Thyssenkrupp

ThyssenKrupp
techforum
Ausgabe 1 I 2012
Wir entwickeln die Zukunft für Sie.

Titelbild
Die Produktinnovation iwalk ® von ThyssenKrupp Elevator überzeugt durch zukunfts-
weisende Technologie, größtmöglichen Nutzerkomfort und eine hohe Umweltverträglichkeit.
Der neue Fahrsteig geht in besonderem Maße auf spezielle Kunden-
anforderungen ein und löst so die Herausforderungen bisheriger Anlagentypen – ein
entscheidendes Kriterium für die Installation von insgesamt vier horizontalen und
drei geneigten iwalk ® auf dem Bahnhof Atocha in Madrid/Spanien. Verschiedene
Neuerungen versprechen den Fahrgästen ein noch sicheres Fahrgefühl: So reduziert
die geringere Höhe der Kammsegmente in den Ein- und Ausstiegszonen das Stolperrisiko
deutlich – gerade bei der Nutzung mit Reisegepäck. Darüber hinaus erfüllt der
iwalk ® nicht nur die europäische Norm EN 115, nach der ein Fahrsteig 400 mm
Freiraum bieten muss, sondern erlaubt durch die größere Palettenbreite auch die
Verwendung von großen Koffer-Trolleys und Einkaufswagen. Diese Vorgabe erfüllt der
iwalk ® trotz reduzierter Außenmaße und setzt so neue Maßstäbe in der Branche. Ein
zusätzliches Plus in Sachen Sicherheit bieten die zwei Arten von Balustraden, die den
neuen Fahrsteig gleichzeitig auch zu einem ästhetischen Highlight machen. Sowohl
die schmale Variante – wie hier im Bild – als auch die robuste Ausführung bestehen
aus zwölf Millimeter starkem bruchfestem Sicherheitsglas und verlaufen über die
gesamte Länge. Der iwalk ® wurde auch unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit
entwickelt. Die technischen Eigenschaften, wie zum Beispiel weniger Komponenten,
die Verwendung neuartiger Energie-Einsparungssysteme und LED-Beleuchtung
sowie die Verringerung des Gewichtes, führen zu einem niedrigeren Energieverbrauch
und geringeren Umweltbelastungen. Das reduzierte Transportvolumen und weniger
Verpackungsmaterial sind weitere Aspekte, die den vielseitigen Fahrsteig noch
umweltverträglicher machen.
Der iwalk ® wurde mit dem ThyssenKrupp Innovationspreis 2011 ausgezeichnet.
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

Liebe Leserinnen, liebe Leser,
bereits seit dem Jahr 2000 schreibt ThyssenKrupp intern den Konzern-Innovationswettbewerb
aus. Die Beteiligungsquote unserer Tochtergesellschaften war auch in 2011 wieder erfreulich
hoch und die Qualität der Projekte bemerkenswert.
Unsere Ingenieurinnen und Ingenieure leisten hervorragende Arbeit, wenn es darum geht,
im Sinne eines aktiven und nachhaltigen Innovationsmanagements neue Ideen in Produkte,
Prozesse oder Dienstleistungen umzusetzen. Das trägt ganz entscheidend dazu bei, unseren
Konzernanspruch „Wir entwickeln die Zukunft für Sie“ mit Leben zu füllen. Dafür möchte ich
ihnen an dieser Stelle ganz herzlich danken!
Innovationen und technischer Fortschritt sind für uns Schlüsselfaktoren, um das globale
Wachstum und den Einsatz begrenzter Ressourcen nachhaltig zu gestalten. Die Einsicht, un-
ausweichlich „besser“ werden zu müssen, bietet eindeutige Chancen für unseren Konzern: Mit
unserer Ingenieurkompetenz in den Anwendungsfeldern „Material“, „Mechanical“ und „Plant“
ermöglichen wir es unseren Kunden, den steigenden Bedarf nach „mehr“ auf „bessere“ Art
zu bedienen, sich Vorteile im weltweiten Wettbewerb zu erarbeiten sowie innovative Produkte
wirtschaftlich und ressourcenschonend herzustellen.
Die Entwicklungsprojekte des ThyssenKrupp Innovationswettbewerbs unterstreichen die
erfolgreiche Arbeit in unseren Forschungs- und Entwicklungsbereichen und dienen gleichzeitig
als Ansporn, unsere Innovationsaktivitäten weiter auszubauen.
Sieger des Innovationswettbewerbs 2011 ist der von ThyssenKrupp Elevator entwickelte
iwalk ® , ein innovativer Fahrsteig, dessen Hauptmerkmal in der wesentlichen Verringerung
des benötigten Bauraums besteht. Weitere erhebliche Vorteile bestehen in der Herstellung,
dem Transport, der Installation sowie während der Nutzungsphase, beispielsweise hinsichtlich
des Stromverbrauches.
ThyssenKrupp Presta Camshafts hat mit dem Beitrag „Modulkonzepte mit integrierten Nockenwellen
– Presta 2 “ den zweiten Preis errungen. Das Presta 2 -Verfahren ermöglicht – mittels eines
thermisch-mechanischen Fügeprozesses – die Herstellung von Nockenwellen-Modulen. Dabei
werden die gebauten Nockenwellen unter Beibehaltung des bewährten Presta-Kraft-Form-Schlusses
untrennbar in eine Zylinderkopfhaube integriert. Mit diesem Verfahren können Emissionen signifikant
reduziert und das Gesamtsystem Zylinderkopf/-haube kostengünstiger hergestellt werden.
Die Verschleißfestigkeit der Komponenten in Windenergieanlagen spielt eine entscheidende
Rolle bei der Verfügbarkeit einer Windenergieanlage und der Vermeidung von Anlagenausfällen.
Im Rahmen des mit dem dritten Preis ausgezeichneten Projektes wurde von Rothe Erde zur
Trennung und Führung der einzelnen Wälzkörper ein Lagerkäfig aus Stahl mit einer Polyamidbeschichtung
entwickelt, der den Verschleiß dieser Komponente erheblich reduziert.
Der Sonderinnovationspreis „Energie und Umwelt“ ging an ein Team von ThyssenKrupp
Industries India für die Entwicklung einer energieeffizienten Zweiwalzenmühle für das Pressen
von Zuckerrohr zur Zuckergewinnung. Durch eine grundlegende Neukonstruktion der Mühlenstruktur
konnten Reibungsverluste und Abnutzung auf ein Minimum reduziert werden. Dies führt
zu einem bedeutend geringeren Energieverbrauch im Vergleich zu einer konventionellen Mühle
und somit zu erheblich verringerten CO 2-Emissionen.
Einige herausragende Projekte, die im Rahmen des Innovationswettbewerbs 2011 ein-
gereicht wurden, möchten wir Ihnen in dieser Ausgabe des ThyssenKrupp techforums vorstellen.
Darüber hinaus freue ich mich insbesondere, dass wir mit Herrn Dr. Reinhold E. Achatz einen
ausgewiesenen Experten für unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten gefunden haben.
Herr Dr. Achatz leitet seit April 2012 das Corporate Center Technology, Innovation & Quality.
Näheres zu seiner Person finden Sie auf der folgenden Seite.
Viel Vergnügen bei der Lektüre wünscht Ihnen
Ihr
Dr.-Ing. Heinrich Hiesinger
Vorsitzender des Vorstands
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Vorwort / 03

04 /
Werte Leserinnen und Leser,
die Welt verändert sich heute mit einer stetig wachsenden Geschwindigkeit. Daher wird
das Thema Innovation, d.h. die erfolgreiche Umsetzung neuer Ideen im Markt, immer
wichtiger. Dies gilt für alle Regionen, Branchen und Märkte.
Nur innovative Organisationen können die eigene Wertschöpfung effizient und effektiv
erhalten und durch Erschließen neuer Märkte ausbauen. Dabei ist die Fokussierung auf
vorhandene und neu erworbene Kernkompetenzen entscheidend. Dazu müssen die
Anforderungen unserer heutigen und künftigen Kunden gut verstanden sowie die Produkte
und Lösungen in der vom Kunden erwarteten Funktion und Qualität geliefert werden.
In meiner neuen Aufgabe als Leiter des Corporate Centers Technology, Innovation &
Quality möchte ich zusammen mit den Kolleginnen und Kollegen unserer Konzerngesellschaften
eine konsistente und zukunftsweisende Innovationsstrategie für ThyssenKrupp entwickeln
und diese konsequent umsetzen.
Ihr
Dr.-Ing. Reinhold Achatz
Leiter Corporate Center Technology, Innovation & Quality
Kurzportrait
Reinhold Achatz studierte Elektrotechnik (Dipl.-Ing., 1979) an der Friedrich-Alexander Universität
Erlangen-Nürnberg und promovierte an der TU München (Dr.-Ing., 2009) am Lehrstuhl Informationstechnologie
im Maschinenwesen. Seit September 2010 ist er beratender Ehrenprofessor
der Tsinghua-Universität (Hon. Advisory Professor Tsinghua University) in Peking.
Herr Dr. Achatz war zuletzt Corporate Vice President der Siemens AG und leitete in
dieser Funktion seit Oktober 2006 die globale Siemens Forschung (Corporate Research and
Technologies) mit circa 1.800 Beschäftigten in Österreich, China, Dänemark, Deutschland,
Indien, Japan, Russland, Singapur und USA. Er trug die Verantwortung für die Forschung zu den
Themen: Electronics, Energy & Environment, Information & Automation, Materials & Hardware
Design, Processes & Production, Industrial Communication Technologies, Software & Systems
Engineering, SMART Innovation und Sustainable Solutions.
Ab April 2009 verantwortete er zusätzlich das Corporate Development Center mit etwa
4.000 Software-Entwicklern weltweit – die Mehrheit davon in Indien, Zentral- und Osteuropa.
Diese Organisation entwickelt Software-Produkte und Lösungen für die geschäftsführenden
Einheiten von Siemens.
Ferner ist er Mitglied in einer Reihe von Organisationen und Institutionen, u.a. dem deutschen
Wissenschaftsrat, dem deutschen Cybersicherheitsrats und von Kuratorien der Fraunhofer- und
der Max-Planck-Gesellschaft.
Zum 01.04.2012 übernahm Herr Dr. Achatz die Leitung des Corporate Centers Technology,
Innovation & Quality bei der ThyssenKrupp AG in Essen.
ThyssenKrupp techforum techforum 1 I 2012

10 /
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Inhalt
16 /
10 / Tailored Tempering
Maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften für warmumgeformte Bauteile
Dipl.-inG. sascHa siKora, Dipl.-inG. JanKo BaniK, Dr.-inG. sTEpHané Graff, Dipl.-inG. roBErT laurEnZ,
Dr.-inG. franZ-JosEf lEnZE ThyssenKrupp Steel Europe AG
In der Automobilindustrie sind in den letzten Jahren die Anforderungen im Hinblick auf die Crash-Eigenschaften
und den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge aufgrund veränderter Randbedingungen konsequent
gestiegen. Verfahren, wie das Presshärten von Mangan-Bor-Stählen, können einen wirtschaftlichen
Beitrag zur Reduzierung des Karosseriegewichtes bei optimierten Gebrauchseigenschaften leisten. Seitens
ThyssenKrupp Steel Europe wurde das Presshärten durch eine zusätzliche Alternative weiterentwickelt. Bei
dem neu entwickelten Verfahren, dem so genannten ’Tailored Tempering’ Prozess, kann durch eine gezielte
Steuerung des Abkühlprozesses im Umformwerkzeug das gesamte Festigkeitsspektrum, den der Werkstoff
Stahl bieten kann, ausgenutzt werden.
Antikondensat
16 / PLADUR ®
Funktionale Oberfläche für trockene Innenraumgestaltung
BEaTE fuGMann, Dr. rEr. naT. BETTina wErnEr, Dipl.-inG. ralf wiTTKowsKi, Dipl.-inG. axEl poHl,
Dipl.-inG. rEinHarD TäGEr ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp Steel Europe hat gemeinsam mit einem Lackhersteller als erster Bandbeschichter in Europa
ein wasserabsorbierendes Coil Coating Lacksystem für Stahloberflächen entwickelt: PLADUR ® Antikondensat
kommt im Baubereich zum Einsatz und ist ein kosteneffizientes Alternativprodukt zur konventionell
verwandten Vliesfolie. Das Beschichtungssystem kann ohne Zusatzinvest auf den bestehenden Bandbeschichtungsanlagen
(BBA) von ThyssenKrupp Steel Europe produziert werden. Der Zwei-Schichtaufbau
aus Korrosionsschutzprimer und funktionalem Decklack wurde für Industrie- und Nutzgebäude mit ungedämmten
Dächern und Wänden entwickelt. Die Antikondensatfunktion verhindert wirkungsvoll die Bildung
von Schimmelpilzen durch Feuchtigkeit und schützt Menschen, Waren und Maschinen vor gesundheitlichen
bzw. wirtschaftlichen Schäden. Das innovative Beschichtungssystem wurde bereits erfolgreich in
den Markt eingeführt und bietet den Kunden neben Kostenvorteilen architektonische Gestaltungsfreiheit,
da PLADUR ® Antikondensat unabhängig vom Neigungswinkel und farbvariabel verbaut werden kann.
Inhalt / 05

06 / Inhalt
22 /
28 /
22 / Solabs ® 2
Regenerative Energiegewinnung durch solaraktives Fassadenmodul
für den Industrie- und Gewerbebau
Dr. rEr. naT. roMan Glass ThyssenKrupp Steel Europe AG
Dipl.-inG. anDrEas liTZKow ThyssenKrupp Bausysteme GmbH
32 /
38 / 44 /
Dr.-inG. lars pfEiffEr, Dr. rEr. naT. BETTina wErnEr ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp Steel Europe hat zusammen mit den Tochtergesellschaften der Geschäftseinheit Color/
Construction ein neues Sandwich-Fassadenmodul entwickelt, das zur Wärmeenergie-Bereitstellung in Gewerbe-
und Industriegebäuden verwendet werden kann. Das Solabs ® 2-Fassadenmodul ist analog einem Standardmodul
aufgebaut und besteht aus einem Dämmkern mit beidseitig schubsteif verbundenem, bandlackiertem
Qualitätsstahl. Die Farbe für die Außenseite des Fassadenmodules ist so gewählt, dass ein hoher Absorptionsgrad
der Sonnenstrahlung und damit ein hoher Energieeintrag erreicht wird. In den Dämmkern ist zusätzlich
ein Rohrleitungssystem eingebracht, das mit der Fassadenaußenseite verbunden ist, sodass die auftreffende
Solarstrahlung in Form von Wärme genutzt werden kann. Gemeinsam mit einem Kunden, einem Architekten
und einem Systempartner wird aktuell ein Referenzgebäude unter Verwendung von solchen Modulen errichtet.
Nach erfolgreichem Abschluss des Projektes wird eine Markteinführung des solaraktiven Fassadenmodules
angestrebt.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
28 / HD – Hochduktile mikrolegierte Feinkornbaustähle
Neue Produktserie für die Kaltumformung
MaTTHias Gruss, Dipl.-inG. MaxiMilian naGEl, Dipl.-inG. pETEr HöfEl Hoesch Hohenlimburg GmbH
Hochduktile (HD) Stahlgüten erweitern die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten im automobilen Leichtbau.
Der neue Werkstoff HSM 700 HD von Hoesch Hohenlimburg setzt dabei Maßstäbe durch die Kombination
aus Streckgrenzen von mindestens 700 MPa und Bruchdehnung von ca. 20 %. Ermöglicht werden diese
Werte durch ein neuartiges Mikrolegierungskonzept, das auf dem Einsatz von Niob beruht. Gepaart mit einer
exakt definierten Prozessroutine beim Warmwalzen und dem anschließenden Abkühlprozess lassen sich die
Streubänder der mechanischen Kennwerte so erheblich reduzieren.
32 / Gründung von Heliostaten für Solarkraftwerke
Einbringung dünnwandiger Stahlrohre mit Spezialgerät
Dr.-inG. JoHannEs KöcHEr, Doris BEcKEr-spoHr ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH
Solarthermische Kraftwerke und Anlagen basieren auf dem Prinzip, dass das Sonnenlicht über eine Vielzahl
von Spiegeln auf einen engen Punkt auf einem Receiver-Turm fokussiert wird und hier eine enorme Hitze zur
Erzeugung von Heißdampf erzeugt, der zum Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Die vielen tausend Spiegel, die für eine solche Anlage benötigt werden, müssen sicher am Boden verankert
werden. Hierzu hat ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik als Hersteller von Baumaschinen und Komponenten
für den Spezialtiefbau ein spezielles Werkzeug sowie ein Verfahren entwickelt, womit derartige Bodenveran-
kerungen bzw. Gründungen schnell, wirtschaftlich und problemlos ausgeführt werden können.
38 / iwalk ®
Ein Meilenstein in der Fahrsteigindustrie
Dipl.-inG. MiGuEl GonZÁlEZ alEManY ThyssenKrupp Elevator (ES/PBB) GmbH
Der iwalk ® ist der neue Fahrsteig von ThyssenKrupp Elevator. Größter Vorteil dieses neuartigen Anlagetyps:
Der Platzbedarf wurde im Vergleich zu herkömmlichen Modellen gleich in mehreren Dimensionen verringert.
Das neue Design reduziert die Einbautiefe um mehr als 50 % – so kann die Horizontalvariante des iwalk ®
direkt auf dem vorhandenen Boden installiert werden. Das senkt den Konstruktionsaufwand für die
Installation und die Kosten. Gleichzeitig sorgt ein modulares Konzept für eine größere Flexibilität und bietet
enorme Vorteile bei der Produktion, Logistik und Installation. Diese Innovation stellt eine neue Konzeption
der Fahrsteigtechnologie dar, die neben allen Produktvorteilen zu einer bedeutenden Steigerung des
Kundennutzens führt.
44 / Mini-PROven
Emissionsreduzierung an kleinen und mittleren Koksöfen mit
einer Einzelkammerdruckregelung
Dr. rEr. naT. friEDricH HuHn, Dipl.-inG. franK KrEBBEr, Dr.-inG. Joanna KüHn-GaJDZiK, KErsTin üBErscHär
ThyssenKrupp Uhde GmbH
Ein möglichst emissionsarmer Kokereibetrieb ist aus Umwelt- und Arbeitsschutzgründen immer wichtiger
geworden. Veränderliche Druckverhältnisse in jedem Einzelofen mit besonders hohen Werten zu Beginn
der Ausgarungszeit haben in der Vergangenheit zu erheblichen Emissionen an den Ofenverschlüssen
geführt. Zur Vermeidung hat ThyssenKrupp Uhde für moderne Großraumöfen das Einzelkammerdruck-
regelungssystem PROven™ (Pressure Regulated Oven) entwickelt, das eine Regelung des Druckes in den
individuellen Verkokungskammern auf einem konstant niedrigen Niveau erlaubt. Dieses inzwischen lang-
jährig bewährte System wurde konstruktiv und verfahrenstechnisch so erweitert, dass es zukünftig als
Mini-PROven auch an älteren kleinen und mittelgroßen Koksofenbatterien zur Verbesserung des
Umweltschutzes nachgerüstet werden kann.
Inhalt / 07

08 / Inhalt
50 /
70 /
56 /
76 /
50 / Moderne, getriebelose Antriebssysteme für durchsatzstarke Bandförderer
GünTHEr KErKHoff BsEE, Dipl.-inG. pETEr sEHl, VlaDiMir sVirsKY MsME ThyssenKrupp Robins Inc.
In vielen Bergbaugebieten sinkt die Erzqualität. Neue Minen entstehen in immer abgelegeneren Gebieten.
Die Gruben werden tiefer und harte Erze werden zunehmend unter Tage abgebaut. Das bringt neue Heraus-
forderungen mit sich: Es muss immer mehr Material über größere Entfernungen transportiert werden. Mit
den wachsenden Fördergut-Volumina steigen gleichzeitig die hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit der
Förderanlagen. Vor diesem Hintergrund müssen die Anlagen mit modernen Antriebssystemen ausgestattet
sein, die eine hohe Zuverlässigkeit garantieren.
56 / Energieeffiziente Zweiwalzenmühle
YasHwanT saKHarDanDE B.TEcH, arVinD KarMarKar B.E. (MEcH) ThyssenKrupp Industries India Pvt Ltd.
Aufgrund der Nachfrage des Marktes nach energieeffizienten Systemen hat ThyssenKrupp Industries India
eine äußerst sparsame Zweiwalzenmühle ohne Abfallplatte entwickelt, um die Nachteile der herkömmlichen
Dreiwalzenmühle, wie Reibungsverluste, Komplexität und Verschleiß, zu umgehen. Sie spiegelt die Pionier-
rolle von ThyssenKrupp Industries India in der indischen Zuckerindustrie wider. Mühlen sind ein bedeuten-
der Stromverbraucher in der Zuckerindustrie, eine energieeffiziente Variante war daher dringend notwendig.
Angesichts der großen Marktpräsenz in der Zuckerindustrie bemüht sich ThyssenKrupp Industries India stets
um energieeffizientere Systeme und Prozesse in allen Bereichen der Zuckerproduktion.
64 /
80 /
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
64 / POLAB ® Shuttle
Die neue Generation der Laborautomation
Dipl.-inG. HuGo HassMann ThyssenKrupp Polysius AG
In der Zement- und Baustoffindustrie ist eine umfassende und zeitnahe Qualitätsanalyse des gesamten
Herstellungsprozesses unerlässlich. Neben den repräsentativen Probenahmen in den verschiedenen
Prozessstufen sind Probenvorbereitung und Probenanalyse entscheidende Faktoren für die Überwachung
der Qualität des Endproduktes. Der zunehmende Einsatz von Ersatzbrennstoffen und Ersatzrohstoffen erfor-
dert ein hochflexibles und ständig verfügbares Laborautomationssystem, um heutigen und zukünftigen
Anforderungen gerecht zu werden. Mit POLAB ® Shuttle ist es gelungen, eine frei konfigurierbare Labor-
automation mit gemeinsamem Mensch-Maschine-Arbeitsraum zu entwickeln.
70 / Machine Diagnostic Interface ’MDI-Wind’
Online Condition Monitoring System nicht nur für Windenergieanlagen
Dipl.-inG. anDrEas EicKE ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) zum Schutz von hochwertigen Investitionen, wie Wind-
energieanlagen oder auch anderen größeren Maschinen und Anlagen in der Industrie, gewinnt zunehmend
an Bedeutung. ThyssenKrupp System Engineering hat dazu ein ’Machine Diagnostic Interface’ (MDI) ent-
wickelt, das Hardware-seitig auf bewährten und zuverlässigen Standardkomponenten basiert. Software-seitig
wurde ein hauseigenes ausgereiftes Mess- und Automatisierungssystem genutzt, das sich in vielen Jahren
in Test- und Montageanlagen in der Automobil- und Zulieferindustrie bewährt hat. Das grundlegende Konzept
des Conditon Monitoring Systems (CMS) sowie wesentliche technische Elemente des MDI werden vorgestellt.
Die Entwicklung wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.
76 / Käfigentwicklung für Großwälzlager in der Windenergietechnik
Dr.-inG. JörG rollMann, Dr.-inG. wilfriED spinTiG, Dipl.-inG. sTEfan scHniEDEr, Dipl.-inG. rEinHarD JürGEns
Rothe Erde GmbH
Großwälzlager sind eine wesentliche Komponente im Antriebsstrang einer Windkraftanlage. Sie werden
als Flügelverstelllager und Turmhauslager eingesetzt. Die Wälzkörper in diesen Lagern werden vorzugsweise
durch Stahlkäfige voneinander getrennt. Zur Vermeidung von Verschleiß wurde bei Rothe Erde ein Verfahren
zur Kunststoffbeschichtung von Käfigen entwickelt. Bei dem Einsatz der kunststoffbeschichteten Käfige in
unterschiedlichen Versuchen an hoch belasteten Blattlagern (Ø 2m) konnte eine erhebliche Steigerung der
Verschleißfestigkeit gegenüber unbeschichteten Käfigen nachgewiesen werden. Nach Integration des
Beschichtungsverfahrens in die Fertigungslinie der Käfige gehören diese heute zum Rothe Erde Standard in
der Ausrüstung von Lagern für Windenergieanlagen, die insbesondere im Offshore-Bereich eingesetzt werden.
80 / DampTronic ® select
Dipl.-inG. olE GöTZ, Dipl.-inG. Klaus scHMiDT ThyssenKrupp Bilstein Suspension GmbH
Mit dem von ThyssenKrupp Bilstein Suspension entwickelten zweistufigen Dämpfungssystem DampTronic ®
select wird die Lücke zwischen konventionellen, passiven Stoßdämpfern und aufwendigen elektronisch
stufenlos verstellbaren Dämpfern geschlossen. Der Kunde muss sich bei seiner Fahrzeugkonfiguration nicht
entscheiden, ob er ein Normal- oder ein Sportfahrwerk möchte, er kann mit einem Schalter am Armaturen-
brett zwischen zwei Fahrwerkseinstellungen umschalten. Das Herzstück der Innovation ist das DampTronic ®
select Ventil, das in einem sehr kompakten Bauraum zwei weitgehend unabhängig abstimmbare Dämpfkraft-
kennlinien bereitstellt. Durch niedrige Bauteilkosten und geringen Integrationsaufwand konnten die System-
kosten so stark reduziert werden, dass das System sogar für die Kompakt- und Kleinwagenklasse attraktiv ist.
Inhalt / 09

10 /
Tailored Tempering: Funktionale Bauteilherstellung mit
temperierten Werkzeugsegmenten
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Tailored Tempering
Maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften
für warmumgeformte Bauteile
Dipl.-inG. sascHa siKora Projektleiter, FuE ThyssenKrupp steel Europe aG Dortmund
Dipl.-inG. JanKo BaniK Projektingenieur, FuE ThyssenKrupp steel Europe aG Dortmund
Dr.-inG. sTEpHané Graff Fachkoordinator, FuE ThyssenKrupp steel Europe aG Dortmund
Dipl.-inG. roBErT laurEnZ Fachkoordinator, FuE ThyssenKrupp steel Europe aG Dortmund
Dr.-inG. franZ-JosEf lEnZE Projektkoordinator Warmumformung, FuE ThyssenKrupp steel Europe aG Dortmund
In der Automobilindustrie sind in den letzten Jahren die Anforderungen im Hinblick auf
die Crash-Eigenschaften und den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge aufgrund veränderter
Randbedingungen konsequent gestiegen. Verfahren, wie das Presshärten von Mangan-
Bor-Stählen, können einen wirtschaftlichen Beitrag zur Reduzierung des Karosserie-
gewichtes bei optimierten Gebrauchseigenschaften leisten. Seitens ThyssenKrupp Steel
Europe wurde das Presshärten durch eine zusätzliche Alternative weiterentwickelt. Bei dem
neu entwickelten Verfahren, dem so genannten ’Tailored Tempering’ Prozess, kann durch
eine gezielte Steuerung des Abkühlprozesses im Umformwerkzeug das gesamte Festigkeitsspektrum,
den der Werkstoff Stahl bieten kann, ausgenutzt werden.
Presshärten
Im Spannungsfeld von Globalisierung, Kosteneffizienz
und Emissionsschutz ermöglicht Stahl in der Karosseriefertigung
vielfältige und neue Lösungsansätze. Die tempe-
rierte Umformung, wie der Härtungsprozess, der in der
Bauteilfertigung auch als Presshärten bezeichnet wird,
bietet mit dem Stahlwerkstoff MBW ® 1500 die Möglichkeit,
neue Potenziale für einen wirtschaftlichen Leichtbau zu
realisieren. In der Automobilindustrie sind in den letzten
Jahren die Anforderungen im Hinblick auf die Crash-
Eigenschaften und den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge
aufgrund veränderter Randbedingungen konsequent
gestiegen. Um den gegenläufigen Zielen aus Sicherheits-
aspekten und Fahrzeuggesamtgewicht gerecht zu werden,
werden Leichtbaukonzepte mit innovativen Konstruktions-
und Verfahrenstechniken entwickelt und umgesetzt.
Verfahren wie das Presshärten von Mangan-Bor-
Stählen können dazu beitragen, diese Anforderungen zu
erfüllen. Durch eine geeignete Kombination von Fertigungs-
/ 11
technologien mit dem Werkstoff MBW ® 1500, lassen
sich mit Hilfe des Härtens Zugfestigkeiten von bis zu
1.600 MPa am fertigen Bauteil realisieren. Dieser Werkstoff
wird im Karosseriebau z.B. für A- und B-Säulen, Dach-
rahmen und Stirnwandquerträger eingesetzt. Die durch das
Härten eingestellten maximalen Zugfestigkeiten ermöglichen
eine Gewichtsreduzierung bei gleichzeitig hoher
Crash-Sicherheit. Zudem lassen sich, im Vergleich zu
hochfesten kaltumformbaren Werkstoffen, anspruchsvolle
Geometrien mit einer guten Maß- und Formgenauigkeit
ohne signifikante Rückfederung herstellen. Gegenüber der
Kaltumformung von höchstfesten Werkstoffen lässt sich
dabei der Werkstoff MBW ® 1500 aufgrund der zuvor durch-
geführten Austenitisierung und den damit reduzierten
Fließspannungen bei geringeren Presskräften umformen.
Dies ist einer der wesentlichen Vorteile des Presshärtens.
Generell ist die Warmumformung beziehungsweise das
Presshärten ein weltweit etabliertes Verfahren zur Her-
stellung von Karosseriestrukturbauteilen geworden.

