Forum-Technische Mitteilungen - ThyssenKrupp AG

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Technische Mitteilungen ThyssenKrupp Juli 2000 

TK

02 

Impressum 

Impressum 

Herausgeber 

ThyssenKrupp AG 

Zentralbereich 

Technische Entwicklungen 

August-Thyssen-Straße 1 

40211 Düsseldorf 

Postfach 10 10 10 

40001 Düsseldorf 

Telefon 02 11/8 24-3 62 91 

Telefax 02 11/8 24-3 62 85 

Erscheinungsweise 

„forum – Technische Mitteilungen 

ThyssenKrupp“ 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 

„forum – Technische Mitteilungen 

ThyssenKrupp“ 

erfolgt über eine 

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Hilfe der automatisierten 

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geführt wird. 

ISSN 1438-5635 

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ThyssenKrupp 1/2000 

Titelbild 

Krupp VDM hat eine führende Position bei 

der Entwicklung und Herstellung von Hochleistungswerkstoffen. 

Hierzu gehören auch 

Trägerfolien für die im Titelbild dargestellten 

Metallkatalysatoren. Die Entwicklung 

eines Folienwerkstoffes mit erhöhtem 

Aluminiumgehalt für Katalysatoren, die 

heute schon zukünftige Abgasnormen 

erfüllen können, ist ein Beweis dafür, wie 

die Innovationskraft eines Unternehmens 

und die Kreativität seiner Mitarbeiter in 

zukunftsträchtige Produkte umgesetzt 

werden können. 

„Innovationen im ThyssenKrupp Konzern“ 

ist das Leitthema dieser Ausgabe von 

forum – Technische Mitteilungen 

ThyssenKrupp. Beispielhaft hierfür werden 

alle für den ThyssenKrupp Innovationswettbewerb 

2000 eingereichten Vorschläge 

vorgestellt. 

Als besonders anerkennenswerte Leistung 

wurden folgende Vorschläge ausgezeichnet: 

● Luftfeder-Dämpfermodule für die S-Klasse 

von DaimlerChrysler mit dem 1. Preis, 

● Blechradträger aus NIROSTA ® H400 

und Pkw-Seitenaufprallträger aus Mehrphasenstählen 

jeweils mit dem 2. Preis, 

● Die Smartstep-Stufe mit dem 3. Preis. 

Einzelheiten hierzu und zu den anderen 

Vorschlägen können Sie den Beiträgen 

dieses Heftes entnehmen.

03 

Vorwort 

Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Schulz, Vorsitzender des Vorstands der ThyssenKrupp AG 

Liebe Leserinnen, liebe Leser, 

Innovationen sind Motor für Wachstum und 

Wettbewerbsfähigkeit. Sie setzen Kreati- 

vität, Inspiration und geistige Leistung 

jedes einzelnen Mitarbeiters voraus. Nur in 

einem innovationsfreundlichen Klima eines 

Unternehmens lassen sich Neuerungen mit 

Erfolg im Markt umsetzen. 

Die Innovationsdynamik in vielen Branchen 

führt dazu, dass Innovationszyklen in der 

Vermarktung von Neuentwicklungen zuneh- 

mend kürzer werden. Ein Technologie- 

konzern wie ThyssenKrupp ist daher neben 

anderen Ressourcen vor allem auf die 

Kreativität seiner Mitarbeiter angewiesen, 

um in der technischen Entwicklung ganz 

vorne mitzuspielen. Insofern ist Innovation 

stärker denn je ein strategisches Instru- 

ment für den Erfolg unseres Unterneh- 

mens. 

Die Stärkung der Innovationskraft wird 

zukünftig eine bestimmendere Größe im 

Wettbewerb ausmachen. Die zunehmende 

Integration von Lieferanten und Kunden als 

Systempartner im Innovationsprozess setzt 

eine Konzentrierung auf eigene Kernkom- 

petenzen voraus. Ressourcen müssen auf 

diese Innovationsfelder gebündelt werden. 

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ThyssenKrupp stellt sich dieser Herausfor- 

derung. 

Der Konzern hat für das Jahr 2000 erst- 

mals einen Innovationswettbewerb aus- 

geschrieben, dessen Ergebnisse im vor- 

liegenden Themenheft aufgeführt sind. Ziel 

dieses Wettbewerbs war die Anerkennung 

kreativer Leistungen bei der Entwicklung 

neuer Werkstoffe, bei der Anwendung 

aktueller Fertigungstechnologien und bei 

der Weiterentwicklung von Produkten und 

Verfahren. Die Themenschwerpunkte 

zeigen neue Werkstoffentwicklungen und 

deren Umsetzung in neue Produkte auf, die 

die Kriterien Leichtbau, Reduzierung von 

Arbeitsschritten und damit auch Kosten- 

einsparungen erfüllen. Zusätzlich werden 

neue Lösungen in der Verfahrensent- 

wicklung und im Dienstleistungsbereich 

durch elektronisch gestützte Systeme im 

e-Business herausgestellt. 

Ekkehard Schulz 

Prof. Dr.-Ing. 

Ekkehard Schulz, 

Vorsitzender des 

Vorstands der 

ThyssenKrupp AG

04 

Inhalt 

Dr.-Ing. Bernhard Engl, HBL Werkstoffentwicklung, 

Dipl.-Ing. Jürgen Esdohr, BL Produktbetreuung WB, 

Dr.-Ing. Thomas Heller, BL Werkstoffentwicklung WB, 

Dipl.-Ing. Klaus Köhler, HBL Qualitätsstelle WB, 

Dipl.-Ing. Günter Stich, BL Produktentwicklung WB, 

Thyssen Krupp Stahl AG, Duisburg 

Dr.-Ing. Jens-Arend Feindt, 

Leiter F&E, Vertrieb, Planung - Geschäftsfeld 

Karosserie, 

Thyssen Umformtechnik + Guss GmbH, Bielefeld 

Seite 9 

Pkw-Seitenaufprallträger aus 

Mehrphasenstählen 

Die guten Herstellungsbedingungen und 

Eigenschaften herkömmlicher höherfester 

Stähle haben bereits zu weit reichenden 

Anwendungen zur Erzielung von Leichtbau 

geführt. In den letzten Jahren wurden die 

so genannten Mehrphasenstähle mit Festigkeiten 

>700 MPa zur Serienreife entwickelt. 

Die besonderen Eigenschaften dieser 

Stähle resultieren aus der Kombination 

harter und weicher Phasen in der Mikrostruktur. 

Dualphasen (DP)-, Restaustenitphasen 

(RA)-, Complexphasen (CP)- und 

Martensitphasen (MS)-Stähle gehören zu 

dieser neuen Gruppe von Mehrphasen- 

Stählen. Sie können als warm- oder kaltgewalzte 

Bänder mit unterschiedlichen 

Oberflächenveredelungen erzeugt werden. 

Ihr gutes Kaltumform- und Verfestigungsvermögen 

prädestinieren diese Stähle für 

das wirtschaftliche Kaltformgebungsverfahren. 

Die im Bauteil erzielbaren hohen 

Festigkeitskennwerte unter statischer und 

dynamischer Beanspruchung erlauben 

einen technisch und wirtschaftlich günstigen 

Einsatz dieser Stähle für crashrelevante 

Teile. Besonders Seitenaufprallträger sind 

geradezu ideale Anwendungen für diese 

hochfesten Stähle, da es hierbei auf eine 

hohe Energieaufnahme bei geringen 

Deformationen ankommt. 

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Dr.-Ing. Jochen Krautschick, 

Leiter Werkstoff- und Anwendungstechnik, 

Krupp Thyssen Nirosta GmbH, Düsseldorf 

Dipl.-Ing. Peter Harbig, 

Leiter Entwicklung und Vertrieb - Geschäftsfeld 

Fahrwerk, 

Thyssen Umformtechnik + Guss GmbH, 

Bielefeld 

Seite 13 

Blechradträger aus NIROSTA ® 

H400 

Der Ersatz herkömmlicher Radträger von 

Einzelradaufhängungen, die aus einer 

Stahlgusskonstruktion mit angeschraubtem 

Längslenker bestehen, durch eine 

Blech-Schweiß-Konstruktion vereinfacht 

die Herstellung und kann zu einem Gewinn 

an Sturz- und Spursteifigkeit führen. 

Um das Gewicht weiter zu optimieren, 

wurde ein Blechradträger aus NIROSTA ® 

H400 entwickelt. Durch Blechdickenreduzierung 

– wobei der Steifigkeitsverlust 

durch konstruktive Maßnahmen kompensiert 

werden konnte – war es möglich, 

nahezu das Gewicht eines Aluminium-Teils 

zu erreichen. Ein weiterer Vorteil von Edelstahl 

ist seine Korrosionsbeständigkeit. 

Kosten und Gewicht von Bauteilen aus 

NIROSTA ® H400 liegen zwischen den Vergleichswerten 

von Stahl und Aluminium, 

sodass sich bei Leichtbau-Lösungen mit 

diesem Werkstoff eine interessante Alternative 

anbietet, verbunden mit den Vorteilen 

des Einsatzes der bei Stahl eingeführten 

Fertigungstechnologien. 

