Lösung 

Neben der Entwicklung der benötigten RFID-Komponenten 

und der zugehörigen Abläufe an den beteiligten Standorten, 

bestand eine weitere Herausforderung darin, 

leistungsfähige IT-Systeme für diese weltumspannend 

automatisierte Supply Chain aufzubauen. 

Im Hinblick auf die hohen Entwicklungskosten, sowie 

Aspekte der Wiederverwendbarkeit und Zukunftssicherheit, 

war es dabei umso wichtiger, dass die so geschaffene 

IT-Lösung auf anerkannten Industriestandards aufbaut. 

Vor diesem Hintergrund ist ThyssenKrupp bereits 2008 

als erstes Unternehmen seiner Art der Standardisierungsorganisation 

EPCglobal™ beigetreten und setzt seit- 

dem konsequent auf relevante Normen für den Einsatz 

von RFID-Technologie und den elektronischen Austausch 

von Bewegungsdaten zwischen Supply Chain Partnern. 

So kommt beispielsweise bei der Kennzeichnung der 

Brammen das zukunftsweisende Nummerierungskonzept 

Electronic Product Code (EPC) zum Einsatz, das eine 

eindeutige Identifizierbarkeit der Brammen weltweit 

und unternehmensübergreifend sicherstellt. Auch die 

verwendeten RFID-Transponder und -Lesegeräte sind 

konform zum EPC Class 1 Gen 2 Standard, wodurch 

die internationalen Inbetriebnahmen vereinheitlicht und 

deutlich vereinfacht wurden. Ein eigens für ThyssenKrupp 

aufgebautes EPC Information System (EPCIS) ermöglicht 

allen internen und externen Teilnehmern an der Wertschöpfungskette, 

relevante Logistikereignisse einheitlich 

und in Echtzeit auszutauschen. So haben alle Beteiligten 

jederzeit Zugang zu den für sie relevanten logistischen 

Informationen und können Entscheidungen quasi in 

Echtzeit fällen. 

Der generische Aufbau dieser konzernintern als 

“ThyssenKrupp RFID-Logistics Platform“ bekannten IT- 

Lösung macht es möglich, neue Anwendungsfälle für RFID 

schnell, kostengünstig und mit Schwerpunkt auf den zu 

gestaltenden Geschäftsprozessen in tragfähige Lösungen 

umzusetzen. 

Ausblick 

Mit der erfolgreichen Einführung von RFID in der Brammenlogistik 

nimmt ThyssenKrupp im Umgang mit dieser 

innovativen Technologie eine Vorreiterstellung unter den 

global agierenden Werkstoff- und Technologiekonzernen 

ein. Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sind der 

RFID-Technologie auch in anderen Anwendungsgebieten 

kaum Grenzen gesetzt. Mittlerweile hat RFID in vielen 

anderen Bereichen des Konzerns alte Technologien 

ergänzt bzw. abgelöst, oder es ist geplant dies zu tun. 

So etwa für die Verfolgung von Anlagenteilen, betriebseigenen 

Transportmitteln und -behältnissen, bis hin zu 

Zwischenmaterial und Endprodukten. Mit RFID können 

künftig auch diese Prozesse automatisierter und sicherer 

ablaufen und das bei gleichzeitig deutlich verbesserter 

Einsicht in die Wertschöpfungskette.

Thyssenkrupp techforum 1/2011

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