12 / Tailored Tempering – Maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften für warmumgeformte Bauteile
Optimierungsansätze für gehärtete Strukturbauteile
Parallel zu der bereits genannten Möglichkeit der hohen
Festigkeitseinstellung durch das Härten des MBW ® 1500
besteht derzeit großes Interesse seitens der Karosserieentwickler,
eine lokale Festigkeitsreduzierung mit ver-
besserten Restbruchdehnungswerten in einem Bauteil
vorzunehmen. Dies resultiert aus den bei einer Bauteil-
belastung auftretenden Spannungen und den damit
verbundenen Verformungszuständen. Eine Verformung
bzw. Deformation eines Karosseriebauteiles würde unter
anderem durch die eingeleitete Energie bei einem
Crash entstehen. Um für das gehärtete Bauteil mehr
Verformungsreserve vorzuhalten, wird daher über eine
lokale Verbesserung der Duktilität in Form erhöhter Restbruchdehnungswerte
nachgedacht. Hierzu bestehen
in der Warmumformung generell mehrere technologische
Möglichkeiten. Allerdings müssen bei einer neuen
Technologieauslegung auch die wirtschaftlichen Ferti-
gungsaspekte berücksichtigt werden. Aus wirtschaftlicher
Sicht bietet sich an, die Einstellung lokaler mechanischer
Eigenschaften in den eigentlichen Presshärteprozess
zu verlagern, um Fertigungsschritte einzusparen.
ThyssenKrupp Steel Europe hat sich dieser Heraus-
forderung gestellt und ein solches Verfahren zur
gezielten lokalen Verbesserung der Duktilität unter
Beachtung der wirtschaftlichen Randbedingungen ent-
wickelt. Dabei wurde der Prozess für die so genannte
direkte Warmumformung’ ausgelegt. Diese sieht nach
der homogenen Austenitisierung der Formplatine eine
Umformung dieser im Werkzeug vor. Dabei wird nur ein
Umwandlungstemperatur [°C]
1.000
750
500
250
0
arbeitsbereich presshärten
Bild 1 / ZTU-Digramm für den Werkstoff MBW ® 1500
M
einziger Umformschritt zur Herstellung von Karosserie-
strukturbauteilen benötigt.
Tailored Tempering Prozess
Bei dem neu entwickelten ’Tailored Tempering’ Prozess,
wird das gesamte Festigkeitsspektrum, das ein Werkstoff
bieten, kann ausgenutzt. Werkstoffeigenschaften für
moderne Stahlwerkstoffe werden zum einen durch die
chemische Zusammensetzung und zum anderen durch
eine intelligente Wärmebehandlungsstrategie eingestellt.
Die dabei möglichen Gefügeumwandlungen werden
anhand von Zeit-Temperatur Umwandlungsschaubildern
(ZTU) dargestellt / Bild 1 /. Im Falle der Warmumformung
des Werkstoffes MBW ® 1500 wurde die Nutzung
dieses Werkstoffverhaltens gezielt in das Umformwerkzeug
implementiert.
Durch den Einsatz eines partiell beheizten Werkzeuges
wird die Möglichkeit eröffnet, lokal eine langsamere
Abkühlung des zuvor im Erwärmungsofen austenitisierten
Werkstoffes zu erzielen. Während das Material im
nicht beheizten Werkzeugsegment einer hohen Abkühlgeschwindigkeit
unterworfen wird, sodass sich ein marten-
sitisches Gefüge ausbildet, wird durch eine Verringerung
der Abkühlgeschwindigkeit im beheizten Werkzeugsegment,
je nach Prozessführung, ein ferritisch-
perlitisches oder ferritisch-bainitisches Gefüge realisiert.
Durch die martensitische Gefügeumwandlung wird eine
Festigkeit von 1.500 MPa, durch die ferritisch-bainitische
Gefügeumwandlung eine Festigkeit von 650 MPa erreicht.
10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3
Sp
Sp
B
35 70
F
40*
Sp
45
70*
25
M
P
70*
30*
475 465 375 270 210 180 160
2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8
Abkühldauer t8/5 [s]
arbeitsbereich Tailored Tempering
Ac 3
Ac 1
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Über die jeweils gewählte Werkzeugtemperatur lassen
sich somit anforderungsgerechte mechanische Eigenschaften
im Werkstoff und somit im Bauteil einstellen.
Das resultierende Gefüge wird über die gewählten
Abkühlgeschwindigkeiten eingestellt und indirekt durch
die gewünschten mechanischen Eigenschaften am Bauteil
bestimmt. Durch diesen abgestimmten Prozess ist es
möglich, die Werkstoffeigenschaften sehr gezielt einzustellen
und diese auch lokal zu begrenzen
Technologische Umsetzung
Im Rahmen des ThyssenKrupp Sonderforschungsprojektes
InCar ® (siehe auch ThyssenKrupp techforum,
Ausgabe 1/2011) wurden nach diesem Verfahren Bauteile
aus MBW ® 1500 in einem seriennahen Versuchswerkzeug
hergestellt. Eine innovative Lösung aus diesem Projekt
ist die B-Säule, die unter anderem durch das Tailored
Tempering Verfahren aus dem genannten Werkstoff hergestellt
wurde. B-Säulen sind tragende Elemente und sicherheitsrelevante
Bauteile der Fahrgastzelle. Die Vorgaben an
die einzustellenden Festigkeiten dieses Bauteiles wurden
zunächst anhand einer durchgeführten Crash-Simulation
ermittelt. Dabei wurde die B-Säule unter anderem nach
dem auftretenden Hauptlastfall aus dem IIHS-Test
(Insurance Institute for Highway Safety) des Gesamtfahrzeuges
ausgelegt. Aus den resultierenden Deformationsergebnissen
wurde ersichtlich, dass im unteren Bereich
der B-Säule Dehnungswerte von 15 % und Festigkeiten
von 650 MPa zur Erfüllung der Crash-Anforderungen vorliegen
müssen. Durch einen duktilen Fußbereich der
FEM-Simulation Gefügeumwandlung
Blechstärke
2,5 mm
Bild 2 / FEM-Simulation mit gekoppelter Gefügeumwandlung
Übergangsbereich
Tailored Tempering – Maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften für warmumgeformte Bauteile / 13
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80.
0.75
0.70
0.65
0.60.
0.55
0.50
0.45.
0.40
0.35
0.30.
0.25
0.20
0.15.
0.10
0.05
0.00
Martensitanteil
1 = 100 %
0 = 0 %
B-Säule kann die kinetische Energie gezielt abgebaut
werden, wobei der obere höchstfeste Bereich die benötigte
Knicksicherheit bietet. Eine warmumgeformte B-Säule
mit konstanten höchstfesten Eigenschaften hätte bei der
gegebenen Geometrie die Crash-Anforderungen dieses
Fahrzeuges nicht erfüllt.
Zur Absicherung der generellen Machbarkeit aus
umformtechnischer Sicht, wurde vor der Herstellung des
Prototypenwerkzeuges eine thermomechanisch gekoppelte
FEM-Simulation (Finite-Elemente-Methode) durchgeführt.
Die theoretisch mit dem Tailored Tempering Verfahren
einstellbaren mechanisch-technologischen Eigenschaften
sind in Abhängigkeit der Abkühlhistorie vielfältig. Damit die
mechanischen Eigenschaften von Bauteilen resultierend
aus einem Tailored Tempering Umformprozess simulativ –
ähnlich einer Machbarkeitsanalyse – abgeschätzt werden
können, ist es demnach notwendig, ein genaues mathematisches
Modell zur Abbildung von Gefügeumwandlungen
anwenden zu können. ThyssenKrupp Steel Europe hat
hierzu ein eigenes Programm zur mathematischen
Beschreibung der Gefügeumwandlung entwickelt.
Somit konnten erstmals für temperierte Werkzeuge
auch die notwendigen Abkühlbedingungen und die daraus
resultierenden Gefügeumwandlungen prognostiziert werden
/ Bild 2 /. Aus den Simulationsergebnissen wurde ersichtlich,
dass sich verfahrensbedingt ein Übergangsbereich
zwischen weichem B-Säulenfuß und pressgehärtetem
oberen B-Säulenbereich einstellen wird. Diese Ergebnisse
dienten zur Auslegung der benötigten Werkzeugsegmente
und als Prozessparameter für die Bauteilherstellung.
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80.
0.75
0.70
0.65
0.60.
0.55
0.50
0.45.
0.40
0.35
0.30.
0.25
0.20
0.15.
0.10
0.05
0.00
Bainitanteil
1 = 100 %
0 = 0 %
550
525
500
475
450
425
400
375
350
325
300
275
250
225
200
175
Härte [HV]

14 / Tailored Tempering – Maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften für warmumgeformte Bauteile
Bild 3 / Thermografie einer B-Säule im Tailored Tempering Verfahren
Härte
[HV5]
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
übergangsbereich
0
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 [mm]
abstand von der Trennebene temperiertes und kaltes werkzeugsegment
übergangsbereich
Bild 4 / Härteverlauf einer B-Säule aus dem Werkstoff MBW ® 1500, hergestellt nach dem Tailored Tempering Verfahren
Temperature [°C]
550
20
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Bauteile mit Eigenschaftsprofil
Resultierend aus der vorausgegangenen Crash-Simulation
und der thermomechanisch gekoppelten FEM-Simulation,
konnte die Lage der gekühlten bzw. der temperierten
Werkzeugsegmente bestimmt werden. Mit diesen Anforderungen
wurde daher ein seriennahes Werkzeug aufgebaut,
das parallel aus wassergekühlten und elektrisch
beheizten Segmenten besteht. Die notwendige Prozessüberwachung
in der Warmumformung beziehungsweise
beim Presshärten wird im Wesentlichen über die Thermografie
ermöglicht. Auch bei der Herstellung der B-Säule
wurde diese eingesetzt. Sie ermöglicht die Ermittlung der
Wärmeverteilung und somit der Prozessstabilität innerhalb
des Bauteiles.
Anhand der Thermografie ist zu erkennen, dass die
Abkühlgeschwindigkeit des Werkstoffes durch temperierte
Werkzeugsegmente gezielt reduziert wurde / Bild 3 /.
Im Bereich des B-Säulenfußes liegt nach dem Öffnen des
Werkzeuges eine Temperatur > 550 °C vor, wobei der
Bereich der oberen B-Säule bei circa 80 °C liegt. Zwischen
den Temperaturbereichen ist ein stetiger Temperaturanstieg
zu beobachten. Dies ergibt sich aus dem
Verfahrensablauf, in dem Bereiche mit hohen und
niedrigen Abkühlraten eng nebeneinander vorliegen. In den
anschließenden Bauteiluntersuchungen wurde daher der
Fokus auf die Ermittlung des Härteübergangsbereiches
und der Maßhaltigkeit gelegt.
Anhand der ermittelten Härtewerte kann nun ein
Rückschluss auf die Größe des Übergangsbereiches gezogen
werden bzw. ein Abgleich mit der FEM-Simulation
erfolgen / Bild 4 /. Obwohl die Werkzeugsegmente mit den
jeweils unterschiedlichen Temperaturen konstruktiv unter
5 mm nebeneinander liegen, liegt der Härteübergangsbereich
bei einer Größenordnung von 50 mm. Dabei
liegt ein stetiger, nicht sprunghafter Härteanstieg vor.
Neben den Härtewerten wurden weitere mechanischtechnologische
Kennwerte in dem B-Säulenfuß und im
oberen Bereich der B-Säule ermittelt. Die im duktilen
Bereich ermittelten Festigkeiten liegen auf dem Niveau
der zuvor in den Grundlagenuntersuchungen ermittelten
Eigenschaften von 650 MPa.
Aufgrund der nach der Umformung vorliegenden
Temperaturgradienten im Bauteil wurden Untersuchungen
hinsichtlich der Maßhaltigkeit aufgrund von Temperaturverzug
durchgeführt. Hierzu wurde das beschnittene
Bauteil mit der Sollgeometrie aus den CAD-Daten
(Computer Aided Design) verglichen. In der Regel lag
die Maßabweichung unterhalb von 1 mm. Dies ist für ein
Tailored Tempering – Maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften für warmumgeformte Bauteile / 15
Prototypenbauteil ein gutes Ergebnis, sodass auf weitere
Optimierungsmaßnahmen verzichtet wurde. Durch eine
Vorhaltung im Werkzeug können Maßabweichungen in
einer späteren Serienfertigung kompensiert werden.
Parallel zur Absicherung der benötigten Festigkeitskennwerte
wurden auch fügetechnische Verarbeitungseigenschaften
im Schweißlabor untersucht. Die durch das
Tailored Tempering Verfahren eingestellten Festigkeitsbereiche
ließen sich bezüglich der Breite des
Schweißbereiches gut verarbeiten. Dabei liegen die
Schweißbereiche der jeweiligen Festigkeitseigenschaften
auf dem gleichen Schweißstromniveau. Dies liegt darin
begründet, dass die Festigkeiten über den Verarbeitungsprozess
eingestellt werden und nicht über eine
Variation der chemischen Zusammensetzung. Anhand
von Härteverläufen durch die Schweißlinse im
B-Säulenfuß wurde ersichtlich, dass durch die Festigkeitsreduzierung
die sonst beim MBW ® 1500 übliche
Erweichungszone im Wärmeeinflussbereich entfällt. Für das
Bauteil ergeben sich daraus weitere Vorteile für die
späteren Gebrauchseigenschaften an den Fügestellen,
wie zum Beispiel durch ein erhöhtes Energieaufnahmevermögen
im Schweißpunkt. Ein weiterer Vorteil dieses
Verfahrens besteht darin, dass in den Tailored Tempering
Bereichen ein entsprechendes Anwendungspotenzial
für mechanische Fügeverfahren, wie zum Beispiel das
Clinchen, besteht.
Fazit
Wie in der durchgeführten Forschungsarbeit dargestellt
wurde, kann durch eine Anhebung der Werkzeugtemperatur
und der damit verbundenen Reduzierung der Abkühlgeschwindigkeit
eines zuvor homogen austenitisierten
Werkstoffes MBW ® 1500 die Festigkeit analog zur Härte
eingestellt werden. Bei entsprechender Werkzeugtemperatur
können somit die Duktilitätseigenschaften gezielt
erhöht werden. Diese Tatsache trägt dazu bei, lokale
Festigkeitseigenschaften in warmumgeformten Bauteilen
zu realisieren. Dies wurde am Beispiel einer B-Säule nachgewiesen.
Durch die lokale Anpassung der Gefügestruktur
und somit der Festigkeiten, kann das Versagensverhalten
crash-relevanter Strukturbauteile positiv beeinflusst
werden. Daher wird das entwickelte Tailored Tempering
Verfahren aufgrund der positiven Ergebnisse hinsichtlich
der Werkstoffeigenschaften und der Wirtschaftlichkeit
zeitnah zur Herstellung von B-Säulen in der Großserienfertigung
umgesetzt.

16 /
PLADUR ® Antikondensat für eine trockene Innenraumgestaltung
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
PLADUR ®
Funktionale Oberfläche für
trockene Innenraumgestaltung
ThyssenKrupp Steel Europe hat gemeinsam mit einem Lackhersteller als
erster Bandbeschichter in Europa ein wasserabsorbierendes Coil Coating
Lacksystem für Stahloberflächen entwickelt: PLADUR ® Antikondensat
kommt im Baubereich zum Einsatz und ist ein kosteneffizientes Alternativprodukt
zur konventionell verwandten Vliesfolie. Das Beschichtungs-
system kann ohne Zusatzinvest auf den bestehenden Bandbeschichtungsanlagen
(BBA) von ThyssenKrupp Steel Europe produziert werden.
Der Zwei-Schichtaufbau aus Korrosionsschutzprimer und funktionalem
Decklack wurde für Industrie- und Nutzgebäude mit ungedämmten
Dächern und Wänden entwickelt. Die Antikondensatfunktion verhindert
wirkungsvoll die Bildung von Schimmelpilzen durch Feuchtigkeit und
schützt Menschen, Waren und Maschinen vor gesundheitlichen bzw.
wirtschaftlichen Schäden. Das innovative Beschichtungssystem wurde
bereits erfolgreich in den Markt eingeführt und bietet den Kunden neben
Kostenvorteilen architektonische Gestaltungsfreiheit, da PLADUR ®
Antikondensat unabhängig vom Neigungswinkel und farbvariabel verbaut
werden kann.
/ 17
Antikondensat
BEaTE fuGMann Projektingenieurin Entw. Flacherzeugnisse, GE Color Constr. ThyssenKrupp steel Europe aG Eichen
Dr. rEr. naT. BETTina wErnEr Teaml. Entw. Flacherzeugnisse, GE Color Constr. ThyssenKrupp steel Europe aG Eichen
Dipl.-inG. ralf wiTTKowsKi Teamkoord. Produktion Siegerland, GE Color Constr. ThyssenKrupp steel Europe aG Eichen
Dipl.-inG. axEl poHl Teamleiter Vertrieb Flacherzeugnisse, GE Color Constr. ThyssenKrupp steel Europe aG Eichen
Dipl.-inG. rEinHarD TäGEr Geschäftsleitung, GE Color Constr. ThyssenKrupp steel Europe aG Eichen

18 / PLADUR ® Antikondensat – Funktionale Oberfläche für trockene Innenraumgestaltung
Hintergrund
Lagerhallen, Produktionsstätten, Sporthallen, landwirtschaftliche
Betriebsgebäude, Stallungen, Reithallen und
Unterstellplätze für Maschinen und Fahrzeuge werden
oft aus einschaligen, nicht wärmegedämmten Dachund
Wandelementen gebaut. Aufgrund von Temperaturdifferenzen
zwischen kalter Gebäudeaußenseite und
warmer Innenseite (sog. Kältebrücken) bildet sich an den
Innenflächen von Dach und Wand häufig Kondenswasser.
Gerade bei Flachdächern, wie sie im Industriebau üblich
sind, kommt es an Staustellen oder auch großflächig zu
unkontrollierbarem Heruntertropfen von Wasser. Um zu verhindern,
dass Wasser auf Lagergut, Tiere oder Menschen
tropft bzw. dass sich gefährliche Schimmelpilze an Feuchtstellen
bilden, können die ungedämmten Elemente mit
einer wasserabsorbierenden Vliesfolie versehen werden.
Aufgrund von Kapillarwirkung lagert sie Feuchtigkeit ein,
die Wasseraufnahmefähigkeit ist allerdings abhängig vom
Verbauungswinkel. Materialbedingt sind Vliesfolien nur
in einem einheitlichen grau lieferbar und neigen aufgrund
der rauen Oberfläche zu sichtbaren Verschmutzungen.
Um Architekten und Bauherren mehr Gestaltungsfreiraum
im Industrie- und Nutzhallenbau zu ermöglichen,
entwickelte ThyssenKrupp Steel Europe in enger
Zusammenarbeit mit den Kunden ein funktionales
Beschichtungssystem mit der Bezeichnung ’PLADUR ®
Bild 1 / Bandbeschichtungsprozess für PLADUR ® Antikondensat
Antikondensat’. Dieses bandbeschichtungsfähige Alternativprodukt
zur Vliesfolie weist adäquate Absorptions-
und Desorptionseigenschaften auf und hat eine glatte,
hochwertige Optik. Das lackierte Produkt ist preislich
attraktiv, variabel einsetzbar und kann je nach Kundenwunsch
auch farbig gestaltet werden.
Entwicklung und Applikation von PLADUR ®
Antikondensat
Das Produkt PLADUR ® Antikondensat wurde auf dem
Substrat ZM EcoProtect ® (ZM = Zink-Magnesium) entwickelt
und besteht aus einem Zwei-Schichtaufbau. Der Beschichtungsprozess
ist im / Bild 1 / dargestellt.
Nach der Applikation einer Cr- und Co-freien Vorbehandlung
wird im ersten Coater-Schritt ein Primer aufgebracht
und anschließend thermisch vernetzt. Der Primer
schützt Fläche und Schnittkanten im Endprodukt vor
Korrosion. Besonders wichtig ist die Optimierung der
Primer-Eigenschaften bzgl. Substrathaftung, Haftung zum
Decklack, Wasserdiffusion und -einlagerung im Hinblick
auf die spätere Feuchteanwendung im verbauten Zustand.
Nach dem Auslauf aus dem Primer-Ofen wird der
funktionale Decklack appliziert. Die wasserabsorbierende
Wirkung wird durch das Einbringen von funktionalen
Mikropartikeln in die Beschichtung erreicht. Durch die
richtige Temperaturführung im Decklackofen können
Bandvorbehandlung
Primer-Ofen
Primer-Coater
Decklack-Ofen
Decklack-Coater
PLADUR ® Antikondensat
Intelligente Kühlung
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 2 / Profilierwerk Eichen: Rollformung eines mit PLADUR ® Antikondensat beschichteten,
lackierten Stahlbleches zu einem Trapezprofil
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
sich die Partikel in der Lackoberfläche anreichern und
werden durch das vernetzende Bindemittel fest in den
Verbund eingebaut. Nach Durchlaufen des Decklackofens
wird das heiße, beschichtete Stahlband wassergekühlt.
Eine spezielle Kühleinrichtung und eine intelligente Anlagen-
führung sorgen dafür, dass beim Aufhaspeln keine
Feuchtigkeit in das Stahlband eingewickelt wird.
Verarbeitung von PLADUR ® Antikondensat
Durch den Einsatz von PLADUR ® Antikondensat als Ersatz
für Vliesfolie kann in der werksinternen Verarbeitung des
Coils zu einem einschaligen Bauelement Zeit und Geld
gespart werden. Bei Verwendung eines Vliesfolien-
produktes muss das ca. 1 mm dicke Folienfell nach dem
Bandbeschichtungsprozess an einem weiteren Aggregat
aufgeklebt werden. Dieser zusätzliche Arbeitsschritt
kann durch die direkte Aufbringung der Funktionsschicht
in der Bandbeschichtungsanlage vermieden werden. Das
organisch veredelte Coil wird dem Bauteilwerk mit seinen
Profilierungsanlagen direkt zugeführt und dort zum
gewünschten Endprodukt umgeformt. Die / Bilder 2 und 3 /
zeigen den Profiliervorgang eines beidseitig beschichteten
Stahlbleches zu einem Trapezprofil.
PLADUR ® Antikondensat – Funktionale Oberfläche für trockene Innenraumgestaltung / 19
Bild 3 / Stapellagerung der profilierten Trapezprofile
Blechunterseite: weiße PLADUR ® Antikondensat-Beschichtung für die Gebäudeinnenseite;
Blechoberseite: bandlackierte graue PLADUR ® -Beschichtung in RAL 9002 (normiert durch
RAL gGmbH) für die Gebäudeaußenseite
Die innen (d.h. unten) liegende Antikondensatbeschich-
tung lässt sich ohne zusätzliche Schutzfolie riss- und abdruckfrei
umformen und stapeln. Neben der Zeit- und
Kostenersparnis ergibt sich ein weiterer Vorteil: der Lack-
film ist mit einer Gesamtschichtdicke von ca. 40 µm wesentlich
dünner als die Vliesfolie. Dadurch können größere
Banddicken profiliert und kleinere Umformradien ohne
Oberflächenbeschädigung realisiert werden. Das fertige
Bauteil weist eine im Vergleich zum Vliesfolienprodukt
hochwertigere, glattere Anmutung auf.
Eigenschaften von PLADUR ® Antikondensat
Ziel der Entwicklung war es, ein zu handelsüblicher Vlies-
folie gleichwertiges Antikondensatprodukt mit einer funktionalen
Lackbeschichtung zu realisieren. Die Grafik im
/ Bild 4 / zeigt das Absorptionsverhalten der Beschichtung
im Vergleich zu einem kommerziellen Vliesfolienprodukt.
Im sog. Konstantklima-Test werden bei 40 °C und 100 %
Luftfeuchtigkeit die Lackoberfläche und die Vliesfolie in
einem Neigungswinkel von 90° über einen Zeitraum von
168 h mit Feuchtigkeit beladen. In den ersten 24 Stunden
zeigen Lack- und Folienprodukt ein ähnliches Wasserauf-
nahmeverhalten. Danach trennen sich die Kurven, die