Dr.-Ing. Harald Espenhahn, 

Leiter Geschäftsbereich Bänder, 

Krupp VDM GmbH, Werdohl 

Seite 16 

Aluchrom 7Al YHf – Neuer Katalysatorträger-Werkstoff 

von 

Krupp VDM 

Um die künftigen Abgasnormen einhalten 

zu können, ist die Entwicklung neuartiger 

Katalysatorkonzepte erforderlich. Als 

Katalysatorträger setzen sich dabei zunehmend 

gewickelte Metallfolien durch. Sie 

heizen sich schnell auf und bieten die 

Möglichkeit des elektrischen Vorheizens. 

Angestrebt wird eine weitere Verringerung 

der Foliendicke, um die Betriebstemperatur 

des Katalysators noch schneller zu 

erreichen. 

Um die Lebensdauer dieser dünneren 

Folie nicht zu beeinträchtigen, müssen die 

Trägerfolien eine hohe Oxidationsbeständigkeit 

aufweisen. Durch eine Erhöhung 

des Aluminiumgehaltes kann die Oxidationsbeständigkeit 

deutlich gesteigert werden. 

Die wirtschaftliche Herstellung derartiger 

Folien erfordert jedoch ein gegenüber 

Folien aus konventionellen Legierungen 

angepasstes Fertigungsverfahren. 

Im Rahmen eines vom Bundesminister 

für Bildung und Forschung geförderten 

Forschungsprojektes hat Krupp VDM 

GmbH, Werdohl, mit Aluchrom 7Al YHf 

einen geeigneten Werkstoff entwickelt, der 

bei nur 25 µm Foliendicke alle Anforderungen 

hinsichtlich Oxidationsbeständigkeit 

und Umformbarkeit erfüllt.

05 

Inhalt 

Dr. Ken Rusch, 

Technical Programs Manager, 

Budd Plastics Division, Troy, Michigan, USA 

Seite 20 

Ladekästen aus Verbundwerkstoffen 

für neue SUV- und 

Pickup-Modelle 

Seit der Einführung von SMC-Verbundwerkstoffen 

im Automobilbau Anfang der 

70er-Jahre hat ihr Einsatz ständig zugenommen. 

Eine neue Großanwendung von SMC 

sind Ladekästen (Cargo-Box) für Pickups 

und SUV-Fahrzeuge. Der Ford Explorer 

Sport Trac des Modelljahres 2001 ist das 

erste Serienfahrzeug mit einer SMC-Cargo- 

Box. Sie wird im Budd-Werk North Baltimore 

gefertigt. Das Innere dieser Box ist 

ein ca. 31 kg schweres einteiliges SMC- 

Formteil, das zur Erhöhung der Strukturfestigkeit 

mit integrierten Versteifungsrippen 

versehen ist. Auch die äußeren 

Seitenverkleidungen der Box bestehen aus 

SMC. 

In umfangreichen Tests konnte nachgewiesen 

werden, dass die Cargo-Box aus 

SMC einem konventionellen Ladebereich 

aus Stahl überlegen ist: Sie ist unempfindlich 

gegen schonungslose Behandlung, 

kann nicht verbeulen und ist korrosionsbeständig. 

Auf Grund geringerer Werkzeugkosten 

sind die Herstellkosten im Allgemeinen 

geringer als bei einer mehrteiligen Stahlkonstruktion. 

Dies ist bei geringen Stückzahlen 

(Sonderausführungen) von besonderem 

Vorteil. 

Die Reduzierung des Systemgewichts 

gegenüber einer Stahlausführung um bis 

zu 30 % senkt den Kraftstoffverbrauch, 

verbessert das Fahrverhalten und ermöglicht 

den Einbau weiterer Zusatzausstattung 

in das Fahrzeug, ohne die Gewichtsklasse 

zu überschreiten. 

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Dipl.-Ing. ETH Daniel Brunnschweiler, 

Entwicklungsleiter, EPAS, 

Krupp Presta AG, Eschen, Liechtenstein 

Seite 27 

TubPAS – die elektromechanische 

Lenkhilfe von Krupp Presta 

TubPAS ist eine neuartige von Krupp 

Presta entwickelte elektrische Lenkhilfe als 

Alternative zur konventionellen hydraulischen 

Lenkunterstützung. 

TubPAS erfüllt die Anforderungen des 

Verbrauchers bezüglich Komfort, Funktionalität 

und Preis ebenso wie die Forderung 

des Gesetzgebers nach Verbrauchsminderung. 

Dem Fahrzeughersteller bietet die 

kompakte Bauweise von TubPAS – röhrenförmige, 

konzentrisch um die Zahnstange 

angeordnete Lenkhilfe mit bürstenlosem 

Seltenerden-Motor – die Möglichkeit des 

Einbaus in den Bauraum, der heute für 

hydraulische Lenkhilfen zur Verfügung 

steht. Die ganze Lenkhilfe besteht aus nur 

7 bis 8 Einzelteilen und kann wirtschaftlich 

auf automatisierten Anlagen für sehr hohe 

Stückzahlen gebaut werden. 

TubPAS verbindet minimale Reibung, 

und damit gutes Lenkgefühl für den Fahrer, 

mit optimalem Wirkungsgrad, sodass 

sich die erforderliche Unterstützungsleistung 

mit den heutigen Bordnetzen darstellen 

lässt. 

Dipl. Verw.-Wiss. Michael Sailer, 

Marketing, 

Thyssen Umformtechnik + Guss GmbH, 

Bielefeld 

Seite 32 

Stahl-Leichtbau-Verbundlenkerachse 

für Pkw von 

Thyssen Umformtechnik + Guss 

Die Thyssen Umformtechnik + Guss 

GmbH, Werk Brackwede, hat ein neues 

Konzept für die Konstruktion von Verbundlenkerachsen 

entwickelt. 

Die wesentlichste Innovation dieser Konstruktion 

ist ein neuartiges Torsionsprofil, 

das eine deutlich geringere Wanddicke 

besitzt als vergleichbare herkömmliche 

Bauteile. Dies wird neben dem Einsatz 

eines höherfesten Dualphasenstahls durch 

eine neuartige Profilgestaltung in Form 

eines walzprofilierten doppelten U-Querschnitts 

mit einem Hohlraum zwischen 

innerer und äußerer Schale ermöglicht. 

Hierdurch ergibt sich ein Torsionsträgheitsmoment, 

das über dem konventionell 

geformter Torsionsprofile liegen kann. Die 

Konstruktion des Bauteils ermöglicht überdies 

den Verzicht auf den ansonsten üblichen 

Stabilisator. 

Eine weitere Neuerung besteht im Einsatz 

von Längslenkern aus flanschlos 

geschweißten Halbschalen. 

Das neue Konzept bietet größere Gestaltungsfreiheit 

und spart bis zu 25 % Kosten 

und bis zu 30 % Gewicht.

06 

Inhalt 

Dipl.-Ing. Klaus Schmidt, 

Entwicklung Stoßdämpfer, 

Krupp Bilstein GmbH, Ennepetal 

Seite 34 

Innovative Luftfeder-Dämpfermodule 

für die S-Klasse von 

DaimlerChrysler 

Die Krupp Bilstein GmbH ist als kompetenter 

Entwicklungspartner und Serienlieferant 

der internationalen Automobilindustrie 

anerkannt. Hohe Flexibilität und Innovationsfreudigkeit 

zeichnen das Unternehmen 

aus. 

In Zusammenarbeit mit DaimlerChrysler 

galt es für die S-Klasse ein neuartiges 

Luftfeder-Dämpfermodul zu entwickeln, 

das die Qualitäten konventioneller Komponenten 

hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrdynamik 

deutlich übertrifft und dadurch 

einen spürbaren Kundenvorteil erzielt. 

Für die Zielerreichung bedurfte es einer 

völligen Neuentwicklung der Luftfeder und 

des vierstufig verstellbaren Dämpfers. Bisher 

bekannte Technologien, besonders die 

der Luftfederfertigung, konnten nicht 

genutzt werden, weil der bekannte Stand 

der Technik den Anforderungen an das 

Produkt nicht mehr gerecht wurde. 

Unter Berücksichtigung des Kostenziels 

und der hoch angesetzten Qualitätsanforderungen 

mussten für die Fertigung der 

Luftfeder-Dämpfermodule automatische 

Fertigungseinrichtungen prozesstechnisch 

entwickelt und installiert werden. 

Die positiven Bewertungen des Systems 

vom Endkunden rechtfertigen den für die 

Realisierung notwendigen hohen technischen 

Aufwand. Die Luftfederung mit verstellbaren 

Dämpfern ist als Wegweiser in 

eine neue Technologie zu verstehen, an 

der auch die Krupp Bilstein GmbH zukünftig 

intensiv arbeiten wird. 