20 / PLADUR ® Antikondensat – Funktionale Oberfläche für trockene Innenraumgestaltung
[g/m 2 ]
600
500
400
300
200
100
0
PLADUR ® Antikondensat
Bild 4 / Vergleich der Wasseraufnahme im Konstantklima-Test (40 °C,
100 % Luftfeuchtigkeit) bei einem Neigungswinkel von 90° zwischen einer
handelsüblichen Vliesfolie und PLADUR ® Antikondensat über eine Testdauer
von 168 h
Wasserabsorption der Vliesfolie bleibt mit ca. 280 g/m 2
konstant, während die Feuchteabsorption von PLADUR ®
Antikondensat weiter bis auf ca. 500 g/m 2 ansteigt. Die
Lackoberfläche erreicht ihr Sättigungsplateau nach 120
Stunden, die Menge an aufgenommenem Wasser ist mit
ca. 500 g/m 2 fast doppelt so hoch wie bei der hier getesteten
Vliesfolie.
Bzgl. der Wasserabgabe verhalten sich beide Oberflächen
annähernd gleich: bei der notwendigen ausreichenden
Belüftung gibt sowohl die Vliesfolie als auch die
Antikondensat-Beschichtung die absorbierte Feuchtigkeit
innerhalb von 4 Stunden wieder ab. / Bild 5 / verdeutlicht
dies.
Durch die Applikation eines optimierten Zwei-Schichtaufbaus
kann das Produkt auch in korrosiver Umgebung,
wie z.B. in landwirtschaftlichen Betrieben, eingesetzt
werden. Der Korrosionsschutz der Stahlbauteile bleibt nachhaltig
gewahrt.
[h]
Vlies
1 2 3 4 5 6 24 48 120 144 168
Bild 6 / Dacheindeckung einer Industriehalle mit PLADUR ® Antikondensat, Bauvorhaben Leipheim
[g/m 2 ]
300
250
200
150
100
50
0
PLADUR ® Antikondensat
Vlies
0 1 2 3 4 5
[h]
Bild 5 / Vergleich der Wasserabgabe nach Lagerung bei Normklima
(20 °C, 55 % Luftfeuchtigkeit) bei einem Neigungswinkel von 90°
zwischen einer handelsüblichen Vliesfolie und PLADUR ® Antikondensat
über eine Testdauer von 5 h
Physikalisch betrachtet ist die Neuentwicklung PLADUR ®
Antikondensat dem konventionell eingesetzten Vliesprodukt
überlegen. Ebenso verhält es sich auch im
Hinblick auf Herstellkosten und -dauer. Gegenüber dem
Vliesfolienprodukt kann ein Preisvorteil realisiert werden –
ein wertvoller Faktor im hart umkämpften einschaligen
Industriebau. Darüber hinaus ist das beschichtete Produkt
universell einsetzbar. Durch seine Fähigkeit, Wasser in
jeder Winkellage in den funktionalen Mikropartikeln zu
speichern, ist der Einsatz von PLADUR ® Antikondensat
nicht vom Neigungswinkel abhängig. Das Produkt kann
daher in Steildächern, Flachdächern und in der Wand eingesetzt
werden. Neben den technischen und wirtschaftlichen
Vorteilen bietet PLADUR ® Antikondensat aber noch
mehr: die glatte, weiße Oberfläche verleiht dem Produkt
eine hochwertige Anmutung und reflektiert viel Licht,
sodass eine helle, freundliche Arbeitsumgebung entsteht.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 7 / Farbige Parkdeckgestaltung mittels Additivdecke, Parkhaus des Rijnstate Hospital in Arnheim/Niederlande
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Fazit und Ausblick
Mit PLADUR ® Antikondensat konnte ein innovatives,
hochwertig anmutendes und universell einsetzbares
Beschichtungssystem für den Einsatz in ungedämmten
Industriegebäuden, wie Lagerhallen, Ställen etc., ent-
wickelt werden. Das Beschichtungssystem verhindert
wirkungsvoll und nachhaltig die Bildung von Schimmelpilzen
bzw. das Ablaufen oder Heruntertropfen von
Kondensat. Neben den physikalischen Vorteilen, wie dem
höheren Wasserabsorptionsvermögen und dem individuell
anpassbaren Korrosionsschutz, ermöglicht die Coil-
Coating-Oberfläche einen kosten- und zeitoptimierten
Herstellungsprozess und eine verbesserte Verarbeitbarkeit
auf den Profilieranlagen. Durch die Reduzierung der
Gesamtschichtdicke auf 40 µm lässt sich das Stahlprodukt
mit engeren Radien umformen und kann dadurch z.B.
auch in tragenden Bauteilen eingesetzt werden.
PLADUR ® Antikondensat – Funktionale Oberfläche für trockene Innenraumgestaltung / 21
Der Verbau unabhängig vom Neigungswinkel bietet
Architekten viel Gestaltungsspielraum und eröffnet neue
Märkte für ThyssenKrupp Steel Europe. Das Produkt
PLADUR ® Antikondensat konnte innerhalb kurzer Zeit zur
Serienreife gebracht und im Markt platziert werden. Erste
Bauobjekte mit Kunden sind bereits realisiert / Bild 6 /.
Im nächsten Schritt soll eine Weiterentwicklung
bzw. Portfolio-Erweiterung bei PLADUR ® Antikondensat
erfolgen: Durch Einbau von Farbstoffen in den Decklack
oder durch Integration einer farbgebenden Schicht
zwischen Primer und Decklack soll die Endoberfläche noch
individueller gestaltet werden. Dabei werden RAL-Farbtöne
(normiert durch RAL gGmbH) von transluzent bis deckend
darstellbar. Dies ermöglicht den Architekten zusätzliche
Gestaltungsspielräume und eröffnet weitere Märkte für
Thyssenkrupp Steel Europe, wie z.B. die Produkteinführung
im Bereich Additivdecke für Parkhäuser / Bild 7 /.

22 /
Ästhetische Stahlhaut für Industriegebäude:
Eine Industriefassade von ThyssenKrupp Steel nutzt die Sonnenenergie.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Solabs ® 2
Regenerative Energiegewinnung durch solaraktives
Fassadenmodul für den Industrie- und Gewerbebau
Dr. rEr. naT. roMan Glass Senior Expert Neue Oberflächentechnologien u. Pilotfertigung, FuE ThyssenKrupp steel Europe aG Dortmund
Dipl.-inG. anDrEas liTZKow Qualitätsmanagement ThyssenKrupp Bausysteme GmbH Lübeck
Dr.-inG. lars pfEiffEr Teamkoordinator Qualität u. Entwicklung Geschäftseinheit Color/Construction ThyssenKrupp steel Europe aG Kreuztal
Dr. rEr. naT. BETTina wErnEr Teamleiterin Entwicklung Flach Geschäftseinheit Color/Construction ThyssenKrupp steel Europe aG Kreuztal
ThyssenKrupp Steel Europe hat zusammen mit den
Tochtergesellschaften der Geschäftseinheit Color/
Construction ein neues Sandwich-Fassadenmodul
entwickelt, das zur Wärmeenergie-Bereitstellung in
Gewerbe- und Industriegebäuden verwendet werden
kann. Das Solabs ® 2-Fassadenmodul ist analog
einem Standardmodul aufgebaut und besteht
aus einem Dämmkern mit beidseitig schubsteif
verbundenem, bandlackiertem Qualitätsstahl. Die
Farbe für die Außenseite des Fassadenmodules
ist so gewählt, dass ein hoher Absorptionsgrad
der Sonnenstrahlung und damit ein hoher Energie-
eintrag erreicht wird. In den Dämmkern ist zusätzlich
ein Rohrleitungssystem eingebracht, das mit der
Fassadenaußenseite verbunden ist, sodass die auftreffende
Solarstrahlung in Form von Wärme genutzt
werden kann. Gemeinsam mit einem Kunden, einem
Architekten und einem Systempartner wird aktuell
ein Referenzgebäude unter Verwendung von solchen
Modulen errichtet. Nach erfolgreichem Abschluss des
Projektes wird eine Markteinführung des solaraktiven
Fassadenmodules angestrebt.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
/ 23
Hintergrund
Die Einsparung von Energie sowie deren effizientere Nutzung sind seit
einigen Jahren – vor dem Hintergrund des anstehenden Klimawandels
und der erhöhten weltweiten Nachfrage nach Energie – stark in der
Diskussion. Die geforderte Reduktion des CO 2-Ausstoßes zum einen
und der Kostensenkungsdruck für die Bereitstellung von Energie
zum anderen veranlasst auch Kunden, beim Bau von Gewerbe- und
Industriegebäuden nach alternativen Konzepten und Produkten zu
suchen, um jetzt und auch in Zukunft diesen Herausforderungen gerecht
zu werden. Neben den bereits genannten Maßnahmen, wie Einsparung
und effizientere Nutzung, kann als weiterer Baustein die lokale, regenerative
Energiegewinnung und -bereitstellung gesehen werden.
Die Sandwich-Bauprodukte der Geschäftseinheit Color/Construction
übertreffen – je nach Dämmdicke – heute schon Dämmstandards und
werden auch zukünftig bei der Einsparung von Energie im Gewerbe-
und Industriebau als wichtiger Baustein gesehen.
Die konsequente Weiterentwicklung dieser Sandwich-Produkte
und deren Modifikation hin zur Energiegewinnung sind zur Bewältigung
der erwähnten Herausforderungen ein bedeutendes Mittel. Die Gebäud-
ehülle wird somit – neben der Erfüllung der Dämmstandards – auch
als Energielieferant fungieren können. Die Solarthermie, also die Um-
wandlung der solaren Strahlung in Wärmeenergie, ist eine Möglichkeit
der regenerativen Energiebereitstellung.
Ein weiteres Kriterium für ein derartiges Sandwichprodukt sind die
Anforderungen, die sich unter dem Stichwort „architektonische Integration“
zusammenfassen lassen. Die Nutzung der Gebäudehülle als
Energielieferant sollte augenscheinlich derart sein, dass die optischen
Anforderungen von Bauherren und Architekten getroffen werden.
Das von der Geschäftseinheit Color/Construction koordinierte und
unter dem Arbeitstitel ’Solabs ® 2’ aktuell laufende Projekt ist ein Beispiel
für eine sehr gute interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener interner
und externer Partner. Ziel der Produktentwicklung war es, in einem
ersten Schritt die Funktion der Solarthermie in ein bereits bestehendes
Fassadenmodul zu integrieren. Hierzu wurden zunächst unterschiedliche
Vor-Prototypen mit variabler Materialauswahl durch die Forschungs- und
Entwicklungsabteilung von ThyssenKrupp Steel Europe erstellt und
hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit an einem unabhängigen, externen
Institut vermessen. Im Anschluss wurden die gewonnenen Erkenntnisse
erfolgreich in einen Prototyp umgesetzt, der in einer Kleinserie bei
der Tochtergesellschaft Isocab N.V. in Belgien diskontinuierlich hergestellt
wurde.

24 / Solabs ® 2 – Regenerative Energiegewinnung durch solaraktives Fassadenmodul für den Industrie- und Gewerbebau
Diese Kleinserie der solaraktiven Module wird Bestandteil eines
Gebäudeversorgungssystems sein. Die Erprobung wird aktuell durch
die Erstellung und den Betrieb eines Referenzgebäudes mit einem
Zielkunden und Systempartner vollzogen. In einem letzten Schritt werden
die Erkenntnisse und gewonnenen Daten dazu genutzt werden, den
optimalen Kundennutzen in diesem komplexen Szenario zu ermitteln.
Hieraus leitet sich dann das weitere Vorgehen ab.
Vom Fassadenelement zum Absorber
Ein klassisches Sandwich-Fassadenelement besteht aus einer
Außen- und Innenschale, die in der Regel jeweils aus bandlackiertem
Qualitätsstahl hergestellt sind und einen Dämmkern umschließen. Die
Außenseite kann – je nach Anforderung – entsprechend profiliert sein.
In / Bild 1 / ist ein Sandwichprodukt in Form einer Explosionszeichnung
dargestellt.
Um die Energie, die durch die solare Strahlung auf der Gebäudehülle
platziert wird, optimal zu absorbieren, ist es notwendig, den Lack der
Außenschale mit einem möglichst hohen Absorptionskoeffizienten
zu wählen. Klassischerweise zeigen die dunklen Farbtöne – je nach
Pigmentierung des Lackes – einen hohen Absorptionswert. In / Bild 2 /
ist das solare Spektrum als orange Kurve dargestellt, wobei die
Wellenlänge und die Intensität (linke Ordinatenachse) aufgetragen sind.
Für den gewählten Farbton ist die Absorption (rechte Ordinatenachse,
invers) über der Wellenlänge aufgetragen. Dabei gilt: Je höher der
Absorptionskoeffizient, desto besser der Eintrag der Sonnenenergie
in die Oberfläche. Das hier verwendete Lacksystem hat eine solare
Absorption > 90 % und erscheint anthrazitgrau, also ein Farbton, der im
Industrie und Gewerbebau gerne eingesetzt wird.
Die Energie, die in die Oberfläche eingebracht wird, wird nun über
ein mit einem Wärmeträgermedium gefülltes Rohrleitungssystem abgeführt.
Das Rohrleitungssystem steht in Kontakt mit der Außenschale,
sodass die Wärme, die zunächst auf die Außenschale einwirkt, über
die Verbindung zwischen Außenschale und Rohr, abgeführt werden
kann. In / Bild 3 / ist der prinzipielle Aufbau des Fassadenmodules als
Explosionszeichnung dargestellt.
Bild 1 / Explosionszeichnung eines Sandwichproduktes
Innenschale
Dämmkern
Außenschale
Das Herausführen des Rohrleitungssystems auf der Rückseite des
Fassadenmoduls hat den Vorteil, dass das Element an unterschiedlichen
Positionen einer Fassade platziert werden kann. So kann es
aufgrund der dunklen Farbgebung als gestalterisches Element für das
Fassadenerscheinungsbild genutzt werden. Augenscheinlich lassen sich
zudem die solaraktiven von den solarinaktiven Elementen bei gleicher
Farbgebung und Oberfläche nicht unterscheiden, sodass für den
Betrachter die Fassade das gewohnte Erscheinungsbild zeigt.
Neben dem gestalterischen Aspekt kann es auch notwendig
sein, die Elemente aufgrund ungünstiger Umgebungsverhältnisse,
z.B. Verschattung durch angrenzende Gebäude, an optimalen Stellen
zu positionieren. Das Element bietet mit diesem Aufbau eine gute
Möglichkeit des individuellen Einsatzes hinsichtlich der Position in der
Fassade. Dabei wird das Modul auch dem gestalterischen Anspruch von
Kunden und Architekten gerecht.
Der Energieeintrag durch die Sonne kann je nach Wetterlage und
in Abhängigkeit der geographischen Lage beträchtlich sein. Auch
diffuse Strahlung erzeugt bereits einen signifikanten Eintrag, sodass
das Fassadenmodul nicht ausschließlich auf die Direktstrahlung angewiesen
ist. Dies bedeutet, dass auch an bedeckten Tagen Energie
zur Verfügung steht. In / Bild 4 / ist beispielhaft eine Thermographie-
Aufnahme eines solaraktiven Fassadenelementes im stationären
Zustand durch Eintrag diffuser Strahlung gezeigt (das Element ist nicht
in Betrieb, die Energie an der Oberfläche wird nicht abgeführt).
Vielfältige Kombinationsmöglichkeiten
Um die Energie der Fassadenoberfläche zu nutzen, ist es notwendig,
die solaraktiven Fassadenmodule in eine Systemtechnik einzubinden.
So sind theoretisch zwei Anwendungs-Szenarien denkbar:
Brauchwasservorwärmung oder Heizungsunterstützung. Die Fassade
ist jedoch aufgrund des Sonnenstandes in den Wintermonaten deutlich
besser geeignet für eine Heizungsunterstützung, auch vor dem
Hintergrund, dass Gewerbe- und Industriegebäudedächer in der Regel
einen geringen Neigungswinkel haben. Neben der oben beschriebenen
architektonischen Integration in die Fassade muss nicht über eine nach-
Intensität Solarstrahlung
1
0
Solarspektrum
Lacksystem
Außenschale
0,4 2,5
Wellenlänge [µm]
Bild 2 / Normiertes solares Spektrum (orange) und wellenlängenabhängige
Absorptionseigenschaften des verwendeten Lacksystems (blau)
Absorption
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
0
1

Außenschale Außenschale
Innenschale
Dämmkern
Rohre
Bild 3 / Explosionszeichnungen des solaraktiven Fassadenmodules aus zwei Blickrichtungen; Bestandteile: Außen- und Innenschalen, ein Schaum-Dämmkern
sowie ein Rohrsystem, das zur Innenseite hin herausgeführt wird (rechtes Bild)
trägliche Aufständerung an der Fassade nachgedacht werden, da das
Modul Absorber- und Fassadenfunktionalität umfasst.
Zur Erzielung eines Best-Customer-Value ist die Systemtechnik
hinsichtlich der geplanten Anwendung im Gebäude nach Maßgabe der
geographischen Gegebenheiten und entsprechend der Kundenwünsche
individuell auszulegen. / Bild 5 / zeigt eine mögliche Systemintegration.
Das präferierte System zeigt die Kombination der solaraktiven Fassade
mit einem Wärmepumpensystem zur Heizungsunterstützung, wobei die
Fassade als Energielieferant für das System dienen wird.
Bild 4 / Wärmebildaufnahme eines in Kleinserie gefertigten Modules (links),
Nahaufnahme der profilierten Moduloberfläche (rechts)
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
45 °C
10 °C
Innenschale
Dämmkern
Rohre
/ 25
Referenzgebäude
Der Kunde, der mit ThyssenKrupp Steel Europe gemeinsam das
Referenzobjekt umsetzt, möchte eine nachhaltige und umweltschonende
Energieversorgung seines Gebäudes. Bei dem Gebäude handelt
es sich um ein Vertriebsbüro mit Logistikhalle. Die Fassade hat eine
Dämmdicke von 170 mm, im Dach 220 mm, das Gebäude erreicht
somit einen sehr hohen Dämmstandard. Zusätzlich wird die Fassade
dazu genutzt werden, mit Hilfe einer Wärmepumpe sowohl das Büro
als auch die Logistikhalle mit Wärme zu versorgen. Die Logistikhalle hat

26 / Solabs ® 2 – Regenerative Energiegewinnung durch solaraktives Fassadenmodul für den Industrie- und Gewerbebau
Sonne
Fassade
Heizung
Pumpe
Lastenprofil
Rohre
Speicher Erdsonde
Wärmepumpe
Lage
Bild 5 / Auswahl an Kombinationsmöglichkeiten zur Erreichung der besten Performance
und des Best-Customer-Value: Die Fassade dient als Energiequelle (orange eingefärbte
Bereiche). Zur Planung einer Halle sind die geographische Lage sowie die Ausrichtung
des Gebäudes zu berücksichtigen. In Abhängigkeit des Energielastprofiles wird die
Anlage konfektioniert. Je nach Kundenwunsch wird die Anlage zusammengestellt.
eine Grundfläche von 20 x 20 m und das Büro ist zweistöckig mit einer
Grundfläche von etwa 10 x 10 m ausgelegt. West- und Ostfassade sind
mit insgesamt 46 solaraktiven Fassadenmodulen ausgestattet. Dies
entspricht einer Absorberfläche von etwa 220 m 2 . Bei der Nordfassade
ist das Rohrleitungssystem mit der Innenschale des Sandwichproduktes
verbunden, sodass hier 23 Module als Flächenheizung genutzt werden,
um die Logistikhalle zu temperieren. In / Bild 6 / sind die wichtigsten
Fakten dargestellt. Das Bürogebäude wird mit konventionellen
Heizkörpern temperiert. Gemeinsam mit Partnern aus den Bereichen
Installations-, Regelungs-, Versorgungs-, und Gebäudeleittechnik wurde
ein Anlagen- und Regelungskonzept erarbeitet, das zum einen die
Versorgungssicherheit für den Kunden gewährleisten soll und zum anderen
die Möglichkeit bietet, entsprechende Parameter, Betriebszustände
und Einstellungen zu verfolgen und zu modifizieren.
Das Referenzgebäude wurde in enger Zusammenarbeit mit dem
Kunden, dem Architekten, dem Systempartner und der Installationsfirma
im Zeitraum September bis Dezember 2011 erstellt. / Bild 7 / zeigt
das Innere der Vertriebshalle vor dem Erstbezug; dargestellt ist die
Nordost-Ecke. Hier sind rechts die schwarzen und links die grauen
Sammelleitungen entlang der Holzträgerkonstruktion zu sehen. Die
Elemente der Nordfassade werden die Halle durch das innen liegende
Rohrleitungssystem beheizen, wobei die Energie hierfür aus der Fassade
Ostfassade
Westfassade
Südfassade
Bild 6 / Das Referenzgebäude im Überblick: Gezeigt sind die Ost-, West- und Südansicht;
Logistikhalle: 20 mx20 m, Büro: 10 m x 10 m (zweistöckig). Erfasst werden die Wetterdaten
sowie das System- und Nutzungsverhalten. Je 23 solaraktive Fassadenmodule sind
in der Ost- und Westfassade platziert. Als Heizung dienen 23 Elemente in der Nordfassade.
Das Büro ist nach Süden ausgerichtet, hier kann die solare Strahlung über die Fenster
zusätzliche Energie in die Räume liefern.
(schwarze Sammelleitungen, Ost und West) gewonnen wird. Die entsprechende
Außenseite des Gebäudes ist in / Bild 8 / dargestellt und
zeigt die Nordost-Ecke.
Bild 7 / Innenansicht der Vertriebshalle. Blick in die Nordost-Ecke, links Sandwich
Fassadenheizung (graue Leitungen), rechts Solaraktivmodule (schwarze Leitungen)
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 8 / Referenzgebäude: Außenansicht Nordost
Fazit und Ausblick
Im Industrie- und Gewerbebau findet die Solarthermie bisher kaum
Anwendung, sodass die direkte Nutzung der Fassade als Energie-
lieferant eine neue Möglichkeit aufzeigt. Gerade vor dem Hintergrund steigender
Anforderungen, wie z.B. der Energieeinsparverordnung (EnEV),
die unter anderem eine Reduktion des Primärenergieverbrauches
von Gebäuden vorsieht, kann die Solarthermie hierbei eine Stellschraube
bei der Energieversorgung zukünftiger Gebäude sein.
Mit diesem Konzept, Sandwich-Produkte zur Energiegewinnung
zu modifizieren, nimmt ThyssenKrupp Steel Europe mit der Geschäfts-
einheit Color/Construction und ihren Töchtern eine Vorreiterstellung ein.
Darüber hinaus wird der Weg zur Generierung neuartiger Nutzungs-
konzepte für regenerative Energien und hier im speziellen für die
Solarthermie geebnet.
Durch die erfolgreiche Zusammenarbeit der involvierten Teams –
der Geschäftseinheit Color/Construction, ThyssenKrupp Bausysteme,
Isocab N.V., der Forschung und Entwicklung von ThyssenKrupp Steel
Europe sowie externer Partner – konnte erfolgreich eine Kleinserie von
Sandwichprodukten als Absorberfläche für solare Strahlung funktiona-
lisiert werden. Die Kleinserie ist Bestandteil einer beim Kunden installierten
solaraktiven Fassade, mit dem Ziel, die Gebäudeheizung sicher zu
stellen. Gemeinsam mit dem Systempartner wurden neuartige Konzepte
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
/ 27
zur Integration der solaraktiven Fassade mit der Versorgungstechnik
erarbeitet. Das Referenzgebäude und die Systemtechnik sind fertig
gestellt, in Betrieb genommen und der Kunde hat das Gebäude bereits
bezogen. Innerhalb des nächsten Jahres werden Daten gesammelt und
Erfahrungen mit dem neuen Konzept gemacht.
Aktuelle Berechnungen zeigen, dass im Laufe des Betriebes eine
erhebliche Menge CO 2 eingespart werden kann (für das Referenzgebäude
bis zu 15 t pro Jahr). Darüber hinaus wird erwartet, dass durch
die hohe Dämmdicke zum einen und durch die Nutzung der Fassadenoberfläche
zum anderen die Energiekosten sehr gering sein werden.
Das Fassadenmodul Solabs ® 2 befindet sich in der Pilotphase der
Produktentwicklung, wobei die Integration der gewonnen Erkenntnisse
eines stahlbasierten Absorbers in einen bereits bestehenden
Produktionsablauf im Vordergrund standen. Zudem werden begleitende
Methoden zur Qualitätssicherung und Verbesserung des Produktionsablaufes
für eine spätere Serienproduktion entwickelt.
Durch die erfolgreiche Pilotphase und durch den Aufbau des
Referenzobjektes ist die Basis einer zukünftigen Vermarktung von
Solabs ® 2 geschaffen. Das System stellt eine mögliche Antwort zur
Bewältigung heutiger und zukünftiger Herausforderungen in der effizienten
Gebäudeenergieversorgung dar.

28 /
HD – Hochduktile mikrolegierte
Feinkornbaustähle
Neue Produktserie für die Kaltumformung
MaTTHias Gruss Verfahrenstechnik / Produktweiterentwicklung Hoesch Hohenlimburg GmbH Hagen
Dipl.-inG. MaxiMilian naGEl Verfahrenstechnik / Produktweiterentwicklung Hoesch Hohenlimburg GmbH Hagen
Dipl.-inG. pETEr HöfEl Leiter Qualitätsmanagement / Labors Hoesch Hohenlimburg GmbH Hagen
Hoesch Hohenlimburg hat die neue Produktserie „HD“ mit deutlich verbesserten
Eigenschaften für die Kaltumformung entwickelt. Insbesondere Umformungen
zu komplexen Bauteilen mit hohen Festigkeitsanforderungen lassen sich somit
noch prozesssicherer darstellen. Bild: Hohenlimburger Mittelband in der Walzstraße
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Hochduktile (HD) Stahlgüten erweitern die konstruk-
tiven Gestaltungsmöglichkeiten im automobilen
Leichtbau. Der neue Werkstoff HSM 700 HD von
Hoesch Hohenlimburg setzt dabei Maßstäbe durch
die Kombination aus Streckgrenzen von mindes-
tens 700 MPa und Bruchdehnung von ca. 20 %.
Ermöglicht werden diese Werte durch ein neuartiges
Mikrolegierungskonzept, das auf dem Einsatz von
Niob beruht. Gepaart mit einer exakt definierten
Prozessroutine beim Warmwalzen und dem an-
schließenden Abkühlprozess lassen sich die Streubänder
der mechanischen Kennwerte so erheblich
reduzieren.
Hochfeste mikrolegierte Feinkornbaustähle
Für Warmband-Direktverarbeiter liegen mikrolegierte Feinkornbaustähle
(HSLA = High Strength Low Alloy) voll im Trend. Diese hochfesten Werk-
stoffe ermöglichen Kosteneinsparungen, vor allem weil teure Wärme-
behandlungen entfallen können. Um die geforderten Festigkeiten
des Bauteiles zu garantieren, werden Wärmebehandlungen oft nicht
mehr benötigt, denn die mikrolegierten Werkstoffe bringen die geforderten
mechanischen Eigenschaften von Hause aus schon mit. Hinzu
kommt, dass überall dort, wo Maßhaltigkeit eine entscheidende Rolle
spielt, Mittelband mehr und mehr an Bedeutung gewinnt. Ein Blick in
die Norm genügt, um zu verstehen, warum: Der Toleranzbereich von
Mittelband, sei es in den Breiten-, Dicken- oder Planheitstoleranzen, ist
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Haspelerzeugnis [t/a]
500.000
450.000
400.000
350.000
300.000
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
0
HD – Hochduktile mikrolegierte Feinkornbaustähle / 29
deutlich enger gefasst als der von Warmbreitband (vgl. DIN EN 10048
und DIN EN 10051). Daher wird Mittelband in diesen Güten besonders
stark nachgefragt, was sich in den letzten Jahren entsprechend auf die
Mengenentwicklung ausgewirkt hat / Bild 1 /.
Neue HD-Güten: hochduktil und hochfest
Die steigenden Anforderungen an Festigkeit und Duktilität haben
auch die mikrolegierten Feinkornbaustähle an Ihre Grenzen geführt.
Bei kritischen Umformoperationen mit mehreren Ziehstufen und hohen
Umformgraden neigen diese zur Bildung von Makrorissen. Eine neue
Güte musste her, um den Entwicklern und Konstrukteuren weitere
Freiräume zu schaffen. Dies war der Ausgangspunkt für die Entwicklung
der neuen HD-Güten (Hochduktil).
Die Lösung für die Rissproblematik lag im Legierungs- und Walz-
konzept. Konventionelle mikrolegierte Feinkornbaustähle bilden bei
hohen Umformgraden porenförmige Anrisse die letztendlich zum Ver-
sagen der Bauteile führen. Grund hierfür sind grobe Ausscheidungen
im Gefüge, an denen sich die Versetzungslinien stauen und zu makros-
kopischen Rissen anwachsen. In / Bild 2 / sind REM-Aufnahmen
(Rasterelektronenmikroskop) aus zwei stark verformten Proben gegen-
übergestellt. Im unteren Bild sind mehrere gröbere und feinere Aus-
scheidungen als helle Flächen deutlich erkennbar, die im vorliegenden
Verformungsfall bereits zu Porenbildung führen (dunkele Bereiche).
Im oberen Teilbild ist die neu entwickelte Güte dargestellt, in der die
Ausscheidungen in makroskopisch nicht nachweisbarer Nanogröße
ausgebildet sind.
Ausscheidungen können unterschiedlicher Art sein. Zementit, also
Eisen-Carbid-Verbindungen, entsteht an den Korngrenzen, wenn aus-
reichend Kohlenstoff im Werkstoff vorhanden ist. Weitere Ausscheidun-
gen sind Carbonitride, also Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen der
Legierungselemente Titan, Niob oder Vanadin.
Entscheidend für die Porenbildung ist in erster Linie die Größe der
Ausscheidungen. Diese wird maßgeblich durch die Prozessroutine beim
Warmwalzen beeinflusst. Nach dem Warmwalzen läuft das Mittelband
98/99
99/00
00/01
01/02
02/03
03/04
04/05
05/06
06/07
07/08
08/09
09/10
10/11
11/12
12/13
13/14
14/15
15/16
Bild 1 / Entwicklung der nachgefragten Mittelbandgüten seit 1999
Vergütungsstähle
Mikrolegierte
höherfeste Stähle
Neuentwicklungen

30 / HD – Hochduktile mikrolegierte Feinkornbaustähle
HD-Güte: Karbid-frei
Konventionelle hochfeste Güte: grobe Karbide
Bild 2 / Rasterelektronenmikroskop: Vergleich stark verformter Gefüge
7 µm
7 µm
über den Auslaufrollgang und wird zu Coils aufgewickelt. Bereits auf
dem Auslaufrollgang hat die Temperaturführung entscheidenden Einfluss
auf das Ausscheidungswachstum. Im Coil setzt sich das Ausscheidungswachstum
schließlich fort, wenn dieses nicht gezielt abgekühlt wird.
Neben der Prozessfahrweise hat auch die Menge an Kohlenstoff
entscheidenden Einfluss auf die Ausscheidungsgröße. So steigt die Größe
des Korngrenzenzementits mit der Menge an Kohlenstoff im Werkstoff
an. Mehr Kohlenstoff führt dann zu einer höheren Wahrscheinlichkeit
der Rissbildung.
Bild 3 / Kragenzugversuch, oben: HD-Güte, unten: konventionelle hochfeste Güte
Da der Kohlenstoff jedoch auch die Funktion der Festigkeitssteigerung
hat, kann er nicht einfach eliminiert werden. Schließlich soll der Werkstoff
nicht nur gut umformbar, sondern auch stark beanspruchbar sein.
Um möglichst vielfältige Anwendungen des neuen Werkstoffes zu ermöglichen,
wurde die zu erreichende Mindeststreckgrenze auf 700 MPa
festgelegt. In diesem Festigkeitsbereich kann der Werkstoff in sicherheitsrelevanten
Bauteilen zum Einsatz kommen / Bild 3 /.
Es galt also ein Legierungselement zu finden, um die Diffusion des
festigkeitssteigernden Kohlenstoffes zu reduzieren. Dieses müsste die
Entstehung der Ausscheidungen im Werkstoff hemmen und gleichzeitig
die Festigkeit des Werkstoffes erhöhen.
Niob zur Festigkeitssteigerung
Das zielführende Konzept sah vor, nur Nano-Ausscheidungen zuzulassen.
Diese Ausscheidungen sollten die Festigkeit gezielt steigern
und die Ausscheidungskinetik durch Verlangsamung der Kohlenstoffdiffusion
beeinflussen.
Als Legierungselement fiel Niob in die engere Auswahl und hat sich
für diesen Zweck als bestens geeignet erwiesen. Niob ist auf atomarer
Ebene deutlich größer als das umgebende Eisen. Durch Einbau von Niob
in das Fe-Gitter entstehen daher Gitterverzerrungen. Diese stehen den
Kohlenstoffatomen bei deren Diffusion im Weg und verlangsamen so
den Diffusionsprozess. Die Ausscheidungsgröße der Carbonitride kann
dadurch gezielt gemindert werden.
Ausscheidungsgröße, Festigkeit und Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes
stehen miteinander in direktem Zusammenhang. Eine hohe
Anzahl kleiner Nano-Ausscheidungen steigert die Festigkeit auch bei
abgesenktem Kohlenstoffgehalt. Eine mittlere Zugfestigkeit von 750 MPa
kann daher bereits bei geringen Kohlenstoffgehalten erzielt werden.
Bild 4 / Coil-Dusche zur Fixierung des eingestellten Gefüges
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Komplexere Geometrien
Bruchdehnung [%]
70
60
50
40
30
20
Bild 5 / Parameterspektrum der ferritischen Stahlgüten (Bruchdehnung über Festigkeit)
Wird bei der Herstellung des Mittelbandes eine spezifische Prozessfahrweise
eingehalten, kann die Anzahl der Niob-Nano-Ausscheidungen
schrittweise gesteigert werden. Das im Werkstoff gelöste Niob wird
automatisch beim Warmwalzen zu Mittelband aus dem Gefüge ausgeschieden.
So werden bereits bei der Erwärmung der Brammen hohe
Zieltemperaturen und ausreichend lange Haltezeiten für die gleichmäßige
Auflösung der Mikrolegierungselemente benötigt. Durch
Umformung und Abkühlung werden die Mikrolegierungselemente anschließend
wieder aus dem Gefüge ausgeschieden. Der thermomechanische
Walzprozess unter kontrollierter Rekristallisation führt
hierbei zu besonders feindispersen Ausscheidungen.
Nach dem letzten Walzgang ist es wichtig das Gefüge zu fixieren, um
die Ausscheidungen fein zu halten. Dazu muss die nach dem Walzen
verbliebene thermische Energie aus dem Mittelband abgeleitet werden.
In einer Kühlstrecke wird das Mittelband daher abgekühlt. So bleiben
die Nano-Ausscheidungen bis zur Coil-Dusche – der letzten Station im
thermomechanischen Behandlungsprozess – erhalten. Die Coildusche
fixiert das Gefüge endgültig. Die Gefügebestandteile werden sozusagen
eingefroren / Bild 4 /.
Im kalten Zustand liegt nun das Niob in Form winziger Nano-
Ausscheidungen vor. Prozesstechnisch ermöglicht die Coil-Dusche
außerdem eine Erhöhung der Beizleistung, da die Beizgeschwindigkeit
gesteigert werden kann.
Erhöhte Prozesssicherheit und beste Umformbarkeit
der HSM 700 HD
Die neu erhältliche HD-Güte HSM 700 HD von Hoesch Hohenlimburg
wird entsprechend der beschriebenen Prozessroutine hergestellt. Der
Zusatz HD im Namen steht dabei für Hochduktil, also für einen Werkstoff
mit erweiterten Umformeigenschaften / Bild 5 /.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Ferritische Stähle
10
0
Mikrolegierte Feinkornbaustähle
HSLA
200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100
Zugfestigkeit [MPa]
Erhöhtes Leichtbaupotential
HD700 Güte
Dichte [?]
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
Zu weich
HD – Hochduktile mikrolegierte Feinkornbaustähle / 31
Normal
600 640 680 720 760 800 840 800
Konventionell hochfest
HD-Güte
Streckgrenze [MPa]
Teile reißen
Mittelwert Standardabweichung Anzahlmessung
753,9 29,20 105
748,7 15,29 105
Bild 6 / Abweichungen der Streckgrenzen vom Normalwert, Vergleich HD-Güte/
konventionelle hochfeste Güte
Aufgrund der fest definierten Prozessfahrweise ist das Streuband der
Werkstoffparameter deutlich reduziert. In / Bild 6 / sind die Streckgrenzen
einer konventionellen hochfesten Güte denen der neuen
HD-Güte gegenübergestellt. Die HD-Güte verzeichnet dabei eine deutlich
geringere Schwankung.
Der Werkstoff HSM700HD zeichnet sich analytisch durch einen
erhöhten Niob-Gehalt von max. 0,25 % sowie einen sehr geringen
Kohlenstoff-Gehalt von max. 0,06 % aus. Die Zugfestigkeit liegt bei ca.
800 MPa bei einer mittleren Streckgrenze von ca. 750 MPa / Bild 6 /.
Gegenüber mikrolegierten Güten zeichnet sich der Werkstoff entscheidend
durch die erhöhte Bruchdehnung aus. Diese ist mit ca. 20 % deutlich
höher als bei konventionellen mikrolegierten Werkstoffen.
Fazit
Hochfeste Güten sind mittlerweile in allen Bereichen der Automobilfertigung
im Einsatz. Die Ansprüche der Kunden gehen hier jedoch
weiter, besonders in Bezug auf die Komplexität der Bauteilgeometrie.
Das HD-Konzept greift dieses Absatzpotenzial auf, indem es gegenüber
bereits am Markt erhältlichen Güten sowohl Festigkeits- als auch
Bruchdehnungssteigerungen mit sich bringt. Der entscheidende Vorteil
hierbei ist die Verlässlichkeit der HD-Güten. Die Streubreite der mechanischen
Kennwerte ist gegenüber konventionellen hochfesten Güten
deutlich verringert, was sich direkt positiv auf die Gestaltungsfreiheit
in der Bauteilkonstruktion auswirkt. Es können somit sicherere und
gleichzeitig komplexere Fahrzeugbauteile entwickelt werden.
Bereits jetzt lässt sich ein erhebliches Marktpotenzial für diese
neuen Güten erkennen. Mit Blick auf die kommenden Anforderungen
der Elektromobilität erscheint daher eine Erweiterung des HD-Güten-
Spektrums in weitere Festigkeitsbereiche erfolgversprechend.

32 / Thema
Gründung von Heliostaten
für Solarkraftwerke
Einbringung dünnwandiger Stahlrohre mit Spezialgerät
Dr.-inG. JoHannEs KöcHEr Geschäftsführer ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH Alsfeld
Doris BEcKEr-spoHr Leiterin Vertrieb Export ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH Alsfeld
Solarkkraftwerk in Kalifornien/USA
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Gründung von Heliostaten für Solarkraftwerke / 33
Solarthermische Kraftwerke und Anlagen basieren
auf dem Prinzip, dass das Sonnenlicht über eine Viel-
zahl von Spiegeln auf einen engen Punkt auf einem
Receiver-Turm fokussiert wird und hier eine enorme
Hitze zur Erzeugung von Heißdampf erzeugt, der zum
Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt
werden kann. Die vielen tausend Spiegel, die für eine
solche Anlage benötigt werden, müssen sicher am
Boden verankert werden. Hierzu hat ThyssenKrupp
GfT Tiefbautechnik als Hersteller von Baumaschinen
und Komponenten für den Spezialtiefbau ein spezielles
Werkzeug sowie ein Verfahren entwickelt, womit
derartige Bodenverankerungen bzw. Gründungen
schnell, wirtschaftlich und problemlos ausgeführt
werden können.
Maschinen für den Spezialtiefbau
Das Unternehmen ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik beschäftigt sich
seit Jahren mit der Herstellung von Maschinen für den Spezialtiefbau.
Dies sind zum einen Maschinen für die Ramm- und Ziehtechnik, mit der
Stahlbohlen, wie Träger, Rohre oder Spundwandtafeln, in den Unter-
grund eingebracht werden können. Die Maschinen erzeugen mittels
gegenläufig rotierender Wellen mit darauf montierten Unwuchten
vertikale Schwingungen. Über ein Klemmelement, der so genannten
Spannzange, induziert sie diese Schwingungen mit Frequenzen von
ca. 40 Hz in den Boden. Der Boden wird durch die Schwingungen
nahe um das einzubringende Rammelement aufgelockert und somit
in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand gebracht. Hierdurch werden
die Mantelreibung und der Spitzenwiderstand so stark reduziert,
dass letztendlich die Bohle durch das Eigengewicht in den Boden
einsinkt. Angetrieben werden diese Maschinen über ein diesel-
hydraulisches Aggregat, mit dem sie über Hydraulikschläuche verbunden
sind / Bild 1 /.
Bild 1 / Vibrationseinheit beim Rammen von Spundbohlen

34 / Gründung von Heliostaten für Solarkraftwerke
Auf der anderen Seite sind dies so genannte Bohrhämmer und Drehantriebe,
die – auf entsprechende Trägergeräte von Kunden montiert –
insbesondere Bohrungen für Verankerungsaufgaben durchführen.
Kleinere Geräte werden für Sprenglochbohrungen im Steinbruch,
Tunnelbau oder in Minen eingesetzt. Durch das dem Drehen über-
lagerte Schlagen der hochpräzisen hydraulisch angetriebenen Schlagwerke
mit variablen Schlagfrequenzen bis zu 60 Hz werden insbesondere
in felsigen Böden Bohrfortschritte erzielt, die um ein mehrfaches
über denen der reinen Drehbohrungen liegen. / Bild 2 / zeigt einen
auf ein Trägergerät montierten Bohrhammer bei der Erstellung von
Bohrungen zur Sicherung einer tiefen Baugrube.
Seit einigen Jahren werden diese Maschinen verstärkt im Bereich
der Umwelttechnik bzw. der Technik der erneuerbaren Energien eingesetzt
und für diese Aufgaben entsprechend konstruktiv angepasst
und erweitert.
Gründung von Offshore-Windenergieanlagen im Testfeld
alpha ventus vor der niedersächsischen Nordseeküste
Für die sichere Verankerung von so genannten Tripods / Bild 3a / als
Basisstruktur der Windenergieanlagen werden diese mit jeweils drei
„Nägeln“ am Meeresboden mit Hilfe der Vibrationstechnik und anschließendem
Nachschlagen verankert / Bild 3b /. Die Tripods haben
ein Gewicht von ca. 500 t, jeder einzelne „Nagel“ ein Gewicht von
ca. 160 t. Für diese Arbeiten sind die größten verfügbaren Geräte mit
Schwingkräften von mehr als 400 t und einer Leistung von mehr als
1.000 kW eingesetzt worden. Eine neu konzipierte Gerätegeneration
wird zukünftig Schwingkräfte von über 1.000 t bei Antriebsleistungen
von mehr als 2.000 kW erzeugen. Sie sind so konstruiert, das sie
in der Lage sind, das Rammgut direkt vom Arbeitsschiff oder -ponton
aus der Waagerechten aufzunehmen und senkrecht im Boden ein-
zubringen. Hierdurch werden die Installationszeiten signifikant verkürzt
und damit die Gründungskosten deutlich gesenkt.
Bild 2 / Erstellung von Bohrungen zur Sicherung einer Baugrube
Geothermisches Bohren
Eine umweltfreundliche geothermische Anlage zur Heizung (oder auch
zur Kühlung) von Wohngebäuden basiert auf dem Prinzip, dass der
Erde Wärme entzogen wird und diese über eine Wärmepumpe auf ein
höheres Wärmeniveau zur Heizung der Gebäude transformiert wird.
Um bei der auch oberflächennahe Geothermie genannten regenerativen
Energiegewinnung dem Erdboden Wärme entziehen zu können,
müssen hierfür Bohrungen bis in 100 m Tiefe erbracht werden, meist
auf engstem Raum. Hierzu wurden kompakte spezielle Doppelkopf-
Bohranlagen / Bild 4 / entwickelt, die zum einen eine sichere, richtungsgenaue
Bohrung auch in lockeren Erdschichten mittels zweier
konzentrisch eingebrachter Bohrstränge gewährleisten (verrohrte
Bohrung) und zum anderen nach Ausbau des inneren Bohrstranges
nach Erreichen der Endtiefe der Bohrung durch die Stützung der
Bohrlochwandung durch den äußeren Rohrstrang den genauen Einbau
der so genannten Erdwärmesonden sicherstellen. Nur auf diese Weise
wird eine erforderliche, gute Wärmeleitfähigkeit zwischen Boden und
Sonde erzielt, was für den Wirkungsgrad der Anlage entscheidend ist.
Erdölgewinnung: Gründung von Heliostaten für
die weltgrößte Solaranlage
In einem Solarkraftwerk wird über viele hunderte oder tausende reflektierende
Spiegel das Sonnenlicht in einem Brennpunkt eines Turmes
fokussiert, um mit den dabei entstehenden über tausend Grad heißen
Temperaturen Wasser zu verdampfen, wobei die Spiegel der wandernden
Sonne entsprechend nachgeführt werden müssen. Der Wasserdampf
treibt in der Regel eine Turbine zur Erzeugung von Strom an.
Die einzelnen Spiegel müssen auf Fundamente gestellt werden,
die die auf die Spiegel einwirkenden Kräfte durch die Verstellung bzw.
die Windlasten auffangen können. Gängig sind hierbei Schwerlastfundamente
aus Beton bzw. in den Boden eingetriebene Betonpfähle,
auf die dann die Unterkonstruktionen der Spiegel verschraubt werden.
Dies Verfahren ist aufwendig, kostspielig, zeitintensiv und verbunden
mit einem hohen Materialverbrauch. Die konventionelle Arbeitsfolge
sieht wie folgt aus:
° Herstellung eines Betonfundamentes mit entsprechenden
Schalungsarbeiten oder Einschlagen eines Betonpfahles
in den Boden,
° Erstellen von Bohrungen im Fundament zur Befestigung
des Spiegelträgers,
° Aufschrauben des Trägers auf das Fundament,
° Montage von elektrischen Steuerkästen und Aktuatoren
für die Spiegelnachführung und
° Montage der Spiegelhalterung mit den Spiegeln.
Die neue Gründungsmethode sieht vor, dünnwandige Rohre mit Hilfe der
Vibrationstechnik und einem speziellen Klemmwerkzeug in den Boden
einzuvibrieren, wobei das Rohr nur so tief eingebracht wird, dass ein
oberer Teil direkt als Spiegelträger dienen kann. Hierdurch werden alle
vorher beschriebenen Arbeitsschritte bis zur Montage von Steuerkästen
und Aktuatoren auf einen einzigen Arbeitsschritt reduziert.
Die Besonderheit der Zange liegt darin, dass ihre Gestalt
eine zylindrische Form hat, die in das Rohr eingeführt wird und
deren Außendurchmesser in etwa gleich dem Innendurchmesser
des Rohres ist. Klemmkolben packen das Rohr im unteren Bereich
/ Bild 5 /. Über eine den Rohrlängen angepasste Verlängerung ist
die Zange mit der Vibrationseinheit verbunden. Durch diese Gestaltung
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 3a / Tripod mit Köchern als
Unterwasser-Basisstruktur einer
Offshore-Windenergieanlage
Bild 3b / Einvibrieren von Rohren als
„Nägel“ zur Verankerung eines Tripods
auf dem Meeresboden
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Gründung von Heliostaten für Solarkraftwerke / 35

36 / Gründung von Heliostaten für Solarkraftwerke
Trägerplatte
hinteres Drehwerk
vorderes Drehwerk mit Hohlwelle
hydraulischer Steuerblock
Bild 4 / Kompakte Doppelkopf-Bohranlage für geothermische Bohrungen Bild 5 / Prinzip der Rohrklemmung
wird das Rohr „ziehend“ einvibriert, wobei die zylindrische Spannzange
das Rohr gegen Knicken stützt, sodass auch ein Einsatz in schwereren
Böden mit kleineren Hindernissen problemlos zu bewältigen ist und die
notwendige Wandstärke des Rohres minimiert werden kann. Da der
obere Bereich des Rohres nicht geklemmt wird und damit auch nicht
beschädigt oder verformt werden kann, können Montagebohrungen für
die Aktuatoren und deren Steuerung in wirtschaftlicher Weise bereits
vor Einbringen der Rohre an diesen angebracht werden. Hierdurch
wird zusätzlich eine Beschädigung der als Rostschutz vorgesehenen
Zinkschicht der Rohre vermieden.
/ Bild 6 / zeigt die Arbeitsabfolge der Technik bei einem Solarkraftwerk,
das in diesem Falle nicht zur Stromerzeugung genutzt wird, sondern
dazu dient, aus einer mit konventionellen Mitteln erschöpften Erdöllagerstätte
in Kalifornien weitere beträchtliche Mengen des Rohöls
zu gewinnen. Hierzu wird der unter hohem Druck stehende, erzeugte
Heissdampf nicht zum Antrieb einer Turbine genutzt, sondern in die
Tiefe einer Erdöllagerstätte eingeleitet. Durch die Hitze verringert sich
die Viskosität des Öles und in Verbindung mit dem hohen Druck lässt
sich das entstehende Öl-Dampf-Gemisch an die Erdoberfläche fördern.
In einem Abscheider wird das Gemisch abgekühlt und das Öl zur
weiteren Verarbeitung abgetrennt, während das abgeschiedene Wasser
dem Arbeitskreislauf wieder zugeführt wird. Mit dieser Methode
lässt sich bis zu 100 % mehr Öl aus vorhandenen Erdöllagerstätten
Lösen:
Klemmkolben eingefahren
Spannen:
Klemmkolben ausgefahren
gewinnen, anstatt aufwendig und riskant neue Lagerstätten zu erschließen.
Die installierte thermische Leistung der Anlage beträgt
29 MW. Hierzu wurden insgesamt 3.822 Heliostaten mit 7.644
Spiegeln installiert, die das Sonnenlicht auf einen ca. 100 m hohen
Receiver-Turm reflektieren / siehe Titelbild Bericht /.
Fazit
Die beschriebenen Beispiele zeigen, dass sich durch Weiterentwicklungen
und innovative Ideen neue Anwendungen im Bereich der
regenerativen Energien für die Geräte von ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik
erschließen lassen. Neben den beiden kurz angerissenen
Beispielen im Bereich der Offshore-Windenergieanlagen und der Geothermie
zeigt das dritte Beispiel eindrucksvoll, dass sich die Arbeitsprozesse
mit einer einfachen Neuentwicklung in Kombination mit neuen
Verfahren bei der Installation von Anlagen zur Erzeugung regenerativer
Energien verkürzen lassen und Material eingespart werden kann.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

a / b / c /
Bild 6
a / Trägergerät mit Vibrator, Verlängerungsstück
und Rohrspannzange
b / Aufstellen des Rohres
c / Einfädeln
d / Spannen, Ausrichten und Einvibrieren
e / Montage der Aktuatoren und der Steuerkästen
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
d / e /
Gründung von Heliostaten für Solarkraftwerke / 37

38 /
iwalk ® im Bahnhof Atocha, Madrid/Spanien
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
iwalk ®
Ein Meilenstein in der Fahrsteigindustrie
Dipl.-inG. MiGuEl GonZÁlEZ alEManY Chief Research Officer
ThyssenKrupp Elevator (Es/pBB) GmbH Gijon-Asturias/Spanien
Der iwalk ® ist der neue Fahrsteig von ThyssenKrupp Elevator. Größter
Vorteil dieses neuartigen Anlagetyps: Der Platzbedarf wurde im
Vergleich zu herkömmlichen Modellen gleich in mehreren Dimensionen
verringert. Das neue Design reduziert die Einbautiefe um mehr als
50 % – so kann die Horizontalvariante des iwalk ® direkt auf dem
vorhandenen Boden installiert werden. Das senkt den Konstruktionsaufwand
für die Installation und die Kosten. Gleichzeitig sorgt ein
modulares Konzept für eine größere Flexibilität und bietet enorme
Vorteile bei der Produktion, Logistik und Installation. Diese Innovation
stellt eine neue Konzeption der Fahrsteigtechnologie dar, die neben
allen Produktvorteilen zu einer bedeutenden Steigerung des Kundennutzens
führt.
/ 39