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Dr. Wolfgang Stein, 

Geschäftsführer / Leiter Technik, 

Dipl.-Ing. Hartmuth Willnauer, 

Leiter Entwicklung, 

Thyssen Fahrtreppen GmbH, Hamburg 

Seite 40 

Die Smartstep-Stufe – Innovation 

im Fahrtreppenbau 

Mit der „Smartstep“ hat Thyssen Fahrtreppen 

die erste Kunststoffstufe der Welt 

auf den Markt gebracht. 

Die Smartstep wird im Spritzgießverfahren 

aus einem von der Bayer AG eigens 

hierfür entwickelten glasfaserverstärkten 

Polyester-Material hergestellt. Durch beigefügte 

Farbpigmente ist der Stufenkörper 

in verschiedenen Farben durchgefärbt, 

sodass spätere Abnutzungsspuren farblich 

nicht auffallen. Für die Steifheit der Stufe 

sorgt eine präzise berechnete Verrippung 

auf der Innenseite und ein Stahlrohr an der 

Stufenhinterkante. 

Anders als bei bekannten Aluminiumstufen 

hat die Smartstep eine porenfreie 

Oberfläche. Daher ist die Smartstep sauberer, 

Schmutz haftet schlechter und die 

Reinigung wird erleichtert. Zudem ist das 

neue Material rutschfester und dämpft 

Geräusche besser. 

Im Material eingeschlossene Brandschutzmittel 

wirken nach Flammeinwirkung 

selbstverlöschend. Das Material ist dennoch 

schwer entflammbar und erfüllt somit 

internationale Brandschutznormen. 

Auch für den Produktionsprozess ergeben 

sich Vorteile. Die Spritzgussform wird 

weniger stark beansprucht als die Druckgussform 

bei Aluminiumstufen und hat 

demzufolge eine längere Standzeit. 

Die Smartstep ist leichter als eine Aluminium-Stufe, 

ein Vorteil beim Einbau und 

bei späteren Service-Arbeiten. 

Dr. rer. pol. Claus Algenstaedt, 

Abteilungsdirektor Zentrales Marketing, 

Thyssen Schulte GmbH, Düsseldorf 

Seite 44 

„TS Online“ – die Plattform für 

den elektronischen Geschäftsverkehr 

von Thyssen Schulte 

Für Thyssen Schulte bedeutet „TS Online“ 

eine zeitgemäße Optimierung des 

Geschäftsmodells und kundenorientierte 

Weiterentwicklung. „TS Online“ ist als 

neuer elektronisch gesteuerter Informations-, 

Verkaufs- und Transaktionskanal 

gedacht. Das Konzept ist auf Integration 

der gesamten Geschäftsabwicklung ausgerichtet. 

Dieser „Business to Business“- 

Ansatz wird seit Frühjahr 1999 konsequent 

verfolgt. 

Als Komplettanbieter von über 120.000 

Artikeln aus dem Werkstoffprogramm ist 

die Geschäftsstrategie von Thyssen Schulte 

auf die direkte Bearbeitung von Verarbeitern 

in Industrie, Handwerk und Bauwirtschaft 

ausgerichtet. 

Durch Zugangscode gesichert, können 

sich die Kunden bei „TS Online“ über die 

aktuelle Verfügbarkeit der Artikel informieren. 

Auf dieser Basis besteht die Möglichkeit 

– abweichend vom klassischen Muster 

der Auftragserteilung –, Aufträge elektronisch 

über „TS Online“ zu platzieren. 

Thyssen Schulte ist also 24 Stunden geöffnet. 

Auch im Online-Zeitalter bleibt allerdings 

der größte Erfolgsfaktor für ein Unternehmen 

die leistungsfähige Logistik, damit der 

Zeitgewinn aus elektronischen Geschäftsprozessen 

nicht bei der Lieferung verloren 

geht.

07 

Inhalt 

Peter Buderath, 

Leiter Abteilung ORG/DV, 

Thyssen Krupp Stahlunion GmbH, Düsseldorf 

Seite 50 

Online-Dokumenten-Management-System 

für Abnahmeprüfzeugnisse 

von ThyssenKrupp 

Stahlunion 

Der Prozess der Herstellung, Distribution 

und Verarbeitung von Stahl oder Metallen 

unterliegt der Qualitätssicherung und wird 

von laufenden Kontrollen begleitet. Von 

besonderer Bedeutung für die Rückverfolgbarkeit 

des Materials ist dabei das Abnahmeprüfzeugnis 

(Werkszeugnis). Es begleitet 

den jeweiligen Werkstoff vom Hersteller 

bis hin zum Verarbeitungsbetrieb des Kunden 

irgendwo in der Welt. 

ThyssenKrupp Stahlunion (TKSU) mit 

einem weltumspannenden Verkaufsnetz 

benötigt jährlich Zehntausende von Werkszeugnissen. 

Zur Optimierung der Geschäftsprozesse 

bei Archivierung, Suche und Verteilung 

von Werkszeugnissen in der in- und 

ausländischen Organisation einerseits und 

zur Pflege von Kundenverbindungen andererseits 

hat TKSU in Düsseldorf ein neues 

Dokumenten-Archivierungs-Management- 

System auf Basis der Internet-Technologie 

entwickelt und eingeführt. 

Ziel des globalen Systems ist es, Werkszeugnisse 

für alle TKSU-Gesellschaften im 

In- und Ausland rund um die Uhr online 

verfügbar zu haben. Das „World-Wide- 

Web“ bietet dafür eine hervorragende 

Technologieplattform. Auf einem zentralen, 

weltweit zugänglichen Internet-Server 

neuester Technologie sind inzwischen die 

Abnahmeprüfzeugnisse von nahezu allen 

TKSU-Landesgesellschaften mit den erforderlichen 

Suchkriterien in einer Datenbank 

hinterlegt. Kostenfreie Standard-Tools 

ermöglichen die komfortable Bedienung 

und Navigation. Das Projekt ist mit nennenswerten 

Einsparungen verbunden und 

soll erweitert werden. 

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Dr.-Ing. Holger Lieberwirth, 

Leiter Engineering*), 

Krupp Fördertechnik GmbH, Essen 

*) bis 31. 03. 2000 

Seite 56 

Innovative Lösungen für den 

Abraumtransport in einem 

Kupfer- und Goldtagebau 

Im Tagebau Grasberg in Indonesien wird 

eines der reichsten Gold- und Kupfervorkommen 

der Welt abgebaut. Die erheblichen 

Abraummengen machen einen diskontinuierlichen 

Abraumtransport zunehmend 

unwirtschaftlich. So entschied man 

sich für die Installation eines kontinuierlichen 

Fördersystems, bestehend aus 

Brechanlage, Bandanlagen und einem 

semimobilen Absetzer mit Transportraupe. 

Der Oberbau des Absetzers mit einer 

Gesamtlänge von 160 m stützt sich auf ein 

Portal ab, unter das die Transportraupe 

fahren kann, um den Absetzer zu bewegen. 

Die Tragkonstruktion des Abwurfauslegers 

wurde als leichte Rohrkonstruktion 

mit horizontaler und vertikaler Seilverspannung 

gestaltet. Hierdurch konnte eine 

Gewichtseinsparung um 50 % gegenüber 

einem vergleichbaren Absetzer mit Fahrund 

Schwenkwerk erzielt werden. Außerdem 

sind durch das neue Konzept die 

Betriebskosten deutlich geringer. 

Die Außenkonturen der zum Bewegen 

des Absetzers und zum Versetzen der 

Brechanlagen notwendigen Transportraupe 

musste an die freien Querschnitte der 

vorhandenen Systeme angepasst werden. 

So entstand eine sehr kompakte Transportraupe 

mit extremer Tragfähigkeit und Leistung. 

Linda Frederick, B. Comm, 

Marketing und Kommunikation, 

Krupp Canada, Inc., Calgary, Kanada 

Seite 60 

Öko-Schiffsbelader von Krupp 

Canada 

Kupferkonzentrat stellt für die Meeresflora 

und -fauna eine potenzielle Gefährdung 

dar. Für eine Hafenanlage in Chile, in 

der bis zu 1 Mio t Kupferkonzentrat pro 

Jahr verladen werden, wurde Krupp Canada 

mit der Entwicklung und dem Bau eines 

Schiffsbeladers beauftragt, bei dem das 

Verschütten von Kupferkonzentrat vollständig 

vermieden werden sollte. 

Kritisches Element eines Schiffsbeladers 

ist der Ausleger, der bis zu den Luken des 

Schiffes reichen muss. Um einerseits den 

statischen Anforderungen zu genügen und 

andererseits das Gewicht des Auslegers 

möglichst gering zu halten, wird üblicherweise 

der Ausleger als leichte Fachwerkkonstruktion 

ausgebildet. Da mit dieser 

traditionellen Bauweise ein Verschütten 

des Transportgutes nicht auszuschließen 

ist, entschied sich Krupp Canada für ein 

völlig geschlossenes, staubdichtes System 

mit einem Ausleger in Röhrenform. Die 

Röhre erfüllt dabei alle mechanischen Auslegerfunktionen 

und fungiert zugleich als 

tragendes Bauteil. 