40 / iwalk ® – Ein Meilenstein in der Fahrsteigindustrie Ein neuer Meilenstein in der Fahrsteigindustrie
Bild 1 / Geneigte Variante des iwalk ® im Bahnhof Atocha, Madrid/Spanien
Fahrsteige
Fahrsteige sind schon lange ein bewährtes Produkt, deren Entwicklung
bereits über 100 Jahre zurückliegt. Heute decken verschiedene Anbieter
den weltweiten Bedarf – alle mit einer ähnlichen Produktarchitektur.
Die Bauweise von Fahrsteigen basiert auf dem Prinzip der Fahrtreppe,
mit der sie mehrere Komponenten gemeinsam hat. Die gestiegenen
Kundenanforderungen erfordern neue Technologien – auch bei
schwierigen Einbauvoraussetzungen.
Mit dem iwalk ® / siehe Titelbild Bericht sowie Bilder 1 und 2 / hat
ThyssenKrupp Elevator ein neues Produkt mit einer bahnbrechenden
Technologie entwickelt, das durch seine Flexibilität noch stärker die
Anforderungen der Kunden berücksichtigt.
Kundennutzen
Auf fast jedem Flughafen der Welt sind Fahrsteige installiert. Sie
regulieren die Passagierströme innerhalb der Terminals und machen
den Weg zu den Anschlussflügen einfacher und bequemer. Doch nicht
immer sind die Personenbeförderungsanlagen optimal positioniert.
So gibt es lange Verbindungskorridore ohne Fahrsteige. Das liegt an
den teilweise hohen baulichen Voraussetzungen, die herkömmliche
Lösungen verlangen.
Die verringerten Abmessungen des iwalk ® bieten den Kunden
mehr Flexibilität: Die Einbautiefe verringert sich von 1.000 Millimeter
auf weniger als 400 Millimeter. Durch diesen Fortschritt ist es sogar
möglich, den iwalk ® direkt auf dem vorhandenen Fußboden zu
installieren – ohne jegliche Vertiefungsarbeiten / Bild 3 /.
So wie Menschen ihre Gewohnheiten neuen Technologien und
Trends anpassen, geschieht das auch auf Flughäfen. Shopping-
Bereiche werden erweitert oder verlegt; Passagierströme verändern
sich ebenfalls. Herkömmliche Fahrsteige bieten keine ausreichende
Flexibilität, um auf diese Veränderungen zu reagieren. Der iwalk ®
ist modular; Länge und Standort können einfach verändert werden.
Die Verlagerung von Fahrsteigen ist für Flughafenbetreiber dadurch
wesentlich einfacher geworden.
Verringerte Abmessungen und modulare Bauweise erleichtern
auch den Einsatz in U-Bahn-Stationen. Das Ausheben von Gruben in
Verbindungstunneln ist kostspielig, falls überhaupt baulich möglich.
Zudem ist der Zugang zu diesen Tunneln meistens schwierig. Aus
diesem Grund ist der iwalk ® die perfekte Lösung für die Installation
in den langen Verbindungstunneln vieler Metro- bzw. U-Bahnstationen
in der ganzen Welt.
Wo Fahrsteige sind, werden meistens auch Einkaufswagen bewegt.
Die verschiedenen Etagen vieler Einkaufszentren sind daher nicht
mit Fahrtreppen, sondern durch geneigte Fahrsteige mit den Parkzonen
verbunden. Der iwalk ® ist darauf ausgelegt, den Benutzern
ein sicheres und bequemes Vorankommen zu ermöglichen – auch
bei der Nutzung mit einem Einkaufswagen. Die geringere Höhe der
Kammsegmente (nur sieben im Vergleich zu 45 Millimetern bei konventionellen
Lösungen) erlaubt ein sicheres Betreten und Verlassen;
und die Palettenbreite von 1.100 Millimetern bietet mehr Platz für
breitere Einkaufswagen, ohne die äußeren Abmessungen des Fahrsteiges
zu erhöhen / Bilder 4 und 5 /.
Die Ästhetik spielt ebenfalls eine große Rolle. Fahrsteige fügen sich
nahtlos in die Architektur von Flughäfen und Einkaufszentren ein. Der
iwalk ® weist wichtige Merkmale auf, die von Kunden und Benutzern
als sehr angenehm empfunden werden: Die Verwendung von Glas
vermittelt Leichtigkeit. Abgerundete Formen, LED-Leuchten, die neue
Handlaufführung und die Tatsache, dass keine Schrauben zu sehen
sind, liegen im architektonischen Trend. In der Tat hat die Ästhetik die
gesamte Entwicklung begleitet, bereits mit dem Entwurf wurde das
elegante Aussehen festgelegt.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 2 / Horizontalvariante im Bahnhof Atocha, Madrid/Spanien
Das neue Produkt ist umweltfreundlich und besteht aus rund 30 %
weniger Material im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen. Das
Transportvolumen ist ebenfalls geringer: Ein 45-Meter-Fahrsteig erfordert
nur einen Container – im Vergleich zu vier Containern bei bisherigen
Anlagen. Durch das spezielle kettenlose Design benötigt
der iwalk ® erheblich weniger Schmiermittel. Der Energieverbrauch
ist aufgrund des geringeren Gewichtes der bewegten Masse, des
höheren Antriebswirkungsgrades, der effizienteren LED-Leuchten und
durch den Energy Efficiency Controller ebenfalls erheblich geringer.
Eine Lebenszyklusanalyse (anhand des Eco-Indicators EI 99 HA) zeigt,
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Konventioneller Fahrsteig iwalk ®
Ausschachtung
Reduzierte Einbautiefe
Bild 3 / Die Horizontalvariante des iwalk ® kann auch direkt auf dem vorhandenen Boden installiert werden.
iwalk ® – Ein Meilenstein in der Fahrsteigindustrie / 41
dass die Umweltauswirkungen des iwalk ® bis zu 52 % geringer sind
als bei konventionellen Fahrsteigen. ThyssenKrupp Elevator führt im
Rahmen des Nachhaltigkeitsprogramms “sustainable efficiency” diese
Analysen für alle neuen Produkte durch. Ziel ist die Verbesserung der
Energieeffizienz aller Produkte während des gesamten Lebenszyklus.
Innovation
Bei der Konstruktion des iwalk ® haben die Ingenieure bewusst bei
Null angefangen, anstatt die bestehende Technologie stufenweise zu
verbessern. Grundlage war die feste Überzeugung, dass auch die
Keine Ausschachtung

42 / iwalk ® – Ein Meilenstein in der Fahrsteigindustrie
Erfinder der konventionellen Fahrsteige anders entschieden hätten,
hätten sie über die modernen Technologien verfügt und das veränderte
Benutzerverhalten sowie die Kundenanforderungen berücksichtigt.
Das Ergebnis dieser Entwicklung ist eine vollkommen neue
Produktarchitektur, die einen Meilenstein darstellt.
Zu den Schlüsselkomponenten gehört die Aluminiumpalette,
das Element, auf dem die Personen stehen. Beim iwalk ® wird über
sie auch die Energie auf das gesamte Palettenband übertragen.
Die Paletten sind durch ein neues schmierfreies Gelenk mit großem
Durchmesser miteinander verbunden. Das senkt den Druck auf die
Gelenkbolzen und erhöht die Lebensdauer. So entfallen die sonst
üblichen Palettenketten. Die Palettenunterseite ist besonders gestaltet,
um mit den speziellen Polyurethan-Rollen ineinanderzugreifen, die die
Kraftübertragung auf das Palettenband übernehmen / Bilder 6 und 7 /.
Vibrationen erreichen nur noch einen Minimalwert von 8 mg und
erhöhen den Fahrkomfort deutlich.
Durch die Palettenlänge von 127 Millimetern – in Kombination mit
speziellen Umkehrstellen – ist es erst möglich geworden, die geringe
Einbautiefe von 350 Millimetern zu erreichen.
Die zentralen Module sind aus speziellen Walzprofilen aus verzinktem
Stahl gebildet, denen durch Laserschweißen eine röhrenartige
Form gegeben wird. Diese Profile kombinieren die strukturelle
Funktion des Fahrsteiges mit der Führung für das Palettenband.
Die Balustradenträger sind ebenfalls an diesen Profilen angebracht,
wodurch der gesamte Montageprozess ohne Nachjustierungen möglich
ist. Die Modularität ist somit garantiert / Bild 8 /.
Die verringerte Höhe der Kammsegmente wurde durch die reduzierte
Palettenlänge und die neue Bauweise der feststehenden Platten
in der Umkehrstation ermöglicht. Bisher war es so, dass Fahrsteige
eine Spannvorrichtung an einem Ende benötigen, die in der Lage
ist, die verschiedenen Palettenbandlängen auszugleichen. Diese entstehen
einerseits durch Verschleiß und Abnutzung an den Gelenken
und andererseits durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
der Stahlkonstruktion und des Aluminium-Palettenbandes. Aus diesen
Gründen verfügen konventionelle Fahrsteige über feste Kammplatten
über dem Palettenband – mit einer üblichen Kammhöhe von mehr
als 40 Millimetern. Die iwalk ® -Lösung besteht darin, die Kämme an
dem Palettenband-Spannmechanismus anzubringen und dadurch
eine konstante Position im Verhältnis zur Palettenführung an der
Umkehrstelle zu ermöglichen. Die Kammplatte besteht bei dieser
Innovation aus mehreren Lamellen, die sich unter die Abdeckplatte
schieben, wenn sich das Palettenband streckt. Diese Lösung erlaubt
eine Kammhöhe von sieben Millimetern, wodurch das Verlassen des
Fahrsteiges sicherer wird.
Insgesamt wird die iwalk ® -Technologie durch mehr als 15 neue
Patentfamilien geschützt.
Neuer Fertigungsprozess
Der erste Schritt bei den meisten Fertigungsprozessen für herkömmliche
Fahrsteige ist die Stahlkonstruktion. Diese Konstruktion kann erst
gefertigt werden, wenn das Layout mit den endgültigen Einbaumaßen
bestätigt worden ist. Ist der Träger gebaut, sind Veränderungen nahezu
unmöglich. Die gesamte Montage ist ein maßgeschneiderter Prozess.
Präzision und Erfahrung der Fachkräfte haben einen großen Einfluss
auf die Qualität.
Das modulare Konzept des iwalk ® basiert auf einem völlig neuen
Prozess, der eine erheblich kürzere Fertigungszeit erlaubt. Die Module
werden nahezu automatisch zusammengebaut. Justierungen sind nicht
mehr erforderlich. Dabei wird die Qualität durch den Fertigungsprozess
und die Präzision der Teile garantiert. Die Bedingungen vor Ort sind
nicht mehr entscheidend.
Aufgrund der Präzision der Module, die durch diesen neuen
Herstellungsprozess erreicht wird, erhöht sich die Montagequalität auf
der Baustelle und auch der Wartungsaufwand wird minimiert.
Größere Palettenbereite
1.100 mm
Bild 4 / Reduzierte Höhe der Kammsegmente steigert Sicherheit und Komfort. Bild 5 / Geringe äußere Abmessungen bei größerer Palettenbreite
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Kunden-Feedback
Die Markteinführung neuer Produkte – insbesondere im Metro- und
Flughafenbereich – stellt immer eine Herausforderung dar. Vielfach
wird ein Nachweis verlangt, dass sich das Produkt schon mehrere
Jahre in der Praxis bewährt hat. Dennoch ist der iwalk ® wegen seiner
Einzigartigkeit bereits bei mehreren Kunden die erste Wahl.
Die Metro von São Paulo/Brasilien ist ein sehr anspruchsvolles
Einsatzgebiet mit hohen Verkehrsströmen. Die schachtlose Konfiguration
des iwalk ® (das heißt die direkte Montage auf dem vorhandenen
Boden ohne Vertiefungsarbeiten) war wegen der bereits
im Tunnel vorhandenen Installationen die effizienteste Lösung. Die
Alternative auf Basis der herkömmlichen Technologie wäre sehr kostspielig
geworden – wenn überhaupt machbar. Diese Konfiguration
war auch die bevorzugte Wahl für die Metro von Madrid/Spanien und
für den Flughafen von Málaga/Spanien. Das attraktive Design und
die 1.100 Millimeter breite Palette waren die Elemente, die den
Architekten des neuen Bahnhofs für Hochgeschwindigkeitszüge in
Puerta de Atocha/Spanien überzeugten. Das Kundeninteresse an
dieser neuen Technologie wächst, das unterstreichen die steigenden
Produktionszahlen des iwalk ® .
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
iwalk ® – Ein Meilenstein in der Fahrsteigindustrie / 43
Bild 7 / Wartungsarmer Antrieb
Bild 6 / Gut für die Umwelt: schmierfreies Palettenband Bild 8 / Einfache Installation durch Modularität
und Gewichtsreduktion
Fazit
Der iwalk ® ist innovative Technologie und ein Meilenstein in der
Fahrsteigindustrie. Durch die niedrigen Installationsanforderungen und
das modulare Konzept erhält der Kunde deutlich mehr Flexibilität.
Sicherheit und Komfort werden durch die reduzierte Kammhöhe und
die größere Palettenbreite verbessert. Das attraktive neue Design
bedient dabei die aktuellen architektonischen Trends. Die erhöhte
Umweltverträglichkeit steht ganz im Einklang mit dem Nachhaltigkeitsprogramm
“sustainable efficiency“ von ThyssenKrupp Elevator.
Der iwalk ® wurde mit dem ersten Preis des ThyssenKrupp Innovationswettbewerbes
2011 ausgezeichnet.

44 /
Kokerei Schwelgern in Duisburg
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Mini-PROven
Emissionsreduzierung an kleinen und mittleren
Koksöfen mit einer Einzelkammerdruckregelung
Dr. rEr. naT. friEDricH HuHn Head of Process Engineering, Coke Plant Technologies Division ThyssenKrupp uhde GmbH Dortmund
Dipl.-inG. franK KrEBBEr Senior Process Engineer, Coke Plant Technologies Division ThyssenKrupp uhde GmbH Dortmund
Dr.-inG. Joanna KüHn-GaJDZiK Senior Process Engineer, Coke Plant Technologies Division ThyssenKrupp uhde GmbH Dortmund
KErsTin üBErscHär Senior Design Engineer, Coke Plant Technologies Division ThyssenKrupp uhde GmbH Dortmund
Ein möglichst emissionsarmer Kokereibetrieb
ist aus Umwelt- und Arbeitsschutzgründen
immer wichtiger geworden. Veränderliche
Druckverhältnisse in jedem Einzelofen mit
besonders hohen Werten zu Beginn der
Ausgarungszeit haben in der Vergangenheit
zu erheblichen Emissionen an den Ofenverschlüssen
geführt. Zur Vermeidung hat
ThyssenKrupp Uhde für moderne Großraum-
öfen das Einzelkammerdruckregelungs-
system PROven™ (Pressure Regulated Oven)
entwickelt, das eine Regelung des Druckes
in den individuellen Verkokungskammern
auf einem konstant niedrigen Niveau erlaubt.
Dieses inzwischen langjährig bewährte
System wurde konstruktiv und verfahrenstechnisch
so erweitert, dass es zukünftig als
Mini-PROven auch an älteren kleinen und
mittelgroßen Koksofenbatterien zur Verbesserung
des Umweltschutzes nachgerüstet
werden kann.
Verkokung
Koks ist ein unverzichtbarer Einsatzstoff für die Roheisen-
erzeugung im Hochofen. Aus diesem Grund ist die Kokerei
eine typische Teilanlage eines integrierten Hüttenwerkes.
Herzstück einer Kokerei ist die Koksofenanlage, in der
die Einsatzkohle in luftdicht abgeschlossenen Industrieöfen
bei Temperaturen von ca. 1.100-1.300 °C entgast und zu
Koks veredelt wird, der dann nach einer Garungszeit von
ca. 18-25 h ausgedrückt werden kann. Die Koksofenanlage
besteht aus einer Vielzahl von Beheizungskammern,
bis zu 80 Öfen aus feuerfesten Steinen gemauert, die zu
/ 45
einer so genannten Batterie zusammengefasst werden.
Jeder Ofen kann bis zu 8,5 m hoch, 20 m lang sowie 0,6 m
breit sein und hat ein Fassungsvermögen von bis zu 70 t
Kohle. Das während der Verkokung entstehende Rohgas
wird über eine Absaugvorrichtung (Steigrohr, Krümmer
und Vorlage) geleitet, wo es durch Einsprühen von
Ammoniakwasser gekühlt wird und die teerigen Bestandteile
auskondensieren. Danach wird das abgekühlte Rohgas
in die Gasbehandlungsanlage weitergeleitet. Da der
Verkokungsprozess drucklos ist, kann die Abdichtung der
Kammern an den Ofenverschlüssen, z.B. an den Ofen-
türen, durch Metall-auf-Metall-Dichtungen realisiert werden.
Aufgrund der Randbedingungen des Kokereibetriebes
(u.a. hohe Temperaturen, teerige Kondensate, diskontinu-
ierlicher Batch-Betrieb, Anlagenalter) lassen sich aller-
dings während des Verkokungsvorganges gas- und staub-
förmige Emissionen an den Ofenverschlüssen – so
genannte diffuse Emissionen – nicht völlig vermeiden.
Um einen größtmöglichen Umwelt- und Arbeitsschutz
zu gewährleisten, hat ThyssenKrupp Uhde als technologie-
orientierter Anlagenbauer dieses Thema verstärkt aufgegriffen
und entsprechende konstruktive und verfahrenstechnische
Entwicklungen vorangetrieben.
Hintergrund
Das von ThyssenKrupp Uhde entwickelte System zur
Emissionsreduzierung, das Einzelkammerdruckregelsystem
PROven™ (Pressure Regulated Oven), hat dabei
völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Im Gegensatz zur kon-
ventionellen Kokereitechnik gestattet es aufgrund einer
individuellen Regelung des Druckes in den Ofenkammern
einen erheblich emissionsärmeren Betrieb von Koks-
ofenbatterien.
Bereits frühzeitig hatte sich ThyssenKrupp Uhde die
Entwicklungsgrundlage gesichert und daraus ein betriebs-
taugliches System entwickelt. Seit dem erstmaligen
industriellen Einsatz in 2003 an den beiden Batterien der
modernen Großkokerei Schwelgern mit 140 Öfen trägt
das PROven™-System wesentlich zur umwelttechnischen
Verbesserung zahlreicher Kokereianlagen bei / siehe Titel-
bild Bericht /.

46 / Mini-PROven – Emissionsreduzierung an kleinen und mittleren Koksöfen mit einer Einzelkammerdruckregelung
Steigrohr
NH3-Wasser
Druckregler
Pneumatik-
Zylinder
Bild 1 / Schematische Darstellung der Einzelkammerdruckregelung mit Mini-PROven
Regelventil
Schnellfüllleitung
Regelstange
FixCup-Gehäuse
Überlaufregelorgan
Verschlussstopfen
eines Überlaufregelorganes individuell entsprechend dem
Verkokungsfortschritt geregelt, dies bedeutet:
° geringer Druck am Garungsanfang zur Emissionsminderung,
° mit der Garungszeit stufenweise ansteigender Gegen-
Inzwischen ist PROven™ weltweit erfolgreich an mehr
als 2.000 Koksöfen mit einer Koksproduktion von fast
30 Mio t/a installiert:
°
druck, sodass der Druck in der Kokskammer – trotz
stark unterschiedlicher Gasentwicklung während der
Garungszeit – stets leicht positiv ist und ein Eindringen
von Luft in den Ofen verhindert wird.
Im / Bild 2 / sind der resultierende Druckverlauf im
Steigrohr-/Vorlagenbereich und die Auswirkung an dem hinsichtlich
Emissionen besonders kritischen Ofentürbereich
dargestellt.
12 Koksofenbatterien in China,
° 9 Koksofenbatterien in Süd-Korea,
° 6 Koksofenbatterien in Brasilien,
° 1 Koksofenbatterie in USA,
° 3 Koksofenbatterien in Deutschland sowie
° 1 Koksofenbatterie in Kanada.
Das PROven™-System kam aber nicht nur bei vielen Neuanlagen
weltweit zur Anwendung. Auch an etlichen bereits
im Betrieb befindlichen Kokereien wurde es nachgerüstet.
PROven™ hat nicht nur in Deutschland den behördlich
anerkannten Umweltstandard für Neuanlagen gesetzt –
inzwischen ist auch in den USA und Kanada seitens der
dortigen Aufsichtsbehörde EPA (Environmental Protection
Agency) ein Kammerdruckregelungssystem für neue Koksofenanlagen
vorgeschrieben.
Funktionsprinzip des PROven™-Systems
2
Die wesentlichen Funktionselemente von PROven™ sind 1
Steigrohr
im / Bild 1 / schematisch dargestellt. Zentraler Bestandteil
des Systems ist eine Wassertasse (’FixCup’), mit der die
druckmäßige Trennung zwischen der eigentlichen Ofen-
0
Ofentür
20 % 40 % 60 % 80 % 100 %
kammer und der Gassammelvorlage erfolgt. In der FixCup
Garungszeit
wird ein über den Wasserstand regelbarer Strömungs-
Gasvorlage
widerstand für das bei der Verkokung entstehende
Rohgas aufgebaut. Über die Höhe des Wasserstandes in
-3
der FixCup wird der Druck in der Ofenkammer mit Hilfe Bild 2 / Druckregelverhalten des PROven™-Systems
Druck [mbar]
Vorlage
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Im Gegensatz zu konventionell betriebenen Koksöfen,
bei denen der Druck in der Gassammelvorlage aufgrund
der fehlenden Entkopplung zur Kammer im positiven
Bereich (bei ca. +1 mbar) liegen muss, lässt PROven™
vorteilhafterweise den Betrieb auch unter Saugung
(ca. - 3 mbar) zu. Dies ermöglicht eine erheblich effektivere
Absaugung der Gase beim Füllen des Ofens als mit
bisher üblichen konventionellen Systemen.
Mini-PROven – Emissionsreduzierung an kleinen und mittleren Koksöfen mit einer Einzelkammerdruckregelung / 47
Entwicklung von MINI-PROven
Das „Normal“-PROven™-System ist konstruktiv für die
Dimensionen im Vorlagenbereich von Großraumöfen, d.h.
mit Kammerhöhen über 6 m, entwickelt worden. / Bild 3 /
zeigt die baulichen Gegebenheiten exemplarisch für das
PROven™-Equipment an einer Großraumofenbatterie.
Bereits bei diesen großen Öfen mit einer Ofenhöhe
von 7,6 m zeigen sich aber schon die relativ knappen
Platzverhältnisse.
Bild 3 / Platzverhältnisse im Steigrohr-/Vorlagenbereich beim „Normal“-PROven™-Equipment an einer Großraumbatterie

48 / Mini-PROven – Emissionsreduzierung an kleinen und mittleren Koksöfen mit einer Einzelkammerdruckregelung
Für einen Einbau an kleineren Koksofenbatterien mit
Ofenhöhen von 4-6 m sind die Verhältnisse noch wesentlich
beengter. Die standardisierten PROven™-Konstruktionselemente
– insbesondere das Regelorgan – sind deutlich
überdimensioniert, sodass eine Nachrüstung mit
PROven™ hierfür bisher nicht angeboten werden konnte.
Derartige meist ältere Batterien sind aber auf dem
Weltmarkt zahlreich vertreten, insbesondere in den GUS-
Staaten, Polen, China, Taiwan, Indien und Nord-Amerika.
Um auch diesen Marktanteil für eine Umrüstung mit
einem so genannten Mini-PROven erschließen zu können,
wurden die dafür erforderlichen Anpassungen im Rahmen
eines Projektes ausgearbeitet. Folgende konstruktiv und
verfahrenstechnisch herausfordernden Aufgaben wurden
dabei gelöst, ohne dass die bewährten grundsätzlichen
Funktions- und Regelungsmerkmale von PROven™ aufgegeben
werden mussten:
° generelle dimensionsmäßige Verkleinerung der
Konstruktionselemente,
° Anpassung angrenzender Ausrüstungsteile und War-
tungsöffnungen zur Schaffung größtmöglicher Zugänglichkeit
für Servicearbeiten durch das Betriebspersonal –
trotz der beengten Verhältnisse,
° völlige Überarbeitung des wichtigen, von ThyssenKrupp
Uhde entwickelten Regelorganes / Bild 4 /, dergestalt,
dass einerseits trotz der kleineren Baugröße ein
genügend großer Gasdurchtritt möglich ist, ohne dass
es andererseits zu Teerablagerungen kommen kann,
° Anpassung der Regelcharakteristik an die verminderte
Rohgasmenge durch entsprechend neu gestaltete Einbauten
für eine angepasste Regelcharakteristik.
Bild 5 / Mini-PROven-Teststand
Bild 4 / Überlaufregelorgan für Mini-PROven
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 6 / Mini-PROven-Neuinstallation an der alten Koksofenbatterie 9 bei Essar Algoma in Kanada
Im Zuge der Entwicklung wurde die Funktion des neukonzipierten
Systems an einem Teststand / Bild 5 / erprobt,
wobei insbesondere
° das Regelverhalten mit dem neuen Überlaufregelventil,
° das für einen störungsfreien Betrieb wichtige Benetzungs-
verhalten aller Komponenten sowie
° die mechanische Anpassung an Bewegungen im System
untersucht wurden.
Im Jahre 2011 erfolgte im Rahmen der Umrüstung der 5 m
großen Batterie Nr. 9 bei der Anlage Essar Algoma in
Kanada die erste erfolgreiche großtechnische Umsetzung
des neuen Mini-PROven-Konzeptes / Bild 6 /. Das System
hat auch dort zu einer deutlichen Reduktion der diffusen
Emissionen geführt.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Mini-PROven – Emissionsreduzierung an kleinen und mittleren Koksöfen mit einer Einzelkammerdruckregelung / 49
Fazit
Mit dem neu entwickelten Mini-PROven-System können
jetzt auch ältere kleinere und mittelgroße Öfen mit einem
Kammerdruckregelungssystem zur Verbesserung der
Emissionssituation im Zusammenhang mit der Einhaltung
entsprechender Grenzwerte nachgerüstet werden. Damit
ist der Einsatz des PROven™-Prinzips für die komplette
Bandbreite von kleinen Öfen bis hin zu Großraumöfen
sichergestellt. Weitere Kunden und Märkte sind somit
zukünftig erschließbar.

50 /
Moderne, getriebelose Antriebssysteme
für durchsatzstarke Bandförderer
GünTHEr KErKHoff BsEE General Manager Electrical ThyssenKrupp robins inc. Denver/USA
Dipl.-inG. pETEr sEHl General Manager Sales & Service ThyssenKrupp robins inc. Denver/USA
VlaDiMir sVirsKY MsME Chief Mechanical Engineer ThyssenKrupp robins inc. Denver/USA
Getriebeloses Antriebssystem, 2 x 3.800 kW, 63 U/min, 631 kNm
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Moderne, getriebelose Antriebssysteme für durchsatzstarke Bandförderer / 51
In vielen Bergbaugebieten sinkt die Erzqualität. Neue Minen entstehen in immer abgelegeneren Gebieten.
Die Gruben werden tiefer und harte Erze werden zunehmend unter Tage abgebaut. Das bringt neue Heraus-
forderungen mit sich: Es muss immer mehr Material über größere Entfernungen transportiert werden. Mit
den wachsenden Fördergut-Volumina steigen gleichzeitig die hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit der
Förderanlagen. Vor diesem Hintergrund müssen die Anlagen mit modernen Antriebssystemen ausgestattet
sein, die eine hohe Zuverlässigkeit garantieren.

52 / Moderne, getriebelose Antriebssysteme für durchsatzstarke Bandförderer
Partnerschaft mit Siemens bei großen Fördersystemen
Seit vielen Jahren arbeiten ThyssenKrupp und Siemens partnerschaftlich
zusammen. Dabei sind einige der imposantesten Förderanlagen
der Bergbaubranche entstanden. Einer der bislang größten Erfolge
ist der Abwärtsförderer der chilenischen Mine Los Pelambres, dessen
Band seit 1999 mit einer weltweit unübertroffen hohen Zugspannung
arbeitet. Der Förderer transportiert Kupfererz über eine Strecke von
12,7 km aus einer Höhe von 3.200 m über NN auf 1.600 m über NN
hinunter. Dabei liefert er sogar noch bis zu 17 MW nutzbare elektrische
Leistung an das Netz.
Technische Grenzen herkömmlicher Antriebssysteme
Die herkömmlicherweise in Antrieben von Förderern verwendeten
Untersetzungsgetriebe stoßen an ihre physikalischen Grenzen, wenn die
Einsatzfälle zu anspruchsvoll werden, also etwa bei Anlagen mit steilem
Förderwinkel oder hoher Förderleistung. So benötigt beispielsweise
ein modernes Fördersystem mit einer geforderten Gesamt-Antriebs-
leistung von ≥ 20.000 kW mindestens acht herkömmliche Antriebe,
jeweils mit Getriebe und 2.500-kW-Motor. Ein wesentlicher Nachteil
der herkömmlichen Lösung besteht in der niedrigen Verfügbarkeit des
Gesamtsystems aufgrund der hohen Anzahl mechanischer Komponenten
(beispielsweise über 70 Lager für acht 2.500-kW-Getriebe), die zu
einer niedrigen MTBF (Mean Time Between Failures) führt.
Bild 1 / Werksinspektion eines getriebelosen Antriebsrotors bei Siemens
Eigenschaften und Vorteile getriebeloser Antriebe
Bei Förderern mit hoher Leistung sind getriebelose Antriebe eine attraktive
Alternative. Wegen seines einfachen Aufbaus bietet ein solches
System ein hohes Maß an Verfügbarkeit und Robustheit, zeichnet
sich durch geringere Betriebs- und Wartungskosten aus, läuft leiser
und hat obendrein den Vorteil einer variablen Geschwindigkeit.
Bei getriebelosen Systemen ist ein langsam laufender Synchronmotor
direkt mit der Welle der Bandantriebs-Trommel verbunden.
Wegen der niedrigen Motordrehzahl wird kein Getriebe benötigt: Der
Rotor des Synchronmotors / Bild 1 / ist an die Welle der Bandantriebstrommel
angeflanscht.
Die Technik des getriebelosen Antriebes ist in der Bergbaubranche
nichts Neues. Schon seit vielen Jahren installieren Minenbetreiber hoch-
leistungsfähige getriebelose Antriebe für Fördermaschinen, Bagger,
Schürfbagger, Pumpen und Brecher. Bei Bandförderern sind die
Anforderungen jedoch trotz vergleichbarer Technik anders. Ähnlich wie
Brecher benötigen solche Förderer – insbesondere Aufwärtsförderer –
beim Anlaufen ein sehr hohes Drehmoment. Getriebelose Antriebe
steigern hier die Betriebseffizienz und garantieren zugleich hohe Zuverlässigkeit
bei geringem Wartungsbedarf.
Im Falle des oben genannten 20.000-kW-Beispieles kommt ein
getriebeloser Förderer mit nur drei oder vier langsam laufenden
Motoren aus und benötigt weder zusätzliche Lager noch Kupplungen.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Wegen der geringeren Komponentenzahl ist der Platzbedarf für die
Antriebsstation und das Schalthaus geringer / Bild 2 /. Dies ist besonders
für unter Tage platzierte Stationen vorteilhaft, denn hierfür sind
kostenintensive Ausbaggerungen notwendig.
Beim Abwärtsbetrieb können die Antriebe im Regenerativmodus
arbeiten und so elektrische Energie für andere Einrichtungen der
Mine liefern. Zudem werden die Möglichkeiten getriebeloser Antriebe
durch Fortschritte in der Fördergurt-Technik ergänzt. Es gibt inzwischen
zugfestere Gurte (Material ST-10.000), die den aus einer größeren
Antriebsleistung resultierenden höheren Beanspruchungen gewachsen
sind.
Bergbauunternehmen bemühen sich heute verstärkt darum, den
Energieverbrauch sowie die CO 2-Emissionen zu verringern und die
Systemzuverlässigkeit zu steigern. Getriebelose Antriebe kommen
diesen Wünschen entgegen, weil bei höherem Wirkungsgrad die
Anzahl der mechanischen Komponenten wie Zahnräder, Lager und
Kupplungen deutlich reduziert ist / Bild 3 /. Der Investitionsaufwand für
einen Förderer mit getriebelosen Antrieben ist gleich oder kleiner als
der für einen Förderer mit Getrieben, insbesondere dann, wenn das
durch Ersatzteilhaltung gebundene Kapital Berücksichtigung findet.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Moderne, getriebelose Antriebssysteme für durchsatzstarke Bandförderer / 53
Bild 2 / Geringer Platzbedarf eines getriebelosen Antriebssystems (der linke Motor befindet sich in Wartungsstellung mit zurückgezogenem Statorgehäuse)
Kupplung
Kupplung
Bremse
Fördergurt
Transformator
Umrichter
Asynchronmotor
Getriebe
Bandantriebs-
Trommel
Bremse
Synchronmotor
Bandantriebs-
Trommel
Bild 3 / Vergleich der Lösungen mit normalem (links) und getriebelosem Antrieb (rechts)
Fördergurt
Transformator
Direktumrichter

54 / Moderne, getriebelose Antriebssysteme für durchsatzstarke Bandförderer
Erstes Vorzeigeprojekt mit getriebelosen Antrieben
in deutschem Kohlebergwerk
Schon 1985 haben O&K (heute Teil von ThyssenKrupp) und Siemens
den allerersten Bandförderer mit getriebelosem Direktantrieb installiert.
Die Synchronmotoren werden dabei über Direktumrichter versorgt.
Die Ingenieure der RAG Deutsche Steinkohle waren damals von
der neuen Umrichtertechnik begeistert und hatten sich dazu entschlossen,
sie in der Kohlezeche Prosper-Haniel (Deutschland) unter
Tage einzusetzen / Bild 4 /. Mehr als ein Vierteljahrhundert später
sind diese Förderbandantriebe immer noch in Betrieb – und das
zu vollster Zufriedenheit des Betreibers. Das Fördersystem hat eine
Verfügbarkeit von mehr als 99 %.
Erfahrungen laut Aussagen der RAG-Manager:
° Es gab keine bedeutenden Unterbrechungen oder Ausfälle,
die mit den Motoren oder Umrichtern zusammenhingen.
° Die Wartungskosten sind deutlich geringer als bei Förderern
mit Getriebeantrieb.
° Verglichen mit Anlagen mit Getrieben und fester Geschwindigkeit
werden jährlich geschätzte 10 % an elektrischer Energie eingespart.
Bild 4 / Zeche Prosper-Haniel, Antriebsstation für Förderband, getriebeloses System, 2 x 3.100 kW
Neues getriebeloses Antriebssystem für Kunden in Peru
In Fortsetzung ihrer erfolgreichen Zusammenarbeit liefern ThyssenKrupp
Robins und Siemens jetzt einen Langstreckenförderer für die neue
Mine Antapaccay (Peru) von Xstrata Copper. Dieser Förderer besitzt
ein getriebeloses Antriebssystem / Bild 5 /. Das Erz wird von
einem 1.370 mm breiten Förderband mit einer Geschwindigkeit
von 6,2 m/s über eine Strecke von circa 6,5 km von der Mine zur
Aufbereitungsanlage transportiert. Nach seiner Inbetriebnahme im
Jahr 2012 wird das Fördersystem bis zu 5.260 t/h Kupfererz trans-
portieren können. Das Antriebssystem besteht aus zwei langsam
laufenden Synchronmotoren – jeder mit einer Nennabgabeleistung
von 3.800 kW – und den zugehörigen Direktumrichtern, Motorkühl-
systemen, Umrichtertransformatoren und einem kompletten Schalthaus
für die Antriebsstation. Ein Regelsystem verbessert die Lastverteilung
zwischen den beiden Motoren.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 5 / Computersimulation einer Antriebsstation für die Mine Antapaccay (Peru) von Xstrata Copper
Zusammenfassung
Lange Förderbänder mit hohem Durchsatz und/oder großen Hubhöhen
benötigen hohe Leistungen. Sobald mehr als 3 MW pro Antriebstrommel
erforderlich sind, gelten getriebelose Antriebe für den Förderer als die
beste Lösung.
Getriebelose Antriebe bieten viele Vorteile gegenüber Antrieben mit
Getriebe:
° höhere Anlagenverfügbarkeit durch Wegfall von elektrischen
Komponenten, Kupplungen, Lagern und Getrieben, somit
geringes Risiko von Ausfallzeiten,
° bis zu 4 % bessere Energieausnutzung erreichbar,
° längere Förderbänder, weniger Antriebsstationen mit weniger
Platzbedarf, somit weniger Ausbaggerungen bei Anlagen
unter Tage,
° mehr Antriebskraft an der Antriebstrommel,
° weniger Wartung aufgrund robusterer Komponenten und somit
geringeres Risiko von Schäden an mechanischen Komponenten,
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
° reduzierte Lagerhaltung von Ersatzteilen, daher weniger Inventar und
° leiserer Betrieb aufgrund des Wegfalls von Getrieben, die
Moderne, getriebelose Antriebssysteme für durchsatzstarke Bandförderer / 55
geringere Investitionskosten sowie
bei herkömmlichen Antrieben die stärksten Lärmquellen darstellen.
Aus der Bergbaubranche, insbesondere der in Südamerika, kommt
mittlerweile eine verstärkte Nachfrage nach durchsatzstarken Förderern,
mit denen die geänderten Anforderungen an den Transport von Erz und
Abraum bedient werden können.
Getriebelose Antriebslösungen haben das Potenzial, diese
neuen Anforderungen zu erfüllen: effizient und dabei mit niedrigen
Betriebskosten.

56 /
Zweiwalzenmühle zum Mahlen von Zuckerrohr
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Energieeffiziente
Zweiwalzenmühle
YasHwanT saKHarDanDE B.TEcH Sr. Vice President, Design & Engineering ThyssenKrupp industries india pvt ltd. Pimpri, Pune/Indien
arVinD KarMarKar B.E. (MEcH) Head of Research & Development ThyssenKrupp industries india pvt ltd. Pimpri, Pune/Indien
Aufgrund der Nachfrage des Marktes nach energieeffizienten
Systemen hat ThyssenKrupp Industries India eine äußerst
sparsame Zweiwalzenmühle ohne Abfallplatte entwickelt,
um die Nachteile der herkömmlichen Dreiwalzenmühle, wie
Reibungsverluste, Komplexität und Verschleiß, zu umgehen.
Sie spiegelt die Pionierrolle von ThyssenKrupp Industries
India in der indischen Zuckerindustrie wider. Mühlen sind ein
bedeutender Stromverbraucher in der Zuckerindustrie, eine
energieeffiziente Variante war daher dringend notwendig.
Angesichts der großen Marktpräsenz in der Zuckerindustrie
bemüht sich ThyssenKrupp Industries India stets um energieeffizientere
Systeme und Prozesse in allen Bereichen
der Zuckerproduktion.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Entladekran
Zuführtisch Zuckerrohr-
Bild 1 / Schematische Ansicht einer Zuckerfabrik
Hackmesser
Zuführtisch Zuckerrohr-
Kranwagenfahrgestell
Zuckerrohr-Entladung
Hackmesser
Förderband
Zuckerrohr-Vorbereitung
Zerkleinerer Drehsieb
Magnet
Gesiebter Saft
zur Verarbeitung
/ 57
Rückblick
Indien hat den größten Zuckerverbrauch weltweit und ist
der zweitgrößte Zuckerproduzent. Die voraussichtliche
Zuckerrohrproduktion für das Jahr 2012 liegt bei 320 Mio
Tonnen. Im Zuge der industriellen Entwicklung nach der
Erlangung der Unabhängigkeit (1950-51) kamen immer
mehr Zucker produzierende Agrargenossenschaften auf
den Markt – ein Sektor von hoher Priorität. Die Zuckerwerke
begannen moderne Maschinen und Prozesse
nachzufragen, um die Zerkleinerungskapazität, Extraktionseffizienz
und Qualität des Zuckers zu erhöhen.
ThyssenKrupp Industries India (ehemals Buckau Wolf)
spielt seit 1957 eine Pionierrolle in der indischen Zuckerindustrie
und liefert schlüsselfertige Anlagen einschließlich
Konstruktion, Fertigung, Installation und Inbetriebnahme
für Kapazitäten von 800 bis 15.000 Tonnen ausgepresstem
Zuckerrohr pro Tag. ThyssenKrupp Industries
India hat über 132 Werke und Erweiterungsprojekte,
543 Zuckerfabriken / Bild 1 / und 4.100 Zentrifugen in
Indien, Afrika, Lateinamerika und den südost-asiatischen
Nationen installiert.
1. Mühle
2. Mühle
3. Mühle
Mühlen zur Saftextraktion
Bagasse zu Boiler
4. Mühle

58 / Energieeffiziente Zweiwalzenmühle
Bild 2 / Zuckerrohr – Quelle für Energie und Zucker
Fokus der Zuckerindustrie auf Stromexporte
Die Zuckerrohrpflanze ist umweltfreundlich, kohlenstoffneutral
und dient als Nahrungsmittel und Energiequelle
/ Bild 2 /. Seit einer Reform im Stromsektor Ende der
90er Jahre können Zuckerfabriken durch Verwendung
von Bagasse als Biotreibstoff Strom in das Energieversorgungsnetz
einspeisen. Das Kyoto-Protokoll hat diesen
Trend durch Finanzhilfen für die Stromerzeugung durch
erneuerbare Energien noch verstärkt. Heute sind Stromexporte
eine bedeutende Einnahmequelle, und immer mehr
Zuckerwerke werden zu Verbundkraftwerken umgebaut.
Herausforderungen der Zuckerrohrverarbeitung
° Senkung des Energieverbrauches: Strom gespart
bedeutet Strom erzegt
° Senkung des Feuchtegehaltes der Bagasse:
verbesserter Kraftstoffbrennwert im Verbundkraftwerk
° Senkung der anfänglichen Investitionskosten:
alte Fabriken zum Ausbau ermutigt, verbesserte
Kapitalrendite für neue Werke
° Verbesserte Ausnutzung der Mühle: erhöhte
Zuckerproduktion
° Senkung der Wartungskosten: verbesserte
Anlagenverfügbarkeit
Einschränkungen herkömmlicher Dreiwalzenmühlen
Die Basiskonstruktion der Dreiwalzenmühle / Bilder 3 und
4 /, die in den frühen 90er Jahren entwickelt wurde,
bestand aus zwei Kompressionen mit hohen Reibungskräften
zwischen den Kompressionen über der Abfallplatte.
Die Reibungskräfte trugen zum Lockern der Fasern und
Freilegen/Punktieren der safthaltigen Zellen bei, um ein
effizienteres Auspressen durch die zweite Kompression
zu ermöglichen. Durch die Geschwindigkeitsdifferenzen
zwischen der rotierenden oberen Walze und der fest
montierten Abfallplatte in Kombination mit schweren
hydraulischen Lasten wurde der Effekt noch verstärkt
/ Bild 5 /. Dabei kam es jedoch auch zu hohen Reibungsverlusten.
Darüber hinaus kennzeichnet die Dreiwalzenmühle
Folgendes:
° mehr bewegliche Teile,
° hohe Reibungsverluste in
- der Abfallplatte sowie
- im Kranzritzel und in der Vierkantkupplung,
° hohe Saft-Resorptionsverluste über der Abfallplatte;
die Abfallplatte verstopft den freien Saftabfluss zwischen
Zu- und Abführwalze und führt zu Resorption,
° schwieriges Einstellen und Ausrichten der Mühle,
° alle Walzen drehen sich mit derselben Geschwindigkeit,
° wenn die obere Walze Spiel hat, bleibt das Spalteinstellverhältnis
zwischen Zu- und Abführwalze
nicht konstant,
° die obere Walze überträgt Kraft und zusätzliche
hydraulische Last auf die Zu- und Abführwalze,
sodass größere Wellen und Lager erforderlich sind;
die Standardisierung der Walzenwellen (Zu- und
Abführwalze wie obere Walze) führt zu größerem
Antriebskopf und höherem Eigengewicht der Mühle,
° aufgrund der Geometrie ist der zulässige Walzenverschleiß
begrenzt und bei den einzelnen Walzen
unterschiedlich; bei der oberen Walze ist der
Walzenverschleiß maximal und bei der Zuführwalze
minimal.
Prinzip der Zweiwalzenmühle
Heute bereiten hochbelastbare Zerkleinerungs- und
Zerfaserungsmaschinen das Zuckerrohr mit bis zu 90 %
offenen Zellen vor, bevor es den Mühlen zugeführt wird.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 3 / Dreiwalzenmühle
Unwucht-Kraft-Reibungsverlust
durch Gleiten der oberen Walze
UFR
(Under Feed Roller)
Energieverlust durch
Reibung auf Abfallplatte
Obere Walze
Zuführwalze
Abführwalze
Bild 5 / Hydraulische Lastverteilung, links: herkömmliche Mühle, rechts: Zweiwalzenmühle
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
25 %
Obere Walze
Zuführwalze Abführwalze
Bild 4 / Energieverluste in einer herkömmlichen Dreiwalzenmühle
100 %
Resorptionsverluste
50 %
100 %
100 %
Energieeffiziente Zweiwalzenmühle / 59
Energieverlust in Kranzritzeln
Energieverlust durch Ende-Balken-
und Vierkant-Kupplung
Obere Walze
Untere Walze

60 / Energieeffiziente Zweiwalzenmühle
Dadurch ist keine Reibung auf der Abfallplatte mehr erforderlich,
sodass diese eliminiert werden konnte.
In herkömmlichen Mühlen absorbiert die Abfallplatte fast
25 % der hydraulischen Last, die auf die obere Walze ausgeübt
wird. Nur etwa 75 % der hydraulischen Last werden
für die Saftextraktion genutzt. Außerdem gehen rund
20-25 % der Energie beim Ziehen der Bagasse über die
Abfallplatte verloren.
Die neue Zweiwalzenmühle enthält keine Abfallplatte,
sodass Energieverluste durch Reibung auf der Abfallplatte
entfallen. Die gesamte hydraulische Last, die auf die obere
Walze wirkt, wird auf die untere Walze übertragen und für
die Saftextraktion genutzt.
Diese äußerst energieeffiziente Zweiwalzenmühle
wurde während der Entwicklung mit der herkömmlichen
Dreiwalzenmühle verglichen. Die Grundstruktur ist an die
neue Walzenkonfiguration der Mühle angepasst. Viele der
bewährten und der Standardkomponenten/-baugruppen,
wie z.B. Abdeckung, Lager, Messchaert-Rillen, Lotus-
Bohrungen, obere Walze mit Spiel, wurden beibehalten.
Eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der oberen
und der unteren Walze wurde auch für die neue Mühle
eingeplant, um die geringe Reibungskraft zu erzeugen, die
noch erforderlich ist.
Die Zweiwalzenmühle ist mit neuen Komponenten/
Systemen ausgestattet, die ihre Energieeffizienz erhöhen.
Die für die energieeffiziente Zweiwalzenmühle verwendeten
Neuentwicklungen werden nachfolgend kurz erläutert.
Resorptions-Steuereinheit
Das ausgepresste Zuckerrohr (Bagasse) ist infolge seiner
Bearbeitung schwammartig und absorbiert Saft, wenn
es sich nach der Kompression frei ausdehnen kann. Die
einzigartige Resorptions-Steuereinheit / Bild 6 / verhindert
Bild 6 / Resorptions-Steuereinheit
ein Ausdehnen der Bagasse nach ihrer Kompression in
den Walzen der Mühle. Dadurch wird die Resorption des
extrahierten Saftes auf ein Minimum reduziert und die
Bagasse von der Saftextraktionszone fern gehalten. Ein
ungehinderter Saftablauf wird im neuen Design besonders
berücksichtigt.
Die Resorptions-Steuereinheit:
° senkt den Zuckerverlust in der Bagasse und reduziert
die Feuchtigkeit der Bagasse in der letzten Mühle,
° senkt die benötigte Nachpresskraft in der nachgeschalteten
Mühle in Tandemkonfiguration und
spart Energie.
Flexible Kombination mit
verschiedenen Zuführsystemen
Zweiwalzenmühlen können je nach Anforderungen des
Kunden mit folgenden Zuführsystemen kombiniert werden:
TRPF (Toothed Roller Pressure Feeder), GRPF (Grooved Roller
Pressure Feeder) oder UFR (Under Feed Roller) / Bild 7 /.
Implementierung energieeffizienter Antriebe
Der wellenmontierte Planetenantrieb Hydraulikantrieb eliminiert
die Energieverluste in Stirnradgetrieben, offenen
Getrieben und Ende-Balken-Kupplungen / Bild 8 /. Die
Getriebegröße kann reduziert werden, ein antriebsseitiges
Fundament ist nicht weiter notwendig.
Seilkupplung:
° eliminiert die Energieverluste bei Ende-Balken-
Kupplungen,
° sorgt für ein freies Spiel der oberen Walze,
° schützt das Getriebe durch Aufnahme von Stößen
der Walzen und
° senkt den Gesamtenergiebedarf der Mühle.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Perforierte Druckwalze
GRPF – Untere Lotus*-Walze
Perforierte Druckwalze
Untere Mühlenwalze,
Tiefe Messchaert-Rillen
und Lotus*-Bohrungen
* ) Lotus = Lochmuster in Walzen
zur Saftentwässerung
Bild 7 / Zweiwalzenmühle durch GRPF/TRPF zugeführt und Einzelwalze
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Donnelley-Schacht
GRPF – Obere Lotus*-Walze
Kurzer Druckschacht
- Verhindert Resorption
- Erhöht Bagassendichte und Kapazität
der Zweiwalzenmühle
Donnelley-Schacht
Obere Lotus*-Mühlenwalze
Saftauffang-Vorrichtung
Energieeffiziente Zweiwalzenmühle / 61
Obere Lotus*-Mühlenwalze
Saftresorptions-Steuereinheit
Untere Mühlenwalze,
Tiefe Messchaert-Rillen
und Lotus*-Bohrungen
Saftauffang-Vorrichtung
Saftresorptions-Steuereinheit

62 / Energieeffiziente Zweiwalzenmühle
Produktmerkmale und Vorteile der
neuen Zweiwalzenmühle
° Geneigter Antriebskopf für leichte Zuführung durch
Donnelley-Schacht oder Druck-Feeder
° Individuelle Feineinstellung und Drehzahlsteuerung der
Mühle bei jedem Auspressen
° Zulässiger Walzenverschleiß der oberen und unteren
Walze identisch durch gleiche hydraulische Last und
Einzeldruckkontakt
° Energieersparnis:
- um bis zu 60-70 % geringerer Energieverbrauch des
Antriebes gegenüber herkömmlicher Mühle
- hydraulische Last beträgt etwa 70-75 % gegenüber
der herkömmlichen Mühle und wird direkt auf die
untere Walze übertragen
° Geringere Investitionskosten:
- kleinere Walzenwelle und -lager als bei einer herkömmlichen
Mühle gleicher Größe, dadurch ist die
Mühle kompakt und das Gewicht geringer
- geringere Antriebskosten, höhere Antriebseffizienz
- geringere Fundamentkosten
- schnellere Erstinstallation
° Verbesserter Ablauf und geringere Resorption:
- Resorptions-Steuereinheit
- obere und untere Walze vom Typ Lotus, tiefe Messchaert-Rillen
für verbesserten Ablauf
° Geringere Wartungs- und Ersatzteilkosten:
- weniger Walzenvarianten, Einstellungen leicht zu ändern
- kein Justieren und Auswechseln der Abfallplatte
- höherer zulässiger Walzenverschleiß für längere
Lebensdauer
- weniger bewegliche Teile
Bild 8 / Antriebskomponenten
Wellenmontierter
Planetenantrieb
Vorteile des Zweiwalzen-Mühlentandems
Ein Mühlentandem in einer Zuckerfabrik besteht aus vier
bis sechs Mühlen.
Durch Installation neuer Zweiwalzenmühlen erreicht man:
° eine höhere Primärextraktion (etwa 2-4 % mehr) in der
ersten Mühle und somit eine erhöhte Zuckerproduktion
° eine geringere Bagassenfeuchtigkeit (< 48 %) sowie
eine verbesserte Boiler-Effizienz
/ Bild 9 /
Projektstatus und Markteinführung
Die Kombination aus oberer Walze mit Spiel und
Resorptions-Steuereinheit macht das Produkt einzigartig.
Nach Abschluss der konzeptionellen Entwicklung wurden
die Basiskomponenten wie Antriebsköpfe, Abdeckung,
Walzen- und Lagergehäuse eingehend analysiert,
sodass ThyssenKrupp Industries India nun zum Quantensprung
bereit ist. Der erste Auftrag ist eingegangen:
eine 100 Zoll (2,54 m) breite Zweiwalzenmühle mit einem
Durchmesser von 50 Zoll (1,27 m) wurde bestellt. Sie hat
folgende Besonderheiten:
° bislang größte Mühle selbst in herkömmlicher Form
° mit GRFP-Zuführung
° Endkapazität von 12.500 Tonnen ausgepresstem
Zuckerrohr pro Tag
° Leistungsparameter der letzten Mühle: 48-49 %
Bagassenfeuchtigkeit und auf +96 % erhöhte
Saftextraktion
Mit ThyssenKrupp Industries Indias bedeutendem Marktanteil
und hoher Kundenzufriedenheit dürfte das neue
Produkt zu zahlreichen Umbauprojekten und Neuinstallationen
von Zweiwalzenmühlen führen, sobald die erste
Mühle installiert und in Betrieb genommen ist.
Seilkupplung
Fußmontierter Planetenantrieb
Wellenmontierter
Hydraulikantrieb
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Dreiwalzen-Mühlentandem:
Vier Mühlen mit UFR (Under Feed Roller)
100 % 100 % 100 %
1. Mühle
Drei Walzen mit UFR
1. Mühle
Zwei Walzen mit
GRPF/TRPF (Toothed
Roller Pressure Feeder)
Bild 9 / Mühlentandem: installierte Leistung im Vergleich, Performance im Vergleich
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
2. Mühle
Drei Walzen mit UFR
2. Mühle
Zwei Walzen mit UFR
3. Mühle
Drei Walzen mit UFR
Zweiwalzen-Mühlentandem:
Vier Mühlen, davon 1. und 4. mit GRPF (Grooved Roller Pressure Feeder)
80 % 65 % 65 %
3. Mühle
Zwei Walzen mit UFR
Zukünftige Herausforderungen weiter steigender
Mühlenkapazitäten
° Überhängendes Gewicht wellenmontierter Antriebe
oder Ritzelreaktionen herkömmlicher Kranzritzel führen
zu zusätzlichen Belastungen der getriebeseitigen Lager.
° Seilkupplungen mit großen Durchmessern begrenzen
die räumliche Flexibilität.
Schlussfolgerung
Die Kunden profitieren von dieser Innovation in vielerlei
Hinsicht: geringere Investitions- und Energiekosten, zusätzliche
Stromerzeugung durch reduzierte Bagassenfeuchtigkeit
sowie erhöhte Zuckerproduktion durch verbesserte
Saftextraktion. Die Einsparungen der Kunden sind enorm.
100 %
4. Mühle
Drei Walzen mit UFR
80 %
4. Mühle
Zwei Walzen mit GRPF
Energieeffiziente Zweiwalzenmühle / 63
PE (Primary Extraction) = 70 %
RME (Reduced Mill Extraction) = 95 %
Bagassenfeuchte = 50 %
Installierte Gesamtleistung = 400 %
PE (Primary Extraction) = 75 %
RME (Reduced Mill Extraction) = 95,5 %
Bagassenfeuchte = 49 %
Installierte Gesamtleistung = 290 %
Die Investitionskosten sind 12-15 % geringer, und die
Senkung der CO 2-Emissionen bis 2020 liegt bei rund
72.000 Tonnen.
Die in diesem Artikel vorgestellte energieeffiziente Zweiwalzenmühle
von ThyssenKrupp Industries India wurde mit
dem ThyssenKrupp Sonderinnovationspreis „Energie und
Umwelt“ 2011 ausgezeichnet.