Der Ausleger wurde zur Sicherstellung 

der Umweltaspekte mit einer Staubsaugvorrichtung 

ausgestattet, mit der während 

der Wartungsperioden das Innere des Auslegers 

gereinigt werden kann.

08 

Inhalt 

Dr.-Ing. Holger Thielert, 

Stellv. Hauptabteilungsleiter Gastreatment 

Plants, 

Thyssen Krupp Encoke GmbH, Bochum 

Seite 63 

Automatisierung und Optimierung 

von Gasreinigungsanlagen 

mit GasControl 

Gasreinigungsanlagen als Bestandteil 

von Kokereien werden heute noch weitgehend 

manuell gefahren, das Betriebsergebnis 

ist somit in hohem Maße abhängig 

von der Motivation, Qualifikation und 

Erfahrung des Bedienpersonals. 

Mit GasControl wurde erstmalig ein 

System für den automatisierten und optimierten 

Betrieb von Gasreinigungsanlagen 

entwickelt. Das System besteht im Wesentlichen 

aus einem Datenserver, einem 

Modellrechner und einer Auswerte-/ 

Bedienstation. Der Datenserver beinhaltet 

eine Echtzeitdatenbank, die kontinuierlich 

mit Prozessdaten versorgt wird. Diese 

Daten werden im Modellrechner als 

Eingangsgrößen in einem dynamischen 

Simulationsmodell verarbeitet und hieraus 

Sollwerte für die Prozessregelung berechnet, 

die nachfolgend an das Leitsystem 

übertragen werden. Das Gesamtsystem ist 

flexibel aufgebaut, sodass es sich automatisch 

auf unterschiedliche Standardbetriebsweisen 

einstellen kann. 

GasControl wurde bereits auf zwei 

Anlagen installiert. Die Betriebserfahrungen 

zeigen, dass es mit GasControl 

möglich ist, Gasreinigungsanlagen immer 

am optimalen Betriebspunkt zu betreiben. 

Der modulare Aufbau und die Verwendung 

kommerzieller Standardsoftware 

machen die Übertragung auf Chemie-/ 

Petrochemieanlagen aller Art möglich. 

forum 


Dr.-Ing. Lutz Palm, 

Geschäftsführer, 

JAFO Technologie, Hamburg 

Dipl.-Ing. Norbert Platz, 

Leiter Fertigung, 

Blohm+Voss Repair GmbH, Hamburg 

Seite 69 

Innovative Technologien zur Entlackung 

und Farbbeschichtung 

von Schiffen im Dock 

Die Reinigung und Farbbeschichtung der 

Schiffsaußenhaut sind arbeitsintensive 

und umweltsensitive Prozesse, die zudem 

meist in kurzen Dockliegezeiten durchgeführt 

werden müssen. 

Die Blohm+Voss Repair GmbH hat hierfür 

innovative Technologien mit den 

Zielsetzungen: Reduzierung der Umweltbelastungen, 

Schonung von Materialressourcen, 

Verbesserung der Arbeitsbedingungen 

sowie Erhöhung der 

Produktivität entwickelt. 

Zur Reinigung findet das Waterblasting 

in Form von Hochdruckwasserstrahlen mit 

integrierter Prozess- und Abwasserbehandlung 

Anwendung. Gegenüber dem 

konventionellen Gritblasting kann die 

Menge anfallender und zu entsorgender 

Reststoffe deutlich reduziert werden. 

Außerdem erhöht Waterblasting die 

Qualität der gereinigten bzw. entlackten 

Schiffsaußenhaut. 

Mit dem PAINTMASTER wurde eine automatisierte 

mobile Beschichtungsanlage 

entwickelt, deren wesentliches Element ein 

mehrdüsiger Spritzkopf mit Oversprayabsaugung 

ist. Die Strahlführung im gekapselten 

Beschichtungskopf verbessert die 

Homogenität und Reproduzierbarkeit des 

Farbauftrags, und durch Oversprayminimierung 

kann der Farbverlust drastisch 

reduziert werden. Infolge der realisierten 

Teilautomatisierung werden der Personalbedarf 

verringert und verbesserte Arbeitsbedingungen 

geschaffen.

9 

Dr.-Ing. Bernhard Engl, 

Dipl.-Ing. Jürgen Esdohr, 

Dr.-Ing. Jens-Arend Feindt, 

Pkw-Seitenaufprallträger aus Mehrphasenstählen 

forum 


Dr.-Ing. Thomas Heller, 

Dipl.-Ing. Klaus Köhler, 

Dipl.-Ing. Günter Stich 

Seitenaufprallträger aus CP-Stahl werden bereits in 

der Großserie, wie z. B. beim VW Golf IV, eingesetzt 

(Bild 1). Quelle: Financial Times, Juni 1999

10 

1 Einleitung 


Leichtbau verbindet man häufig zu 

Unrecht mit Werkstoffen wie Magnesium, 

Aluminium oder Kohlefasern. Die Anwendungsforschung 

konzentriert sich in vielen 

Fällen viel zu einseitig auf die Verwendung 

und Verarbeitung dieser „modernen“ Werkstoffe. 

In letzter Zeit wird zunehmend 

erkannt, dass auch bei dem vermeintlich 

bekannten Werkstoff Stahl noch längst 

nicht alle Potenziale ausgeschöpft sind. Es 

gibt absolut keinen Zweifel daran, dass vor 

allem Stahl zu den modernen und höchst 

attraktiven Leichtbauwerkstoffen gehört. 

Die Entwicklungsarbeiten der Stahlindustrie 

haben sich in den letzten Jahren darauf 

konzentriert, die Umform-, Festigkeits- und 

die Verarbeitungseigenschaften von Stahl 

zu verbessern (Bild 2). Dies fängt bei den 

weichen Stählen an und geht bis zu 

höchstfesten Martensitphasenstählen mit 

Festigkeiten von mehr als 1.200 MPa. 

Dabei ist es beispielsweise gelungen, den 

verfügbaren Festigkeitsbereich für Warmband 

um bis zu 50 % zu erweitern. Darüber 

hinaus konnten die Umformeigenschaften 

über einen weiten Festigkeitsbereich deut- 

forum 


lich verbessert werden. 

Mit den Mehrphasenstählen wurde eine 

neue Stahlfamilie geschaffen. Neben den 

bekannten Verfestigungsmechanismen, wie 

Kornfeinung, Ausscheidungshärtung und 

Mischkristallverfestigung, nutzt man hier im 

Wesentlichen die Gefügehärtung. Die spezifischen 

Eigenschaften dieser Stähle resultieren 

aus der Kombination unterschiedlich 

harter Gefügebestandteile (Bild 3). Damit 

ist es möglich, einen Festigkeitsbereich von 

500 bis 1.200 MPa abzudecken. Die spezifischen 

Eigenschaften der Stähle resultieren 

aus der maßgeschneiderten Kombination 

von harten und weichen Gefügebestandteilen. 

Für die sehr hohen Festigkeiten 

der Complexphasenstähle (CP) sind die 

extrem feinkörnige, bainitische Grundstruktur 

mit eingelagerten Ferrit- und Martensitinseln 

und eine Ausscheidungshärtung verantwortlich. 

Die höchsten Festigkeiten 

erreicht man schließlich durch die im 

Wesentlichen martensitische Gefügestruktur 

der Martensitphasenstähle (MS). 

Da der Korrosionsschutz eine immer 

wichtigere Rolle im Automobilbau spielt, 

bietet ThyssenKrupp Stahl alle Mehrphasenstähle 

auch oberflächenveredelt an. 

2 Festigkeits- und Crasheigenschaften 

Entwicklung höherfester Stähle (Bild 2) Gefügehärtung bei Mehrphasenstählen (Bild 3) 

Typisch für die Familie der Mehrphasenstähle 

ist ihr hohes Verfestigungsvermögen 

(work-hardening). Die Stähle verfestigen 

besonders bei geringen Verformungen sehr 

stark und zeigen darüber hinaus einen 

Bake-Hardening-Effekt, der im Gegensatz 

zu den bekannten BH-Stählen mit zunehmender 

Verformung ansteigt. Die bereits 

außerordentlich hohen Ausgangsfestigkeiten 

bei diesen Stählen führen zusammen 

mit hohem Work- und Bake-Hardening zu 

hohen Bauteilfestigkeiten. 

Im Hinblick auf das Crashverhalten sind 

die dynamischen Kennwerte der neuen 

Stähle von besonderem Interesse. Mit 

zunehmender Dehngeschwindigkeit nimmt 

die Fließspannung zu. Der Festigkeitsanstieg 

durch Vorverformung und anschließendes 

Bake-Hardening (20 Min./ 

170 °C/Luft) bleibt auch bei hohen Dehngeschwindigkeiten 

erhalten. Damit sind 

wichtige Voraussetzungen für den Einsatz 

dieser Stähle für crashrelevante Bauteile 

erfüllt. 