64 /
POLAB ® Shuttle Installation mit zwei mobilen Robotern in Lägerdorf
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

POLAB ® Shuttle
Die neue Generation der Laborautomation
Dipl.-inG. HuGo HassMann Senior Manager Development Automation & Electrical Engineering
ThyssenKrupp polysius aG Neubeckum
In der Zement- und Baustoffindustrie ist eine umfassende und
zeitnahe Qualitätsanalyse des gesamten Herstellungsprozesses
unerlässlich. Neben den repräsentativen Probenahmen in den
verschiedenen Prozessstufen sind Probenvorbereitung und
Probenanalyse entscheidende Faktoren für die Überwachung
der Qualität des Endproduktes. Der zunehmende Einsatz von
Ersatzbrennstoffen und Ersatzrohstoffen erfordert ein hochflexibles
und ständig verfügbares Laborautomationssystem, um
heutigen und zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden.
Mit POLAB ® Shuttle ist es gelungen, eine frei konfigurierbare
Laborautomation mit gemeinsamem Mensch-Maschine-Arbeitsraum
zu entwickeln.
Anlage
Labor
Bild 1 / POLAB ® Shuttle Laborautomation mit automatischer Probenahme, Rohrpost und Regelkreisen zur Prozessführung
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Feinheitsmessgerät
ART
Rückstellung
Rohrpost
APM
APM
Farbmessgerät
E/A-Magazin
XRF
XRD
/ 65
POLAB ®
Das ThyssenKrupp Polysius Laborautomationssystem
POLAB ® ist seit mehr als 4 Jahrzehnten weltweit ein Markenzeichen
in der Zementindustrie für die optimale Qualitätsüberwachung
aller Produktionsstufen und Optimierung des
Produktionsprozesses. Innovative Automationslösungen und
intelligente Regelkreise dienen der Minimierung der Rohstoffkosten
bei normgerechter Produktqualität.
Dafür werden im Prozess vollautomatische POLAB ®
Probenehmer eingesetzt, die den gesamten Prozess von der
Rohmehlherstellung (Vermahlung der Rohstoffe Kalkstein,
Mergel, Sand, Eisenerz etc.) über Heißmehl im Ofeneinlauf
(entkarbonisiertes Rohmehl mit einer Temperatur von ca.
900 °C) und Zementklinker bis zum Fertigprodukt Zement
repräsentativ beproben. Eine auf ca. 300 Gramm geteilte
Materialteilmenge bildet dabei eine Produktionsmenge von
bis zu 500 Tonnen repräsentativ ab. Diese Proben werden
in Rohrpostbüchsen über ein Rohrpostnetz vollautomatisch
in das Labor gesendet, wo sie nochmals geteilt, aufbereitet
und verschiedenen Analysatoren zugeführt werden / Bild 1 /.
Probenversandstation
POLAB ® -Rechner
Probenahmepunkt
Sollwertvorgabe
APM = Automatic Preparation Module
ART = Automatic Receiving and
Transfer Module
XRF = X-Ray Fluorescence
XRD = X-Ray Diffraction

66 / POLAB ® Shuttle – Die neue Generation der Laborautomation
Bild 2 / POLAB ® Shuttle – Der mobile Roboter
POLAB ® Shuttle
Für den Ausbau des Marktanteiles im Bereich des vollautomatischen
Labors wurde daher eine innovative Laborautomation
konzipiert, bei der folgende Aspekte im Vordergrund
standen:
° Zusammenarbeit von Mensch und Maschine
in einem gemeinsamen Arbeitsraum,
° hoher maximaler Probendurchsatz,
° minimale Stillstandzeiten bei der Wartung,
° Möglichkeit der vollständigen Redundanz,
° Erweiterbarkeit für neue Komponenten und
Analysatoren sowie
° Verwendung bewährter Komponenten.
Um die Stillstandzeiten während der Wartung zu minimieren
(bei redundanter Auslegung der Einzelkomponenten
sogar zu vermeiden) muss der Zugang des Laborpersonals
zu den Maschinen auch bei aktivem Roboter möglich sein.
Aus diesem Grund kam nur ein System mit gemeinsamem
Mensch-Maschine-Arbeitsraum in Betracht. Beim
POLAB ® Shuttle kommt ein mobiler Roboter / Bild 2 /
zum Einsatz, der den raumgreifenden Roboter mit großem
Gefährdungspotenzial ersetzt. Der mobile Roboter besteht
aus einem Leichtbauroboterarm mit geringem Leistungs-
bedarf und einem Transportroboter. Ein Transportroboter
ist eine fahrbare Plattform, die sich auf einem Schien-
ensystem autark zu vorher definierten Haltestellen bewegt.
Er ist mit Energiespeichern ausgerüstet. Das Laden der
Energiespeicher erfolgt an den Haltestellen. Der Transportroboter
ist eigensicher und darf ohne zusätzliche
Sicherheitseinrichtungen betrieben werden.
Das Schienensystem wird mittels Umsetzer und Weichen
so aufgebaut, dass die vorhandenen Laborräume optimal
genutzt werden / Bild 3 /. Auch ein vertikaler Wechsel
der Etage ist mit einem Lift möglich.
Um maximalen Personenschutz zu gewährleisten,
ist der Roboterarm mit einer TÜV-zertifizierten Leistungsbegrenzung
ausgerüstet. Diese Elektronik überwacht,
dass der Roboterarm die für den gemeinsamen Mensch-
Maschine-Betrieb zulässige Energie nicht überschreitet.
Entlang der Schienen sind die einzelnen Module
zur Eingabe, Vorbereitung, Analyse und Rückstellung der
Proben aufgestellt, die vom mobilen Roboter bedient werden:
POLAB ® ART (Automatic Receiving and Transfer Module)
° / Bild 4 / als Rohrpostempfangs- und -dosierstation für
das Abfüllen der Rohrpostproben in Transportbecher
zur Weiterverarbeitung
° POLAB® APM (Automatic Preparation Module) / Bild 5 /,
das bewährte Modul für die Probenvorbereitung
(optimale Aufmahlung der Proben und Pressen von
Tabletten für die Röntgenfluoreszenzanalyse und
Röntgenbeugungsanalyse (vgl. ThyssenKrupp techforum
1/2006)
° Ein-/Ausgabemagazin zum Einschleusen
manueller Proben
° Rückstellmagazin zur Sammlung von
Durchschnittsproben
° Feinheitsmessgeräte zur Bestimmung der
Korngrößenverteilung
° Farbmessgeräte zur Überprüfung eines gleich-
bleibenden Farbwertes
° Röntgenspektrometer (XRF) zur Röntgen-
fluoreszenzanalyse (Bestimmung der chemischen
Zusammensetzung einer Probe)
° Röntgendiffraktometer (XRD) zur Röntgenbeugungs-
analyse (Bestimmung der Mineralogie einer Probe)
Bild 3 / POLAB ® Shuttle Konfigurationsvarianten
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Bild 4 / POLAB ® ART
Bild 5 / POLAB ® APM
POLAB ® Shuttle – Die neue Generation der Laborautomation / 67

68 / POLAB ® Shuttle – Die neue Generation der Laborautomation
Alle Geräte sind so konzipiert, dass der Roboter auf der
Rückseite zugreift. Die Bedienung der Geräte durch das
Laborpersonal erfolgt an der Vorderseite / Bild 6 /. Zu
Durchführung von Wartungsarbeiten wird das jeweilige
Gerät an einer der Bedienstationen abgemeldet. Der mobile
Roboter bedient dann diese Komponente nicht mehr.
So kann der vollautomatische Betrieb bei gleichzeitiger
Wartung einzelner Geräte fortgesetzt werden. Bei redundant
ausgeführten Systemen managt die Steuerung automatisch
den Transport der Proben zu den freien Geräten.
Erstinstallation POLAB ® Shuttle
Das Betriebslabor des Zementwerkes verarbeitet Proben
aus acht Probenversandstationen von insgesamt elf
Probenentnahmestellen zur Sicherstellung einer gleichbleibenden
Qualität der Produkte. Der umfangreiche Einsatz
von Ersatzbrennstoffen und Ersatzrohstoffen erfordert eine
sehr hohe Verfügbarkeit der Laborautomation bei hohem
Probendurchsatz. Daher wählte die Holcim (Deutschland) AG
das Laborautomationssystem POLAB ® Shuttle in einer
vollredundanten Ausführung / Bilder 7 und 8 /.
Das Laborsystem ist für einen Probendurchsatz von 750
Analysen pro Tag ausgelegt und besteht aus:
° 2 Rohrpostempfangsstationen POLAB® ART,
° 4 Aufbereitungsmodulen POLAB® APM,
° 2 Röntgenspektrometern,
° 2 Röntgendiffraktometern,
° 3 Feinheitsmessgeräten,
° 1 Farbmessgerät,
° 2 Ein-/Ausgabemagazinen und
° 2 Rückstellmagazinen.
Bild 6 / Gemeinsamer Mensch-Maschine-Arbeitsraum
Automatikbetrieb
Handbetrieb
Das Schienensystem verfügt über zwei Spuren, auf denen
zwei mobile Roboter die Proben befördern. Durch die
Verbindung der Schienen mit Umsetzern ist die volle
Redundanz gewährleistet. Da auch die Rohrpost über ein
Weichenkreuz verfügt, kann jede Betriebsprobe zu beiden
Empfangsstationen geschickt werden. Über Ein-/Ausgabemagazine
lassen sich weitere Proben in das System einschleusen.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, Handproben
während des Roboterbetriebes direkt in die
Analysatoren zur Messung einzugeben.
Fazit
POLAB ® Shuttle ist ein Laborautomationssystem mit
einzigartiger Flexibilität. Der Probentransport durch den
mobilen Roboter ermöglicht eine bislang unerreichte
Freiheit bei der Konfiguration, Erweiterbarkeit und im
räumlichen Aufbau. Die Einzelmodule wie Rohrpostempfang,
Probenvorbereitung, Ein-/Ausgabemagazin sowie
die Analysatoren werden durch den Schienenweg miteinander
verbunden, auf dem der mobile Roboter sich
bewegt. Durch das innovative Sicherheitskonzept wird
das Labor zu einem gemeinsamen Mensch-Maschine-
Arbeitsraum. Das Labor ist barrierefrei und die Einzelkomponenten
lassen sich sowohl automatisch als auch
manuell bedienen. Mit dem POLAB ® Shuttle Konzept lassen
sich redundante Labore aufbauen, die höchste Verfügbarkeiten
und Probendurchsätze erzielen.
Durch den Erfolg der Erstinstallation hat inzwischen
ein weiterer Kunde ein POLAB ® Shuttle System in
Auftrag gegeben.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 7 / Schematischer Aufbau des vollautomatischen Labors der HOLCIM (Deutschland) AG in Lägerdorf
Bild 8 / Vollautomatisches Labor bei der HOLCIM (Deutschland) AG in Lägerdorf
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Farbe
ca. 15 m
XRD1 XRF1 APM2 APM1
XRD2 XRF2
ART1
ART2
APM4 APM3
Feinheit
Probenteiler
E/A-
Magazin
Rückstellung
Feinheit
Feinheit
E/A-
Magazin
Rückstellung
POLAB ® Shuttle – Die neue Generation der Laborautomation / 69
ca. 12 m
APM = Automatic Preparation Module
ART = Automatic Receiving and
Transfer Module
XRF = X-Ray Fluorescence
XRD = X-Ray Diffraction

70 /
Der Status von Windenergieanlagen kann mit einem
’Machine Diagnostic Interface’ online überwacht werden.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Machine Diagnostic Interface ’MDI-Wind’
Online Condition Monitoring System
nicht nur für Windenergieanlagen
Dipl.-inG. anDrEas EicKE Gruppenleiter Messtechnik ThyssenKrupp system Engineering GmbH Langenhagen
Zustandsüberwachung (Condition Monitoring)
zum Schutz von hochwertigen Investitionen, wie
Windenergieanlagen oder auch anderen größeren
Maschinen und Anlagen in der Industrie, gewinnt
zunehmend an Bedeutung. ThyssenKrupp System
Engineering hat dazu ein ’Machine Diagnostic
Interface’ (MDI) entwickelt, das Hardware-seitig
auf bewährten und zuverlässigen Standardkom-
ponenten basiert. Software-seitig wurde ein
hauseigenes, ausgereiftes Mess- und Automati-
sierungssystem genutzt, das sich in vielen Jahren
in Test- und Montageanlagen in der Automobil-
und Zulieferindustrie bewährt hat. Das grundle-
gende Konzept des Condition Monitoring Systems
(CMS) sowie wesentliche technische Elemente
des MDI werden vorgestellt. Die Entwicklung
wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie (BMWi) gefördert.
Bild 1 / Ein Sensor für Schwingbeschleunigung überwacht ein Großgetriebe.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
/ 71
Condition-Monitoring
Condition-Monitoring steht für die Überwachung des Maschinenzustandes
durch Messung und Analyse wichtiger physikalischer Größen, wie z.B.
Schwingungen und Temperaturen einer Anlage, insbesondere mit dem
Ziel der Kosteneinsparung durch „Zustandsorientierte Instandhaltung“
/ Bild 1 /. Diese Strategie löst die bisher übliche reaktive oder präventive
Instandhaltung ab. Reaktiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass
der Schaden bereits eingetreten ist und das Bauteil getauscht oder
repariert werden muss; präventiv bedeutet, dass möglicherweise
noch intakte Bauteile unnötigerweise ausgetauscht werden. Dagegen
ermöglicht die „Zustandsorientierte Instandhaltung“ Kosteneinsparungen
durch möglichst vollständige Ausnutzung der Lebensdauer kritischer
Maschinenelemente sowie frühzeitige Planung notwendig werdender
Instandsetzungsmaßnahmen. Die Zustandsüberwachung kann entweder
gelegentlich oder kontinuierlich erfolgen Kontinuierliche Überwachungs-
systeme (Online Condition-Monitoring) messen ständig die Maschinen-
parameter. Sowohl langfristige Trends (z.B. Verschleiß) als auch plötzliche
Zustandsänderungen werden erfasst und dokumentiert, sodass darauf
unmittelbar reagiert werden kann.
’MDI-Wind’ als Online Condition Monitoring System
nicht nur für Windenergieanlagen
Das MDI-Wind ist ein Online Conditon Monitoring System (CMS) zur
Dauerüberwachung von Windenergieanlagen (WEA) / Bild 2 / oder auch
anderen größreren Maschinen und Anlagen in der Industrie. Die
Hardware des MDI besteht aus industriellen Standardkomponenten,
die in einem Industrieschaltschrank untergebracht sind. Das System ist
für alle Arten von Anlagen geeignet und wird anlagenspezifisch projektiert
(Anzahl Kanäle, Sensoren, Zusatzaufgaben). Zudem wird als Dienst-
leistung eine CMS-Diagnosezentrale „MDI Diagnose“ angeboten. Diese
ist mit PCs und Servern ausgestattet, um die Daten zu archivieren und
Offline-Analysen zu ermöglichen. Die Software des MDI basiert auf dem
bewährten universellen Prüf- und Automatisierungssystem UPS32,
Betriebssystem Microsoft ® Windows ® XP bzw. Windows ® 7.
Funktionsweise des Systems
Das MDI-Wind sichert eine permanente Online-Überwachung z.B. einer
WEA auf Basis eines fest installierten Diagnosesystems. Überwacht
werden in erster Linie der Körperschall des Triebstranges – bestehend
aus Hauptlager, Getriebe und Generator – sowie wichtige Temperaturen.
Ebenso werden Gondel- und ggf. Turmschwingungen erfasst. Optional
können weitere Überwachungen integriert werden. Zusätzlich werden
relevante Betriebsdaten der Anlage mit erfasst, z.B. Drehzahl, Windgeschwindigkeit
und Leistung bzw. Drehmoment. Dazu läuft eine
kontinuierliche Datenerfassung mit synchroner Messung aller Kanäle.
Es erfolgt eine Validierung der Daten (z.B. Prüfung ob die Leistung aus-

72 / Machine Diagnostic Interface ’MDI-Wind’ – Online Condition Monitoring System nicht nur für Windenergieanlagen
Generator
Getriebe
Hauptlager
reichend stabil war) sowie ein so genannter Sensorcheck (z.B. Prüfung
auf Kabelbruch). Der Betriebszustand der Anlage wird bestimmt,
um eine Klassifizierung der Messung anhand der Leistung bzw. des
Drehmomentes zu ermöglichen. Die Auswertung berechnet wichtige
Kennwerte, dabei wird der Betriebszustand der Anlage berücksichtigt.
Alle Daten, inklusive der originalen Messwerte (sog. Rohwerte), werden
zunächst lokal gespeichert. Auf diese Weise gehen keine Daten – z.B.
durch Filterungen – verloren. Grenzwertüberschreitungen werden automatisch
und unmittelbar als Voralarm (Warnung) sowie gegebenen-
falls als Hauptalarm an die Überwachungsstelle und beispielsweise
dem Betreiber per E-Mail oder SMS gemeldet. Es folgt die Übertragung
der Daten an eine zentrale Datenbank (Server in der Diagnosezentrale)
zur Langzeitarchivierung und Trendauswertung in der Diagnosezentrale.
Insbesondere bei der Trendauswertung und um die Messungen bzw.
Ergebnisse besser vergleichen zu können, werden diese über den
Betriebszustand jeweils einer Betriebsklasse zugeordnet. Aufgrund des
Microsoft ® Windows ® Betriebssystemes ist es sehr einfach, Fernzugriffe
(Remote) auf die Daten für Betreiber und Diagnosezentrale zu ermöglichen.
Manuelle Analysen und Reportgenerierung werden in der
Diagnosezentrale durch einen Experten durchgeführt.
Hardware-Merkmale
Die Hardware des MDI besteht aus industriellen Standardkomponenten
und ist in einem Industrieschaltschrank mit einer an die Umgebungsbedingungen
angepassten Klimatisierung untergebracht. Alle Eingänge
bzw. Anschlüsse können optional mit Blitzschutz ausgerüstet werden.
Das MDI ist damit auch unter extremen Umgebungsbedingungen einsetzbar.
Alle Komponenten sind nach Industriestandard ausgeführt.
Die Festplatte des MDI ist eine Solid State Disk und somit verschleißfrei.
Rotorblatt
Messleitungen
Bild 2 / Schematische Darstellung der Überwachung des
Triebstranges und der Rotorblätter einer Windkraftanlage
Das MDI ist außerdem mit einer wartungsfreien USV (unterbrechungsfreie
Stromversorgung) ausgerüstet (Supercap statt Akku). Das System
ist bzgl. der Anzahl der Messkanäle und Funktionen modular erweiterbar
und bietet Schnittstellen zu allen bekannten Sensoren und Systemen.
Beispiel für eine typische Ausbaustufe eines CMS MDI-Wind:
° 8 analoge Eingänge für Schwingungssensoren
(ausgerüstet mit Anti-Aliasing-Filtern)
° Optional erweiterbar auf 12 oder mehr Kanäle
° 24 analoge Eingänge für weitere Signale (z.B. Drehzahl,
Windstärke, Leistung)
° 16 analoge Eingänge für Temperatursensoren
° 8 digitale Eingänge (24 V)
° 8 digitale Ausgänge (24 V)
° Datenaustausch über Internet (kabelgebunden oder
drahtlos per UMTS-Antenne)
Abhängig von der konstruktiven Ausführung der zu überwachenden Anlage
sowie der Messaufgabe kann eine variable Anzahl von Sensoren/
Kanälen eingesetzt werden, um alle Signale optimal zu erfassen. Wenn die
Anlage diese Signale nicht zur Verfügung stellen kann, werden entsprechende
Sensoren installiert. Beispiel für die Signale einer WEA mit Getriebe:
° Schwingungssignale von Rotorlager, Getriebe,
Getriebelager, Generatorlager, Gondel
° Drehzahlsignale von Rotor, Generator
° Windgeschwindigkeit
° Leistung
° Temperaturen von Außenluft, Gondel innen, Rotorlager,
Generatorlager, Getriebe, Öl
° Steuerungssignale Azimut, Pitch
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 3 / Ordnungsspektrum eines Schwingungssignales in logarithmischer Darstellung
mit Markierung einiger Harmonischer des Zahneingriffes (ganzzahlige Vielfache
der Zahneingriffsordnung)
Software-Merkmale
Es werden u.a. die grundsätzlich erforderlichen Analyseverfahren –
definiert durch Germanischer Lloyd, Allianz Zentrum für Technik sowie
DIN etc. – verwendet. Dabei werden z.B. hinsichtlich der Schwingungs-
signale die Amplituden von charakteristischen Zahneingriffs- und Lager-
frequenzen ermittelt und bewertet (Fourieranalyse/Frequenzspektrum).
Ebenso werden integrale Größen, wie Effektivwerte über bestimmte
Frequenzbereiche, berechnet. Zum Ausgleich von Drehzahlschwankungen
wird die Ordnungsanalyse / Bild 3 / angewendet. Zur Verbesserung des
Signal-Rauschabstandes kommt gegebenenfalls eine umdrehungs-
synchrone Mittelung zum Einsatz / Bild 4 /. Bei jedem Lager werden die
Frequenzen bzw. Ordnungen von Außenring, Käfig, Wälzkörper und
Innenring überwacht. Des Weiteren wird zur Detektion von periodischen
Stoßimpulsen die Hüllkurvenanalyse (Frequenz und Ordnung) sowie
das Cepstrum (ein mathematisches Verfahren zur Detektion von
Stoßimpulsen) verwendet. Für Vor- und Hauptalarm werden Grenzwerte
angelegt, die über statistische Methoden auch automatisch berechnet
Beschleunigungssensor
Drehgeber
Tiefpass
Getriebe
Tiefpass
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Analog-
Digital-
Umsetzer
Analog-
Digital-
Umsetzer
Machine Diagnostic Interface ’MDI-Wind’ – Online Condition Monitoring System nicht nur für Windenergieanlagen / 73
Digitales
Resampling
Bild 5 / Wellenverlagerung am Hauptlager einer WEA während 16 Umdrehungen
(mittlerer Messabstand der Sensoren ca. 4 mm)
werden können. In der Diagnosezentrale erfolgen offline automatisch
und bei Bedarf manuell Trendanalysen für die ermittelten Kennwerte.
Zudem bietet die Software die Möglichkeit, manuelle Veränderungen
der Prüfläufe online durchzuführen. Mit anderen Worten: Änderungen
auch im Ablauf oder Erweiterungen sind nicht mit einem teuren Service-
Einsatz verbunden, sondern können „remote“ durchgeführt werden.
Optionale Erweiterungen und Daten-Management
Das System ist aufgrund der Hard- und Software-Struktur flexibel erweiterbar.
Optionale Erweiterungen für die Überwachung/ Auswertung/Sensorik,
z.B. einer WEA, sind u.a.:
° Ölqualitätsüberwachung
° Drehmomentmessung
° Turmschwingungsüberwachung
° Rotorblattüberwachung
° Rotorwellenverlagerung / Bild 5 /
Drehzahl
berechnen
Umdrehungssynchrone
Mittelung
Bild 4 / Grundsätzliches Prinzip der Messwertaufnahme und Vorverarbeitung von Schwingungssignalen, mit digitalem Resampling und umdrehungssynchroner Mittelung
Welle 1
Welle 2
Welle 3
Drehzahl

74 / Machine Diagnostic Interface ’MDI-Wind’ – Online Condition Monitoring System nicht nur für Windenergieanlagen
MDI 1
Betriebsführung/Leitwarte/sonstiger PC
Bild 6 / Beispiel für eine Einzelanlage mit Anbindung an die Diagnosezentrale
z.B. UMTS-Verbindung möglich
SQl Server
Internet
Kommunikationsserver
CMS Diagnosezentrale
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Ausgehend von einem Stand-Alone-System ohne Server-Anbindung,
über einen Anlagenpark mit mehreren MDIs mit Serveranbindung, bis
hin zur weltweiten Vernetzung können alle Daten-Management-Modelle
realisiert werden / Bild 6 /.
Diagnosezentrale
Das MDI wird über eine komfortable Menüführung bedient und ist durch
ein Zugriffsrechtesystem gegen unautorisierte Änderungen geschützt.
Nach Meldung einer Grenzwertüberschreitung eines Kennwertes erfolgt
deren Bewertung durch einen Experten der Diagnosezentrale. Über den
Fernzugriff (z.B. Microsoft ® Windows ® Remote-Desktop-Verbindung
/ Bild 7 /) auf das MDI an der Anlage kann das Ereignis näher untersucht
werden. Ebenso können weitere Messungen manuell ausgelöst werden.
Über die Menüführung gelangt man zum gesuchten Kennwert. Über
ein Schaubild lässt sich die Messstelle identifizieren.
Die Software bietet die Möglichkeit, auf die in der Ergebnisdatenbank
gespeicherten Ergebnisse komfortabel zuzugreifen. Dabei kann sich der
Anwender aus allen Datensätzen eine individuelle Liste zusammen-
stellen, daraus einzelne Ergebnisse zurückladen oder auch Statistiken,
Histogramme und Trends über die Ergebnisse erstellen. Histogramme
sind mitunter nützlich, um die Verteilung (und den Mittelwert) eines
Merkmales während der Einmessphase der Anlage zu ermitteln
/ Bild 8 /. Auch die automatische Berechnung und das Setzen der
Toleranzgrenzen werden unterstützt.
Wichtig für die Diagnose ist weiterhin die Möglichkeit der Trendanalyse.
Ein sich anbahnender Schaden kann sich in einer schleichenden
Zunahme des entsprechenden Kennwertes bemerkbar machen. Die
Trenddarstellung ermöglicht darüber hinaus den Vergleich beliebiger
Kombinationen von Kennwerten und Betriebsparametern / Bild 9 /.
Bei Abschluss der Diagnose kommuniziert der Experte seine
Handlungsanweisung an den Betreiber der Anlage. Die Ergebnisse und
Maßnahmen werden schriftlich dokumentiert.
Zusammenfassung
Das Online Condition Monitoring System MDI bzw. MDI-Wind von
ThyssenKrupp System Engineering erfüllt die grundsätzlichen Anforderungen
an ein CMS in hervorragender Weise. Zudem zeichnet es sich
durch eine Reihe von Vorzügen aus, die andere Systeme gegebenen-
falls nicht bieten können. Es basiert auf dem Betriebssystem Microsoft ®
Windows ® und einem Industrie-PC. Die Software ist ausgereift und
bewährt in der Automobil- und Zulieferindustrie. Die Hardware besteht
aus bewährten Standardkomponenten. Das System lässt sich relativ
einfach um zusätzliche Überwachungsaufgaben erweitern. Es arbeitet
zuverlässig und selbstüberwachend. Darüber hinaus können per
Fernzugriff jederzeit weitere Tests und Analysen initiiert werden.
Zudem tritt ThyssenKrupp System Engineering als unabhängiger
Systempartner auf. Für die Zustandsüberwachung zum Schutz von
Maschinen und Anlagen steht damit ein effektives Instrument
zur Verfügung.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Machine Diagnostic Interface ’MDI-Wind’ – Online Condition Monitoring System nicht nur für Windenergieanlagen / 75
Bild 7 / Remote-Desktop-Verbindung zu einem MDI
Bild 8 / Histogramm eines Merkmales mit Mittelwert und Toleranzgrenzen
Bild 9 / Die Trenddarstellung ermöglicht auch den Vergleich von zwei oder mehr Signalen.