In Versuchen unter einem Crash-Ham-

11 


Seitenaufprallträger aus MS-W 1200 nach Crashversuch bei Raumtemperatur und bei -40 °C (Bild 4) 

mer, bei dem ein Fallgewicht mit einer definierten 

Geschwindigkeit einen bauteilähnlichen 

Standard-Crashkörper verformt, 

konnte die Auswirkung der erhöhten Werkstofffestigkeit 

nachgewiesen werden. Complexphasen- 

und Martensitphasenstähle 

zeichnen sich durch große Energieaufnahme 

sowie hohe Resthöhen nach der Crashverformung 

auch bei niedrigen Temperaturen 

aus. 

Auch Seitenaufprallträger aus höchstfestem 

Martensitphasenstahl, die an Stelle 

einer Stauchverformung mit einer Biegebeanspruchung 

geprüft wurden, zeigen bis zu 

-40 °C duktiles Verhalten im Crash-Fall 

(Bild 4). 

3 Der Anwendungsfall Seitenaufprallträger 

Eine nahezu ideale Anwendung für die 

hochfesten warmgewalzten CP- und MS- 

Stähle sind Seitenaufprallträger (Bild 5), die 

im Innenbereich von Pkw-Türen im unteren 

Drittel der Türrahmen befestigt werden und 

bei einem auftretenden Seitencrash den 

Überlebensraum bewahren sollen. Hier 

kommt es auf ein hohes Energieaufnahmevermögen 

im elastischen und gering plastischen 

Bereich an. Mit der Produktinnovation 

sind mehrere, sonst konkurrierende 

forum 


Ziele gleichzeitig erreicht worden: Gewichtsreduzierung, 

Kostenreduzierung und Prozessvereinfachung. 

Während Seitenaufprallträger 

aus konventionellen Stahlwerkstoffen 

nach oder während der Fertigung 

zusätzlich wärmebehandelt werden müssen, 

lassen sich die Träger aus den neuen 

Warmband-Stählen lediglich durch Stanzen 

und Kaltverformen herstellen, was erheblich 

Kosten einspart. 

Seitenaufprallträger aus elektrolytisch 

verzinktem CP-Stahl werden bereits heute 

in der Großserie, wie z.B. beim VW Golf IV, 

eingesetzt (Bild 1). Durch die Kombination 

von verzinktem Warmband mit hoher Festigkeit 

und guten Umformeigenschaften ist 

es gelungen, bei einem Automobilhersteller 

das aufwendigere Verfahren der Herstellung 

warmgepresster Teile mit anschließender 

Direkthärtung zu verdrängen. 

Neben der Reduzierung der Blechdicke 

von 1,9 auf 1,65 mm mit einer Gewichtsreduzierung 

von 13 % ergeben sich in der 

Herstellung beim Kunden beachtliche 

Kostenvorteile durch die bei der Kaltumformung 

erzielbare Reduzierung von Arbeitsgängen 

im Vergleich zur Warmumformung 

mit integrierter Härtung (Bild 6). 

Die noch höheren Festigkeiten des Martensitphasen-Stahles 

und die bei diesen 

Stählen einstellbaren geringen Walzdicken 

hat Thyssen Umformtechnik + Guss genutzt 

und einen gewichtsoptimierten Seitenaufprallträger 

auf Basis des warmgewalzten 

MS-Stahls zur Serienreife entwickelt. 

Dadurch lassen sich Bauteilfestigkeiten von 

bis zu 1.450 MPa realisieren, womit eine 

weitere Gewichtsreduzierung der Träger 

erreicht werden konnte. Das Bauteil ist 

damit nur wenige Gramm schwerer als ein 

bisher eingesetzter Seitenaufprallträger aus 

Aluminium, dafür aber bei verbesserten 

Eigenschaften um annähernd 50 % kostengünstiger 

(Bild 7). Zwei Automobilhersteller 

stellten die Produktion in der laufenden 

Serie auf das MS-W-1.200-Konzept um 

und haben damit Seitenaufprallträger aus 

Aluminium-Strangpressprofilen bzw. Rohren 

substituiert. 

Pkw-Seitenaufprallträger aus hochfesten Complex- und Martensitphasenstählen (Bild 5)

12 


Einsparungen durch den Einsatz kaltumgeformter Seitenaufprallträger 

(Beispiel: Golf IV, Material: CP-W 1000) (Bild 6) 

Zerteilen 

4 Herstellungs- und Verarbeitungsentwicklungen 

Es ist damit zu rechnen, dass sich die 

neue Fertigungstechnologie der Herstellung 

kaltgeformter Seitenaufprallträger aus 

hochfesten Mehrphasenstählen bei weiteren 

Neufahrzeugen und Fahrzeugherstellern 

aufgrund der großen wirtschaftlichen 

Vorteile durchsetzt. Die vollständige Nutzung 

der in den hochfesten Mehrphasenstählen 

enthaltenen Potenziale beschränkt 

sich nicht auf die Herstellung von Seitenaufprallträgern. 

Simulationsrechnungen 

haben aufgezeigt, dass bei optimaler Werkzeugauslegung 

auch Stoßfänger und 

B-Säulenverstärkungen daraus herstellbar 

sind. Versuchs- und Serienfertigungen 

haben dies mittlerweile bestätigt. 

Voraussetzungen sind jeweils auf den 

Werkstoff abgestimmte Verarbeitungsprozesse, 

wobei die Werkstoff- und die Verfahrensentwicklung 

in enger Beziehung zur 

verfügbaren Anlagentechnik stehen. Dies 

gilt sowohl für den Hersteller des Werkstoffes 

als auch für den Anwender. In der Herstellung 

von Warmband kommt dem Verfahren 

des endabmessungsnahen Gießens 

forum 


eine zunehmende Bedeutung zu. Die im 

letzten Jahr in Betrieb genommene 

Gießwalzanlage der Thyssen Krupp Stahl 

AG ist ein Beispiel dafür, wie innovative 

Werkstoff- und Anlagenentwicklung ineinander 

greifen und voneinander profitieren: 

Hier gibt es nunmehr beste Voraussetzungen 

zur Darstellung neuester hochfester 

Kaltumformstähle für Warm- und Kaltbandprodukte 

in noch geringeren Dicken bei 

geringeren Streuungen der Werkstoff- und 

Geometrieeigenschaften im Vergleich zur 

konventionellen Erzeugung. 

Konzeptvergleich Seitenaufprallträger (Bild 7) 

In der Verarbeitung, wie z.B. beim Stanzen 

und Kaltumformen, müssen natürlich 

die Verarbeitungsmaschinen den deutlich 

gestiegenen Festigkeiten der hochfesten 

Mehrphasenstähle gerecht werden. Bei 

einem der Kaltformung vorgeschalteten 

Schneidprozess sollte in der Schnittkante 

der Verfestigungsbetrag minimiert werden, 

um ggf. Anrisse bei der Umformung zu vermeiden. 

Weiterhin sollte die Werkzeugoberfläche 

den erhöhten Anforderungen durch 

die hohe Werkstoffhärte entsprechen, um 

Standzeiten zu optimieren. 

Diese beispielhaften, im Vergleich zu 

konventionellen Kaltumformstählen gestiegenen 

Anforderungen in den Verarbeitungsbedingungen 

zeigen, dass zur vollständigen 

Nutzung der Werkstoffpotenziale 

auch Entwicklungen in der Verarbeitung 

erforderlich sind. 

Die zuvor vorgestellten Resultate beweisen, 

dass Stahl ein leistungsfähiger Werkstoff 

ist, da sich mit ihm Begriffe wie Festigkeit, 

Sicherheit und gute Verarbeitbarkeit 

verbinden.

13 

Dr.-Ing. Jochen Krautschick, 

Dipl.-Ing. Peter Harbig 

Blechradträger aus NIROSTA ® H400 

forum 


Radträger aus NIROSTA ® H400 (Bild 1)

14 


1 Ausgangssituation 

Herkömmliche Radträger von Einzelradaufhängungen 

bestehen in der Regel 

aus einer Stahlgusskonstruktion mit einem 

angeschraubten Längslenker (Schwert). 

Diese Konstruktion hat den Nachteil, dass 

das Bauteil zum einen relativ schwer und 

zum anderen, bedingt durch die mechanische 

Bearbeitung, relativ teuer ist. 

2 Neuer Lösungsansatz 

Bei der vorgestellten Lösung wurde das 

Gussteil durch eine Blech-Schweiß-Konstruktion 

ersetzt. Außerdem wurde das 

Schwert integriert, sodass während der 

Montage das Anschrauben des Schwertes 

als Arbeitsgang entfällt. Bedingt durch die 

doppelseitige Aufnahme der Lenkerarme – 

bei der Gussteilkonstruktion werden die 

Lenkerarme einseitig verschraubt – gewinnt 

die Blechkonstruktion zusätzlich an Sturzund 

Spursteifigkeit. Das Gehäuse zur 

Aufnahme des Gummi-Metall-Lagers wird 

direkt aus dem Blech des Längslenkers 

durch Ziehen hergestellt und so ausgebildet, 

dass die Krafteinleitung mittig am freien 

Ende des Längslenkers erfolgt. Auch 

hierdurch wurde ein zusätzlicher Arbeitsgang 

(Einschweißen eines Rohrabschnittes) 

vermieden. 

3 Bauteiloptimierung 

In dem Bestreben, das Gewicht des Bauteiles 

weiter zu optimieren und selbst einen 

möglichen Gewichtsnachteil zu einer Aluminium-Guss-Ausführung 

zu minimieren, 

wurde das Bauteil aus NIROSTA ® H400 

weiterentwickelt. Durch Blechdickenreduzierungen 

war es möglich, nahezu das 

Gewicht des Aluminium-Teiles zu erreichen. 

forum 


Herkömmliche Konstruktion eines Radträgers, bestehend aus einem Guss-Radträger 

mit angeschraubtem Biegelenker (Bild 2) 

Der Verlust an Steifigkeit, bedingt durch die 

Blechdickenreduzierung, konnte durch konstruktive 

Änderungen kompensiert werden. 

Die bereits angeführten Vorteile bezüglich 

des Herstellungsprozesses einer Stahl- 

Schweiß-Konstruktion bleiben erhalten. 

Ein weiterer Vorteil des Edelstahles ist die 

Korrosionsbeständigkeit. Gerade im 

Bereich des Fahrwerkes, das Steinschlägen 

und ständigen Umwelteinflüssen ausge- 

setzt ist, kann dieser Vorteil des Edelstahles 

genutzt werden, um bisher nie erreichte 

Blechstärken zu realisieren. 

4 Neuer Werkstoff 

NIROSTA ® H400 

NIROSTA ® H400 ist ein neuer nichtrostender 

Stahl, der speziell für konstruktive 

Anwendungen im Automobil im Wettbe- 

Blechpressteil-Lösung eines Radträgers, bestehend aus zwei Blechschalen mit integriertem Biegelenker 

(Bild 3)

15 


Hinterachse mit eingebauten Radträgern (gelb) als Blech-Schweiß-Konstruktion 

(Bild 4) 

werb mit Aluminium entwickelt wurde. Die 

Entwicklung folgte dabei konsequent den 

Anforderungen, wie sie in der ULSAB-Studie 

(Ultra-Light-Steel-Automotive-Body) der 

internationalen Stahlindustrie formuliert 

wurden. Dort werden für den Leichtbau mit 

Stahl Werkstoffe mit hohen Streckgrenzen 

und Festigkeiten bei sehr gutem Umformvermögen 

gefordert. Zusätzlich sind hohe 

Schwingfestigkeit und Energieaufnahme im 

Crash von herausragender Bedeutung. 

NIROSTA ® H400 weist Streckgrenzen von 

min. 400 N/mm2 auf. Auf Grund der besonderen 

Verfestigungsmechanismen der austenitischen 

Gitterstruktur hat man auch bei 

diesen Festigkeiten noch ein ausgezeichnetes 

Umformvermögen, das sich in einer 

Bruchdehnung von ca. 50 % widerspiegelt. 

Die Vorteile in der Schwingfestigkeit und in 

der Crashenergieaufnahme sind auch im 

Vergleich zu hochfestem Feinblech erheblich. 

Die Eigenschaften ermöglichen bei den 

potenziellen Anwendungen deutliche 

Blechdickenreduzierungen im Vergleich zu 

ferritischem Stahl. Bei flächigen Bauteilen, 

wie der Außenhaut, ist das Leichtbaupotenzial 

gering, denn die elastischen Eigen- 

forum 


schaften und die Dichte sind vergleichbar 

dem ferritischen Stahl. 

Die Korrosionsbeständigkeit entspricht 

den bekannten Edelstählen wie 1.4301. 

Probleme bei der Lackierbarkeit, die den 

Einsatz im Automobil beeinträchtigen 

könnten, sind nicht bekannt. 

5 Ausblick 

Mechanische Eigenschaften der NIROSTA ® H-Stähle im Vergleich (Bild 5) 

Generell zeichnet sich ab, dass Kosten 

und Gewicht von Bauteilen aus NIROSTA ® 

H400 zwischen den Vergleichswerten von 

Stahl und Aluminium liegen. Der Fahrzeugentwickler 

muss also bei Zwang zum 

Leichtbau nicht mehr sofort den Sprung 

zum Aluminium wagen, sondern hat erstmals 

als Alternative eine Zwischenlösung, 

verbunden mit der eingeführten Fertigungstechnologie 

von Stahl. 

NIROSTA ® H400 wird daher genau dort 

zum Zuge kommen, wo bereits Aluminium- 

Lösungen eingesetzt werden oder wo man 

über solche Lösungen nachdenkt. Der 

erwartete Zuwachs für NIROSTA ® H400 

wird daher im Wesentlichen auf Kosten des 

Wachstums von Aluminium erfolgen. 

Die strategische Bedeutung einer Ausweitung 

der Anwendungsgebiete für den 

Edelstahl im Automobil ist hoch: Eine Steigerung 

des durchschnittlichen Einsatzes 

um 10 kg bei den in Europa gefertigten 

Fahrzeugen wird den europäischen 

Gesamt-Edelstahlverbrauch um ca. 

7 % p.a. anheben.

16 

Dr.-Ing. Harald Espenhahn 

Aluchrom 7Al YHf – Neuer Katalysatorträger-Werkstoff von Krupp VDM 

forum 


Schnitt durch einen metallischen Abgaskatalysator mit Blick auf die 

Trägerfolie (Bild 1)

17 

1 Einleitung 


In heutigen Automobilabgaskatalysatoren 

werden 95–99 % der bei der Verbrennung 

anfallenden Kohlenwasserstoffe 

umgewandelt. Dieser hohe Prozentsatz ist 

jedoch immer noch nicht ausreichend für 

die kommenden Abgasbestimmungen, d.h. 

für die ab dem Jahre 2005 geltende 

europäische Vorschrift EURO LEVEL IV und 

für die aktuelle kalifornische ULEV (Ultra 

Low Emission Vehicle) oder die SULEV 

(Super Ultra Low Emission Vehicle), die im 

Jahre 2003 in Kalifornien in Kraft tritt und 

möglicherweise in den gesamten USA gelten 

soll. 

Um die künftigen Abgasnormen einhalten 

zu können, ist die Entwicklung neuartiger 

Katalysatorkonzepte erforderlich. Da 

etwa 70 % der emittierten Schadstoffe 

während der Startphase anfallen, müssen 

Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen 

auf ein schnelleres Erreichen 

der Betriebstemperatur des Katalysators 

abzielen. Dies wird möglich durch elektrisches 

Vorheizen, näheres Heranrücken 

des Katalysators an den Motor und vor 

allem durch die Reduzierung der Dicke der 

Trägerfolien. 

2 Neue metallische Katalysatorträger 

Neue Katalysatorkonzepte erfordern neue 

Werkstoffe. Der wabenförmige Trägerkörper, 

auf den der eigentliche Katalysator, 

das Edelmetall Platin oder Rhodium, aufgebracht 

wird, bestand in der Vergangenheit 

überwiegend aus Keramik. Zunehmend 

setzen sich jedoch Katalysatorträger aus 

gewickelten Metallfolien durch (Bild 1). 

forum 


2.1 Eigenschaften metallischer 

Katalysatorträger 

Metallische Katalysatorträger heizen sich 

schneller auf und bieten darüber hinaus 

noch die Möglichkeit des elektrischen Vorheizens. 

Zudem zeigen sie eine gute Temperaturschockbeständigkeit, 

eine große 

spezifische Oberfläche und stellen damit 

geringere Anforderungen an die Bauraumgröße 

gegenüber keramischen Systemen. 

Ein entsprechend geringerer Rückstaudruck 

ermöglicht darüber hinaus einen bei wirtschaftlicher 

Fahrweise geringeren Kraftstoffverbrauch. 

Die übliche Dicke der Metallfolien beträgt 

zurzeit 50 µm. Um die erforderliche 

Betriebstemperatur des Katalysators noch 

schneller zu erreichen, sollen künftig Trägerfolien 

mit einer Dicke von nur 30 µm 

oder weniger zum Einsatz kommen. 

Kumulierte Kohlenwasserstoff-Emissionen [g] 

2.2 Oxidationsbeständigkeit und 

Lebensdauer 

Die Anforderungen an die Hitzebeständigkeit 

der metallischen Katalysatorträger 

bei Abgastemperaturen bis zu 1.100 °C 

sind bereits jetzt so hoch, dass die Reduzierung 

der Foliendicke auf 30 µm mit konventionellem 

Material und ein dichteres 

Heranrücken des Katalysators an den 

Motor nicht möglich sind, ohne damit ein 

Durchkorrodieren der Folie in Kauf zu nehmen. 