76 /
Kunststoffbeschichteter Käfig
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Käfigentwicklung für Großwälzlager
in der Windenergietechnik
Dr.-inG. JörG rollMann Abteilungsleitung Forschung und Entwicklung rothe Erde GmbH Lippstadt
Dr.-inG. wilfriED spinTiG Werksleitung rothe Erde GmbH Lippstadt
Dipl.-inG. sTEfan scHniEDEr Forschung und Entwicklung rothe Erde GmbH Lippstadt
Dipl.-inG. rEinHarD JürGEns Fertigungstechnik rothe Erde GmbH Lippstadt
Großwälzlager sind eine wesentliche Komponente im
Antriebsstrang einer Windkraftanlage. Sie werden
als Flügelverstelllager und Turmhauslager eingesetzt.
Die Wälzkörper in diesen Lagern werden vorzugsweise
durch Stahlkäfige voneinander getrennt. Zur
Vermeidung von Verschleiß wurde bei Rothe Erde
ein Verfahren zur Kunststoffbeschichtung von Käfigen
entwickelt. Bei dem Einsatz der kunststoffbeschichteten
Käfige in unterschiedlichen Versuchen an hoch
belasteten Blattlagern (Ø 2 m) konnte eine erhebliche
Steigerung der Verschleißfestigkeit gegenüber unbeschichteten
Käfigen nachgewiesen werden. Nach
Integration des Beschichtungsverfahrens in die
Fertigungslinie der Käfige gehören diese heute zum
Rothe Erde Standard in der Ausrüstung von Lagern für
Windenergieanlagen, die insbesondere im Offshore-
Bereich eingesetzt werden.
Bild 1 / Blattlager im Querschnitt Bild 2 / Komponenten eines Blattlagers
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
/ 77
Großwälzlager in Windenergieanlagen
Großwälzlager sind extrem vielseitige Maschinenelemente, die in unterschiedlichen
Bauformen in nahezu allen Bereichen des Maschinenbaus
und der Fördertechnik zum Einsatz kommen. Kennzeichnende Merkmale
sind, dass sie einbaufertig geliefert und mit der Anschlusskonstruktion
verschraubt werden. Konstruktiv sind sie in der Regel als selbsthaltende
Momentenlager ausgeführt, sodass ein einzelnes Lager Axial-
und Radialkräfte sowie Kippmomente drehbar übertragen kann.
Großwälzlager sind u. a. eine wesentliche Komponente im Antriebsstrang
einer Windkraftanlage. Sie werden als Flügelverstelllager
(Blattlager) und Turmhauslager (Azimutlager) eingesetzt. In der Funktion
als Blattlager leiten die Großwälzlager die auf den Flügel wirkenden
Windlasten und Momente auf den Rotor weiter. Hierbei ermöglicht der
Drehfreiheitsgrad die Anpassung des Anstellwinkels der Blätter auf die
jeweilige Windgeschwindigkeit und den Betriebszustand (Bremsen,
Anfahren) der Windenergieanlage.
In der Funktion als Turmhauslager dienen Großwälzlager dazu, das
Turmhaus (Gondel) in die vorherrschende Windrichtung auszurichten.
Darüber hinaus führt der auch bei Windkraftanlagen zunehmende Zwang
zum Leichtbau dazu, dass Großwälzlager insbesondere bei getriebelosen
Windkraftanlagen auch zur Lagerung des Hauptrotors eingesetzt werden.
Aufbau des Lagers
Flügelverstelllager und Turmhauslager werden vorwiegend als zweireihige
Vierpunktlager ausgeführt / Bilder 1 und 2 /. Diese Bauform
hat sich bei den bisher üblichen Lasten und Betriebsbedingungen
Käfig
Außenring
Innenring
Wälzkörper
Dichtungssystem

78 / Käfigentwicklung für Großwälzlager in der Windenergietechnik
von Windenergieanlagen als robust und zuverlässig herausgestellt.
Kennzeichnend für diese Konstruktion ist der Aufbau aus zwei nahtlos
gewalzten Ringen, die über zwei Kugelreihen miteinander verbunden
sind. Die Bezeichnung ’Vierpunktlager’ entstammt der Tatsache, dass
die Krümmungsradien im Querschnitt von Außenring und Innenring
vier unterschiedliche Mittelpunkte haben, sodass die dazwischen liegende
Kugel im unbelasteten Lager unter ca. 45° zur Lagerachse vier
Kontaktpunkte mit den Lagerringen hat. Diese Geometrie ermöglicht
eine hohe axiale Tragfähigkeit und Steifigkeit der Lager.
Die Laufbahnen der Kugeln sind induktiv randschichtgehärtet, um
den auftretenden Flächenpressungen zwischen Wälzkörper und Laufbahn
verschleißfrei standzuhalten. Durch Käfige oder Zwischenstücke werden
die Kugeln voneinander getrennt, um Reibung zwischen diesen zu vermeiden.
Weitere Komponenten der Lager sind Fette und Dichtungen,
die den besonderen Betriebsbedingungen von Blattlagern speziell
angepasst sind.
Käfig
Unter bestimmten Betriebsbedingungen und hohen zyklischen Betriebslasten,
kann es in Verbindung mit weichen Anschlusskonstruktionen
bzw. großen Lagerdurchmessern dazu kommen, dass Umfangskräfte
in der Kette der Wälzkörper auftreten, die bei der Verwendung von
Zwischenstücken zu erhöhten Lagerdrehwiderständen führen können.
Um dies zu vermeiden, werden in Blattlagern zur Trennung der Wälzkörper
bevorzugt einteilige Käfige aus Stahlstreifen verwendet / Bild 3 /.
Diese Ausführungsform hat sich in der Praxis bewährt, sie hat jedoch
den Nachteil, dass der Käfig im Gleitkontakt zu den Lagerringen örtlich
verschleißen kann. Dieser Effekt konnte bisher durch eine Mangan-
Phosphatierung und eine Gleitlackbeschichtung nur begrenzt unterbunden
werden. Als Folge davon konnten in der Praxis unerwünschte
Rückstände des Käfigmaterials in dem Lagerschmierstoff nachgewiesen
werden.
Bild 3 / Wälzkörperkäfig aus Stahl
Verschleißversuche
Das Problem des Käfigverschleißes konnte im Forschungs- und
Entwicklungslabor von Rothe Erde insbesondere an solchen Lagern
nachgestellt werden, die mit einer unebenen Anschlusskonstruktion
verschraubt waren. Mit dieser Einbausituation wurden daher vergleichende
Verschleißversuche durchgeführt, die die Bewertung unterschiedlicher
Käfigbeschichtungssysteme erlaubte. Im Rahmen einer
Reihenuntersuchung erfolgten Verschleißtests mit unbehandelten
Stahlkäfigen, manganphosphatierten Käfigen, gleitlackbeschichteten
Käfigen, Messingkäfigen sowie nitrocarburierten und kunststoffbeschichteten
Käfigen. Während der Käfigverschleiß durch die Verwendung
von Messingkäfigen nur teilweise reduziert werden konnte,
wurde eine deutliche Reduzierung des Käfigverschleißes zunächst
durch den Einsatz nitrocarburierter Käfige erreicht / Bild 4 /. Ein Nachteil
des Nitrocarburierens besteht jedoch in der Gefahr des Verzuges
der Käfige durch Handling und Transport sowie durch die relativ hohen
Wärmebehandlungstemperaturen, da der Verzug im Anschluss an die
Wärmebehandlung nicht mehr beseitigt werden kann. Darüber hinaus
ist dieser Beschichtungsprozess an kostenintensive Anlagen gebunden,
die auch umwelttechnisch anspruchsvoll sind. Eine vergleichbare und
teilweise höhere Verschleißminderung als bei den nitrocarburierten
Käfigen wurde bei Erprobung kunststoffbeschichteter Käfige festgestellt.
Kunststoffbeschichtete Käfige
Für die Kunststoffbeschichtung der Käfige wurde bei Rothe Erde ein
Verfahren entwickelt, bei dem die Stahlkäfige von Blattlagern mit einem
Kunststoffüberzug versehen werden können. Hierzu werden die fertig
gebogenen und gegebenenfalls geschweißten Stahlkäfige zur Erhöhung
der Haftfestigkeit einer Vorbehandlung unterzogen. Anschließend
werden die Käfige auf Beschichtungstemperatur erwärmt und für
kurze Zeit in ein Polyamidbad getaucht. Es bleibt eine ca. 0,4 mm
starke Polyamidschicht hoher Haftfestigkeit auf dem Stahlkäfig zurück.
Dieser Überzug verhindert die gleichartigen Gleitkontakte aus Stahl und
reduziert somit nachhaltig den Verschleiß / Bild 5 /.
Verschleiß [%]
120
100
80
60
40
20
0
Stahl Messing Stahl
nitrocarburiert
Bild 4 / Vergleich Käfigverschleiß unterschiedlicher Werkstoffe
Stahl
PA 12 beschichtet
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 5 / Käfig mit Polyamidbeschichtung
Bei der Verfahrensentwicklung kam zunächst eine Laborbeschichtungs-
anlage zum Einsatz, mit deren Hilfe die Ermittlung geeigneter Beschichtungsparameter
erfolgte. An den so gewonnenen Proben wurden die
Haftung sowie die Alterungs- und die Schmierstoffbeständigkeit der
Beschichtung nachgewiesen. Die mit diesem Verfahren gefertigten
kunststoffbeschichteten Prototypkäfige bewährten sich in den zuvor
beschriebenen Verschleißversuchen.
Für die Serienbeschichtung wurde eine Beschichtungsanlage für
Großwälzlagerkäfige im Durchmesserbereich von Ø 2 -3 m entwickelt,
bei der die Beschichtung vollautomatisch aufgebracht wird. Diese
Beschichtungsanlage konnte ohne Umweltauflagen in die Fertigungslinie
der Käfigfertigung integriert werden. Das Verfahren der Kunststoffbeschichtung
ermöglicht es darüber hinaus, Verzüge der Käfige durch
nachträgliches Richten zu korrigieren. Hier gehen die Möglichkeiten
sogar soweit, dass Streifenmaterial zunächst beschichtet und nach-
träglich zu runden Käfigen gebogen werden kann, wodurch gegebenenfalls
Transportkosten erheblich reduziert werden können.
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Bild 6 / Prüfstand für Blattlager
Käfigentwicklung für Großwälzlager in der Windenergietechnik / 79
Ausblick
Die kunststoffbeschichteten Käfige haben sich in diversen Anlagen
und Prüfstandsversuchen sowohl bei Rothe Erde / Bild 6 / als auch
bei Kunden bewährt. Entsprechende Käfige gehören daher heute zum
Rothe Erde Standard in der Ausrüstung von Lagern für Windenergieanlagen,
die insbesondere im Offshore-Bereich eingesetzt werden.
Darüber hinaus werden kunststoffbeschichtete Käfige inzwischen auch
in der Lagerung von anderen Anwendungen wie z.B. Scannern und
Antennen eingesetzt. Weitere Anwendungen und Beschichtungsstoffe
sind in der Erprobung.

80 /
DampTronic ® select – Sportfahrwerk zum Einschalten
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

DampTronic ® select
Dipl.-inG. olE GöTZ Teamleiter Simulation & Berechnung ThyssenKrupp Bilstein suspension GmbH Ennepetal
Dipl.-inG. Klaus scHMiDT Leiter Entwicklung aktive Systeme ThyssenKrupp Bilstein suspension GmbH Ennepetal
Mit dem von ThyssenKrupp Bilstein Suspension entwickelten zweistufigen Dämpfungssystem
DampTronic ® select wird die Lücke zwischen konventionellen, passiven Stoßdämpfern
und aufwendigen elektronisch stufenlos verstellbaren Dämpfern geschlossen. Der Kunde
muss sich bei seiner Fahrzeugkonfiguration nicht entscheiden, ob er ein Normal- oder ein
Sportfahrwerk möchte, er kann mit einem Schalter am Armaturenbrett zwischen zwei Fahrwerkseinstellungen
umschalten. Das Herzstück der Innovation ist das DampTronic ® select
Ventil, das in einem sehr kompakten Bauraum zwei weitgehend unabhängig abstimmbare
Dämpfkraftkennlinien bereitstellt. Durch niedrige Bauteilkosten und geringen Integrationsaufwand
konnten die Systemkosten so stark reduziert werden, dass das System sogar für
die Kompakt- und Kleinwagenklasse attraktiv ist.
Verstellbare Dämpfungssysteme
Die Abstimmung der Stoß- oder Schwingungsdämpfer eines
Fahrzeuges bestimmt wesentlich dessen Fahreindruck und
das Komfortverhalten. Mit den heute üblichen konven-
tionellen hydraulischen Dämpfern lässt sich über hydraulische
Ventile eine feste Dämpfkraftkennlinie definieren, die
jedoch den klassischen Zielkonflikt zwischen Komfort und
Agilität nur teilweise auflösen kann.
In der Oberklasse heute vielfach schon Serienaus-
stattung und als Sonderausstattung mittlerweile auch schon
in der Kompaktklasse erhältlich, erlauben verstellbare
Dämpfungssysteme eine der Fahrsituation oder dem
Fahrerwunsch angepasste Dämpfungscharakteristik. Damit
bieten diese Systeme dem Kunden die Möglichkeit, komfortbetont
zu reisen, ohne jedoch auf die Sicherheitsreserven
und den Fahrspaß eines straff abgestimmten Fahrwerkes
verzichten zu müssen.
Diese komplexen Systeme zur Dämpfungsverstellung
umfassen die stufenlos verstellbaren Dämpfungsventile,
verschiedene Sensoren zur Bestimmung des Bewegungszustandes
von Karosserie und Rädern sowie ein auf-
wendiges Steuergerät zur Ansteuerung der Dämpfer entsprechend
der hinterlegten Algorithmen. Die hohen Kosten
für die Komponenten und der hohe Integrationsaufwand
behindern die weitere Verbreitung von stufenlos verstellbaren
Dämpfungssystemen.
Zwischen den etablierten stufenlosen Dämpfungsverstellsystemen
und dem konventionellen Dämpfer positi-
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
oniert sich das von ThyssenKrupp Bilstein Suspension entwickelte,
zweistufige System DampTronic ® select. Ein kosten-
günstiges Design des Ventiles, der Verzicht auf Sensorik
und minimaler Steuergeräteaufwand erlauben eine
drastische Reduzierung der Systemkosten / Bild 1 /.
Der Endkunde kann über einen Schalter am Armaturenbrett
zwischen einer Normal- und einer strafferen Sportkennlinie
wählen. Damit erhält er ein „Sportfahrwerk zum
Einschalten“ mit erlebbarer Steigerung der Agilität, kann
jedoch beispielsweise auf längeren Strecken auch die
komfortablere Normal-Stellung nutzen.
Bauraum-Anforderungen
Zu Beginn der Entwicklung des DampTronic ® select Ventiles
wurden, neben den Anforderungen an die hydraulische
Funktion, die wesentlichen Eckdaten wie Bauraumbedarf,
Energiebedarf, Gewicht und Zielpreis festgelegt. Grund-
sätzlich gibt es zwei Möglichkeiten einen verstellbaren
Dämpfer zu realisieren. Bei integrierten Ventilen befindet
sich das Verstellventil am Ende der Kolbenstange im
Arbeitsraum des Dämpfers. Im Gegensatz dazu kann das
Verstellventil auch am Außenrohr des Dämpfers positioniert
werden (adaptiertes Ventil). Beide Varianten haben spezifische
Vor- und Nachteile. ThyssenKrupp Bilstein Suspension
entschied sich beim DampTronic ® select für die integrierte
Lösung mit dem Ventil an der Kolbenstange. Für die
Applikation im Einrohrdämpfer ist diese Lösung die
hydraulisch günstigste.
/ 81

82 / DampTronic ® select
Für die weit verbreiteten Zweirohrdämpfer ergeben sich zwar
Nachteile hinsichtlich Baulänge und Kennlinienspreizung
der Druckstufenkräfte, dagegen steht jedoch der Vorteil,
eine deutlich kostengünstigere Rohrbaugruppe (oder die
unveränderte Baugruppe des konventionellen Serien-
Dämpfers) verwenden zu können. Das Mehrgewicht eines
Dämpfers mit DampTronic ® select gegenüber einem konventionellen
Dämpfer beträgt – auch aufgrund der integrierten
Ventilanordnung – nur ca. 80 g und ist damit gemessen
an der erweiterten Funktionalität nahezu vernachlässigbar.
Um einen möglichst breiten Anwendungsbereich für
DampTronic ® select zu ermöglichen, musste das Ventilsystem
an die gängigen Dämpferdimensionierungen angepasst
werden. In der Kompakt- und Kleinwagenklasse,
dem prädestinierten Anwendungsbereich des neuen Ventilsystems,
werden an der Vorderachse fast ausschließlich
McPherson-Federbeine mit einem Innenrohrdurchmesser
von ca. 32-36 mm eingesetzt. Der minimale Durchmesser
wurde auf 32 mm festgelegt, der Einsatz des Ventiles in
36 mm Innenrohren ist über eine Gehäusevariante mit
größerem Außendurchmesser möglich.
Beim Einsatz im McPherson-Federbein übernimmt der
Dämpfer Radführungsaufgaben und ist daher zum Teil
erheblichen Querkräften beim Bremsen oder bei Kurvenfahrten
ausgesetzt. Das Ventilgehäuse und insbesondere
die Verbindung zur Kolbenstange sind daher über Finite-
F
Konventioneller Dämpfer
Zusatzkosten/Fzg
(System)
0 €
Bild 1 / Positionierung DampTronic ® select
v
F
Sport
DampTronic ® select:
Zweistufig verstellbar
~100 €
Elemente-Berechnungen und experimentelle Versuche so
ausgelegt worden, dass diesen Beanspruchungen sicher
standgehalten werden kann.
An der Hinterachse werden die Dämpfer üblicherweise
als freistehende oder federtragende Dämpfer in Ein- oder
Zweirohrbauweise ausgeführt. Mit dem kleinen Durchmesser
von 32 mm kann das Ventil in beiden Dämpferbauweisen
eingesetzt werden, in der Regel ohne den radialen Bauraum
zu vergrößern.
Ein wesentlicher Nachteil integrierter Ventile ist die durch
deren Baulänge vergrößerte Totlänge, d.h. die Gesamtlänge
des Dämpfers vergrößert sich bei gleichem Hubbereich
gegenüber einem passiven Dämpfer oder einem adaptierten
Ventil. Aus diesem Grund kann vor dem Hintergrund
der heutigen extrem engen Package-Anforderungen der
Einsatz von integrierten Ventilen an wenigen Millimetern
Baulänge scheitern.
Bei der Entwicklung des DampTronic ® select Ventiles
konnte durch eine platzsparende Integration aller Funktions-
elemente eine Länge von 51 mm erreicht werden. Gegen-
über konventionellen Arbeitskolben ergibt sich hierdurch ein
akzeptabler Längenzuwachs von nur 20 mm. Die Gegenüberstellung
eines konventionellen Arbeitskolbens im
Vergleich zum DampTronic ® select Ventil ist in / Bild 2 /
dargestellt.
Comfort
v
F
Kontinuierlich verstellbar
~ 250 €
v
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 2 / Längenvergleich mit konventionellem Arbeitskolben
Hydraulische Funktionalität – Kennliniengestaltung
Das zweistufige Ventil des DampTronic ® select Systems
stellt dem Fahrer neben der Normalkennlinie eine per
Knopfdruck einschaltbare Sportkennlinie zur Verfügung.
Kennlinienbeispiele für die Normal- und Sportkennung sind
in / Bild 3 / dargestellt.
Beide Kennlinien bieten das volle Abstimmpotenzial
konventioneller Dämpfer, d.h. eine unabhängige Einstellung
der Zug- und Druckstufenkennlinie in verschiedenen
Geschwindigkeitsbereichen. Damit können die Dämpfkraftcharakteristiken
bestmöglich an die spezifischen Bedürfnisse
des Fahrzeuges bzw. der Abstimmphilosophie angepasst
werden. Gegenüber konventionellen Dämpfern ergeben sich
keine funktionalen Einschränkungen bezüglich Ansprechverhalten,
Fahrkomfort oder Fahrdynamik.
Energiebedarf
Vor dem Hintergrund der aktuellen CO 2-Diskussion ist
der Energiebedarf bei allen im Fahrzeug integrierten elektrischen
Systemen von großer Bedeutung. Diesem Anspruch
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
31 mm
wurde durch eine unter den gegebenen Randbedingungen
bestmögliche Auslegung des elektromagnetischen
Antriebes Rechnung getragen. Die Magnetspule ist so
dimensioniert, dass bei eingeschalteter Normalkennung
F [N]
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
-500
-1.000
-1.500
Sportkennlinie
Normalkennlinie
Bild 3 / Kennfeld DampTronic ® select: Sport- und Normalkennlinie
DampTronic ® select / 83
51 mm
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
v [m/s]
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

84 / DampTronic ® select
eine Leistung von weniger als 1 W pro Dämpfer benötigt
wird. Kontinuierliche Verstelldämpfer verfügen dagegen
üblicherweise über eine Leistungsaufnahme von 5 bis 10 W.
Beim Abschalten des Stroms stellt sich die Sportkennlinie
ein, sodass der Dämpfer rein passiv, d.h. ohne weitere
Energiezufuhr, arbeitet.
Konstruktive Umsetzung
Unter Berücksichtigung der genannten Anforderungen hinsichtlich
Bauraum, Kennliniengestaltung, Energiebedarf, und
natürlich Kosten entstand das in / Bild 4 / dargestellte
Ventildesign. Das DampTronic ® select Ventil beinhaltet die
passiven Dämpfungsventile für Normal- und Sportkennlinie
sowie ein magnetbetätigtes Schaltventil. Im oberen
Bereich des Ventiles ist ein Haftmagnet angeordnet, der
bei Bestromung den darunter liegenden Rundschieber
magnetisch in eine angezogene Position verschiebt. Durch
Zulauf Normalventil
Zulauf Sportventil
Bild 4 / Ansicht DampTronic ® select Ventil
die Öffnung des Schiebers wird der Strömungskanal durch
das Normalventil freigegeben. Das Normalventil wird damit
zum Sportventil hydraulisch parallel geschaltet, wodurch
sich die Normalkennlinie ergibt. Im unbestromten Zustand
drückt eine Rückstellfeder die Steuerkante des Schiebers
auf den Ventilsitz, wodurch der Volumenstrom unterbrochen
wird. Unterhalb des Rundschiebers ist das Normalventil
positioniert. Bei geöffnetem Rundschieber wird im Wesentlichen
durch dieses Ventil die Normalkennung erzeugt.
Die Abstimmung des Normalventiles erfolgt in ähnlicher
Form wie bei konventionellen Stoßdämpferventilen, indem
an Zug- und Druckstufenseite des Ventiles die hydraulischen
Widerstände durch geeignete Vorspannelemente
und Bypass-Kanäle angepasst werden. Da im normalen
Fahrbetrieb überwiegend diese Ventilstufe genutzt wird,
steht für ihre Einstellung ein umfangreiches Abstimmportfolio
zur Verfügung. Am unteren Ende des DampTronic ®
Magnet
Rundschieber
Normalventil Druckstufe
Normalventil Zugstufe
Sportventil
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

Bild 5 / ThyssenKrupp Bilstein Suspension Konzeptfahrzeug
select Ventiles befindet sich das Sportventil. Sein kennungs-
bestimmendes Element ist ein doppelseitig wirkendes
Federscheibenpaket, bei dem die Vorspannungen von Zug-
und Druckseite abgestimmt werden können. Parallel zu
dem Sportventil arbeitet ein Bypass-Ventil, durch das der
Anlaufgradient der Sportkennung in der Druckstufe verändert
werden kann. In Summe ergeben sich aus den
beschriebenen Abstimmparametern weitreichende Möglichkeiten,
das DampTronic ® select Ventil an die Bedürfnisse
verschiedenster Fahrzeuge anzupassen.
Konzeptfahrzeug
Um das Potenzial von DampTronic ® select zu erproben und
für Kunden erfahrbar zu machen, wurde von ThyssenKrupp
Bilstein Suspension ein BMW Mini Cooper S als Konzeptfahrzeug
aufgebaut / Bild 5 /. In das Fahrzeug wurden die
DampTronic ® select Dämpfer an Vorder- und Hinterachse,
ein Steuergerät sowie ein Wahltaster zur Umschaltung der
Fahrwerkseinstellungen integriert. Während der Dämpfer-
abstimmung konnten die Experten von ThyssenKrupp
Bilstein Suspension wertvolle Erfahrungen mit dem neuen
Ventilsystem sammeln. Gegenüber dem Serienfahrwerk
konnte in der Normalkennlinie der Fahrkomfort deutlich
gesteigert werden, ohne dass das Fahrzeug seinen
typischen Charakter verliert. Schaltet man das Fahrwerk
in die Sport-Position bemerkt man sofort die deutliche
straffere, sportliche Anbindung des Fahrzeuges und das
direktere Lenkverhalten.
Fazit
ThyssenKrupp Bilstein Suspension hat mit dem Dämpfungsverstellsystem
DampTronic ® select ein robustes und
kostengünstiges System entwickelt, das dem Fahrer die
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012
Möglichkeit bietet, mittels Schalter die Charakteristik seines
Fahrzeuges auf Wunsch fühlbar straffer und agiler ein-
zusstellen – ein Sportfahrwerk auf Knopfdruck. Das System
positioniert sich bewusst zwischen konventionellen
Dämpfern mit einer festen Kennlinie und komplexen, stufen-
losen Dämpfungsverstellsystemen. Durch den Verzicht auf
Sensorik und ein komplexes Steuergerät sowie ein konsequent
nach dem Prinzip Design-to-Cost entwickeltes
Schaltventil kann ein sehr attraktiver Preis für die gegen-
über einem voll verstellbaren System zwar eingeschränkte,
jedoch für den Endkunden sehr deutlich erlebbare
Funktionalität dargestellt werden. Der DampTronic ® select
Dämpfer bietet ein Kostenpotenzial von ca. 40 %, gegen-
über einem kontinuierlich verstellbaren System – bestehend
aus Sensoren, Steuergerät und Dämpfern sogar ein
Potenzial von ca. 50-60 %.
Durch den attraktiven Preis ist das System besonders
in der Kompakt- und Kleinwagenklasse eine Alternative
zum stufenlos verstellbaren Dämpfungssystem. Andererseits
stellt DampTronic ® select ein deutlich aufgewertetes
Sportfahrwerk dar, da dieses bei Bedarf ein- oder ausgeschaltet
werden kann und das Fahrzeug seine volle
Alltagstauglichkeit behält.
Mittlerweile konnten mehrere Serienaufträge für
DampTronic ® select gewonnen werden. Eine Anwendung
im Sportwagenbereich startet bereits 2012 in die Serien-
produktion, kurz darauf folgt der Einsatz in einem
Kompaktfahrzeug.
DampTronic ® select / 85

ThyssenKrupp aG
Postfach
45063 Essen
www.thyssenkrupp.com