Mit abnehmender Foliendicke wird die 

Wahrscheinlichkeit für das Auftreten der 

„Breakaway Corrosion“ immer größer 

(Bild 2). 

Trägerfolien für Katalysatoren in SULEV- 

Fahrzeugen müssen demnach eine hohe 

Oxidationsbeständigkeit aufweisen, damit 

bei einer Reduzierung der Foliendicke von 

50 µm auf 30 µm keine Reduzierung der 

Lebensdauer auftritt. So wird ein neuer 

Werkstoff benötigt, der sich unter den 

Erfüllung zukünftiger Abgasgrenzwerte mit neuen metallischen Katalysatorträgern (Bild 2) 

Quelle: Emitec, Lohmar

18 


Einfluss der Foliendicke auf die Lebensdauer dünner Folien aus einer Fe-Cr-Al-Legierung (Bild 3) 

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 

Oxidationszeit in h 

genannten Bedingungen für die Verwendung 

als Folie in Dicken von weniger als 

30 µm eignet. 

Als Trägermaterialien für metallische 

Automobilabgaskatalysatoren finden zurzeit 

Metallfolien mit einer Dicke von 50 µm aus 

Fe-20Cr-5Al-Legierungen mit Zusätzen der 

reaktiven Elemente Cer, Lanthan oder Yttrium 

Verwendung. Ihre hohe Oxidationsbeständigkeit 

bei Temperaturen bis zu 

1.100 °C erhalten diese Werkstoffe durch 

eine schützende, langsam wachsende 

Schicht aus Aluminiumoxid (α-Al2O3), 

deren Haftung durch die reaktiven Elemente 

verbessert wird. Da während des Betriebes 

jedoch laufend Aluminium für das 

Wachstum der Aluminiumoxidschicht verbraucht 

wird, kann es nach langen 

Betriebszeiten zu einer Aluminiumverarmung 

mit anschließender Zerstörung der 

Trägerfolie durch die Bildung nichtschützender 

Oxide, der so genannten „Breakaway 

Corrosion“, kommen. 

forum 


2.3 Einfluss von Aluminium auf 

die Oxidationsbeständigkeit 

Die alleinige Anhebung des Aluminiumgehaltes 

von 5 % auf 7 % wirkt sich nur 

geringfügig auf das Oxidationsverhalten 

der Fe-Cr-Al-Legierungen aus. Eine niedrige 

Oxidationsgeschwindigkeit setzt eine 

genaue Abstimmung der reaktiven Elemente 

Yttrium, Titan, Zirkonium und Hafnium 

voraus. Bei zu geringen Gehalten an reaktiven 

Elementen kommt es zum Abplatzen 

schützender Oxidschichten. Eine zu hohe 

Konzentration an reaktiven Elementen führt 

zu hohen Oxidationsraten und innerer Oxidation. 

Durch eine geeignete Kombination 

aus abgestimmten Gehalten an reaktiven 

Elementen und Aluminium lässt sich die 

Oxidationsbeständigkeit deutlich verbessern 

und der spezifische elektrische Widerstand 

auf ein für elektrische Vorheizungen 

günstiges Niveau anheben. 

Es ist deutlich zu sehen, dass sich 

bereits ohne signifikante Anhebung des 

Aluminiumgehaltes allein durch Abstim- 

mung der reaktiven Elemente die Foliendicke 

bei gleicher Lebensdauer von 50 µm 

auf etwa 40 µm reduzieren lässt. Wird der 

Aluminiumgehalt auf 7 % erhöht, so ist eine 

Reduzierung der Foliendicke auf weniger 

als 30 µm ohne Lebensdauereinbuße möglich 

(Bild 3). Aus den Basisdaten des Entwicklungsprogramms 

lässt sich die 

Lebensdauer als Funktion der Foliendicke 

berechnen. 

Der spezifische elektrische Widerstand in 

Fe-20Cr-Legierungen steigt mit der Höhe 

des Aluminium- und Siliziumgehaltes und 

erreicht bei der Kombination aus Legierungsgehalten 

von rund 7 % Aluminium 

und 0,3 % Silizium einen Wert von zirka 

1,6 Ωmm2 /m gegenüber 1,4 Ωmm2 /m bei 

den üblichen, niedriger legierten 

Fe-20Cr-5Al-Werkstoffen (Bild 4). 

2.4 Herstellung von Katalysatorband 

mit höherem Aluminiumgehalt 

Konventionell werden Fe-20Cr-5Al-Legierungen 

über die Erschmelzung von Blöcken 

mit anschließender Warm- und Kaltumformung 

hergestellt. Dieser Weg stößt jedoch 

bei Aluminiumgehalten von mehr als 6 % 

auf Grund von Versprödungserscheinungen 

an seine Grenzen. So steigt bei angegebenem 

Aluminiumgehalt die Kerbschlagübergangstemperatur 

auf Werte weit oberhalb 

von 100 °C an, was zu entsprechenden 

Schwierigkeiten sowohl im Bereich der 

Warm- als auch in der anschließenden 

Kaltformgebung führt. Die Verarbeitung ist 

deutlich einfacher und das Ausbringen 

höher, wenn der Aluminiumgehalt unter 

6 % liegt. 

Um den gewünschten, höheren Aluminiumgehalt 

einzustellen, wird ein konventionell 

hergestelltes Fe-Cr-Band, welches

19 


Lebensdauer von dünnen Fe-Cr-Al-Folien als Funktion der Foliendicke (Bild 4) 

schon die notwendigen reaktiven Elemente 

wie Yttrium und Hafnium enthält, an Zwischendicken 

mit Aluminium beschichtet 

und dann als Werkstoffverbund an Endabmessung 

gewalzt. Das Beschichten kann 

durch Plattieren oder Schmelztauchaluminieren 

erfolgen. Die eigentliche Fe-20Cr- 

7Al-Legierung bildet sich nach einer geeigneten 

Diffusionsgleichung, die sowohl an 

Zwischenabmessungen als auch am fertigen 

Bauteil durchgeführt werden kann. 

Über die Parameter der Diffusionsglühung 

wird die Aluminiumverteilung über 

die Bauteildicke gezielt eingestellt und die 

Oxidationsbeständigkeit günstig beeinflusst. 

Damit kann ein neuer Werkstoff zur 

Verfügung gestellt werden, der die Anfor- 

Oxidationsbeständige Fe-Cr-Al-Legierungen für Katalysatorfolien (Bild 5) 

forum 


derungen im Hinblick auf Oxidationsbeständigkeit 

und Umformbarkeit in gleichem 

Maße erfüllt. 

3 Neuer Katalysatorträger- 

Werkstoff von Krupp VDM 

Unter Federführung der Krupp VDM 

GmbH wurde ein völlig neuer Stahl mit 

20 % Chrom, 7 % Aluminium und genau 

festgelegten Gehalten an den so genannten 

„reaktiven Elementen“ Yttrium und Hafnium 

entwickelt. Diese neue Stahllegierung 

(Aluchrom 7Al YHf) kann in Foliendicken 

von nur 25 µm eingesetzt werden, ohne 

Einbußen bei der Lebensdauer des Katalysators. 

Darüber hinaus weist sie mit 

1,6 Ωmm2 /m einen spezifisch elektrischen 

Widerstand auf, der ein Vorheizen des 

Katalysators erlaubt. Parallel zur Werkstoffentwicklung 

erfolgte die Entwicklung eines 

Fertigungsverfahrens zur wirtschaftlichen 

Herstellung von dünnen Stahlfolien mit 

einem Aluminiumgehalt von 7 %. 

Mit dem Einsatz des neu entwickelten 

Stahls wird die Einhaltung der für die Jahre 

2003 und 2005 geltenden SULEV- und 

EURO-LEVEL IV-Normen schon jetzt 

erreicht und die rasante Marktdurchdringung 

des metallischen Katalysators über 

die Bereitstellung einer maßgeschneiderten 

Legierung in entsprechender Weise unterstützt 

(Bild 5). 

Das Forschungsprojekt wurde mit Mitteln 

des Bundesministeriums für Bildung und 

Forschung gefördert. 

Projektpartner: Emitec GmbH, Lohmar, 

Fraunhofer-Institut für Angewandte Materialforschung, 

Bremen und Universität/GH, 

Wuppertal.

20 

Dr. Ken Rusch 

Ladekästen aus Verbundwerkstoffen für neue SUV- und Pickup-Modelle 

forum 


SMC-Ladekasten (Cargo-Box) des Ford Explorer Sport Trac, 

hergestellt von Budd im Werk North Baltimore, Ohio (Bild 1)

21 

1 Einführung 


SMC-Verbundwerkstoffe (Sheet molding 

composite) wurden erstmals Anfang der 

70er Jahre im Außenbereich von Kraftfahrzeugkarosserien 

eingesetzt. Zu den ersten 

Anwendungen gehörten Kühlergrillöffnungen, 

Heckspoiler und verschiedene Komponenten 

der Chevrolet Corvette. Im Laufe 

der Zeit fand SMC im Automobilbereich 

immer mehr Anwendungen, und die Prognosen 

für den nordamerikanischen Markt 

belaufen sich für das Modelljahr 2000 auf 

110.000 t. Die Plastics Division der Budd 

Company deckt etwa 1 /3 dieses Marktes für 

Verbundwerkstoffe ab. 

Jetzt – 30 Jahre nach den ersten erfolgreichen 

Anwendungen von SMC – wird den 

Verbundwerkstoffen im Automobilbereich 

ein noch schnelleres Wachstum und durch 

Großanwendungen weiterer Auftrieb prognostiziert, 

wie z.B. durch die SMC-Cargo- 

Box (Ladekasten) des Ford Explorer Sport 

Trac, die im Budd-Werk North Baltimore, 

forum 


Ohio, gefertigt wird (Bild 1). Die Automotive 

Composites Alliance (ACA), ein industrieller 

Verband von Formereien und Rohstofflieferanten, 

sagt eine 44 %ige Zunahme der 

Produktion von Verbundwerkstoffen in den 

nächsten fünf Jahren vorher. Lkw-Ladekästen 

haben einen erheblichen Anteil an 

diesem Wachstum. 

In Nordamerika wurden im Jahr 1999 

etwa 17 Millionen Fahrzeuge verkauft, von 

denen 49 % als Lkw eingestuft wurden. Die 

sogenannten SUV-Fahrzeuge (Sport Utility 

Vehicles) mit 2,8 Millionen Stück und die 

Pickups mit 2,9 Millionen Stück machen 

etwa 1 /3 aller verkauften Fahrzeuge aus. 

Der neue Ford Explorer Sport Trac mit einer 

Cargo-Box aus Verbundwerkstoff charakterisiert 

eine neue Fahrzeugkategorie und 

kommt den Wünschen sowohl von Pickupals 

auch von SUV-Käufern entgegen 

(Bild 2). 

Kaufinteressenten begutachten die SMC-Cargo-Box des Ford Explorer Sport Trac (Bild 2) 

2 Verbundwerkstoffe 

SMC ist ein warmhärtender Verbundwerkstoff, 

der aus Polyesterharz, 

Glasstapelfaser, Füllstoff und Additiven zur 

Erzielung guter Oberflächenqualität 

besteht. Andere Zusätze regeln die Härtegeschwindigkeit, 

die Formtrennung, Farbund 

Verarbeitungseigenschaften. Die Budd 

Plastics Division produziert für ihre drei Formereien 

SMC in einer einzigen Kompoundieranlage 

in Van Wert, Ohio. Die von Budd 

entwickelten Rezepturen ergeben Verbundwerkstoffe 

mit ausgewogenen Eigenschaften 

hinsichtlich der Oberflächenqualität, 

Wärmebeständigkeit für Lacktrockenöfen, 

Strukturfestigkeit und Zähigkeit für die verschiedensten 

Autokarossie-Anwendungen. 

Außerdem zeichnen sich Verbundwerkstoffe 

im Vergleich zu konventionellen Stahlblechkonstruktionen 

durch niedrigere Kosten, 

geringeres Gewicht, hohe Bauteilfestigkeit, 

Beulfestigkeit und Korrosionsschutz aus. 

RRIM (Reinforced Reaction Injection 

Molding) ist ein weiterer von der Budd Plastics 

Division eingesetzter Formgebungsprozess. 

RRIM ist ein Reaktions-Spritzgieß- 

Verfahren für warmhärtendes Zweikomponenten-Polyurethan- 

oder Polykarbamidmaterial, 

dem Füllstoffe zugesetzt werden, 

um die Festigkeit, Steifheit sowie die erforderliche 

Wärmebeständigkeit für den 

Lackierungsprozess zu erreichen. Vom 

Budd-Werk in North Baltimore, Ohio, werden 

derzeit RRIM-Heckseitenteile für 

Pickups (Ladekasten-Außenelemente) eingeführt, 

und zwar für die GM-Modelle Fleetside 

und Dually. Zur Verstärkung dient entweder 

Mica- oder Wollastonit-Mineralfüllstoff. 

SRIM (Structural Reaction Injection 

Molding) ist ein Formgebungsverfahren für 

Verbundwerkstoffe, bei dem die Glasfaser-

22 


Einzelteile der SMC-Cargo-Box (Bild 3) 

SMC-Laderaumabdeckung äußere Befestigungsleiste 

SMC-Cargo-Box 

äußere Befestigungsleiste 

hinteres Radhaus 

SMC-Seitenverkleidung 

verstärkung in einen Vorformling integriert 

wird, den man in die Form legt, bevor das 

warmhärtende Polyurethan- oder Polykarbamidharz 

eingespritzt wird. GM hat 

angekündigt, dass das Innere der Cargo- 

Box des 2001er Modells des Chevrolet 

Silverado Pickups der 1500er Serie aus 

SRIM-Verbundwerkstoff bestehen wird. 

Das Budd Technical Center hat für die 

Glasfaserverstärkung ein Saugling- 

Vorformungsverfahren (Slurry Preforming 

Process) entwickelt, um die Kosten des 

SRIM-Prozesses zu senken (siehe „forum – 

Technische Mitteilungen ThyssenKrupp“, 

April 1999). 

3 Ford Explorer Sport Trac 

Der Sport Trac des Baujahres 2001, der 

zurzeit in den Ausstellungsräumen der 

Händler besichtigt werden kann, ist das 

erste Fahrzeug mit einer SMC-Cargo-Box 

(Bild 1). Dieser Truck wird als Sport-Utility- 

Vehicle beworben, kombiniert jedoch die 

Attribute eines Pickups mit denen eines 

SUV-Fahrzeugs. Mit seinen vier Türen, 

forum 


hinteres Radhaus 

Stahlverstärkung 

SMC-Seitenverkleidung 

einem 1,2 m langen Ladekasten und der 

SMC-Laderaumabdeckung bietet der Sport 

Trac die Geräumigkeit eines SUV und 

zusätzlich einen verriegelbaren Laderaum, 

den SUV normalerweise nicht bieten. Durch 

das Entfernen der Abdeckung erhält man 

einen offenen Laderaum, der kratz-, stoßund 

korrosionsfest ist. Ford rechnet mit 

Verkaufszahlen von ca. 100.000 Stück pro 

Jahr. 

Im SMC-Ladebereich befindet sich ein 

12-Volt-Anschluss, an den ein Wandler für 

den Betrieb von elektrischen Werkzeugen 

oder Außenanlagen angeschlossen werden 

kann – eine Branchenpremiere im offenen 

Ladebereich. An der SMC-Box sind 10 

Befestigungsmöglichkeiten für das Ladegut 

angebracht – sechs an der oberen Schiene 

und vier im Inneren des Ladebereichs. 

Jeder Befestigungspunkt hat eine Belastbarkeit 

von 3.200 N. Mit einem separat 

erhältlichen Kunststoffteiler kann der 

Ladebereich in zwei separate Stauzonen 

unterteilt werden. 

Eine SMC-Laderaumabdeckung verleiht 

dem Sport Trac ein elegantes Aussehen 

und deckt den Ladebereich vollständig ab. 

Sie besteht aus zwei Teilen und wird in der 

Mitte aufgehängt, so dass der Fahrer sie 

von vorn oder hinten zusammenklappen 

kann; außerdem kann sie mit demselben 

Schlüssel wie die Fahrzeugtüren verriegelt 

werden. Jeder Abschnitt der Laderaumabdeckung 

besteht aus einem verklebten 

SMC-Verbund. Die Ford-Ingenieure entschieden 

sich für die Entwicklung einer 

eigenen SMC-Abdeckung, nachdem sie 

eine Reihe von verschiedenen Produkten 

auf dem Zubehörmarkt getestet hatten, 

und dabei feststellten, dass davon keines 

sämtliche Leistungskriterien von Ford 

erfüllt. Dies ist die erste Laderaumabdeckung, 

die als Originalausstattung von 

Ford angeboten wird (Bild 3). 

„Wenn die Leute den neuen Explorer 

Sport Trac sehen, dann bleiben sie stehen, 

um sich das Fahrzeug genauer anzusehen. 

Wenn sie die Möglichkeit haben, ihn zu 

erproben, dann finden sie, dass das Fahrzeug 

durch den offenen Ladebereich eine 

nie dagewesene Vielseitigkeit bietet. Es eignet 

sich gut zum Transport von Gegenständen 

wie langen Holzteilen, Gartengeräten 

oder Angelausrüstungen. Es bietet viele 

Befestigungsmöglichkeiten und eine wetterfeste 

Außensteckdose. Wenn man die 

verriegelbare harte Laderaumabdeckung 

aufsetzt, wird daraus ein riesengroßer Kofferraum“, 

sagte Steve Ross, der leitende 

Ingenieur des Ford-Sport-Trac-Programms.

23 


Ausstoßen der SMC-Cargo-Box aus dem Formwerkzeug (Bild 4) 

4 Der Beitrag von SMC bei der 

Konstruktion des Sport Trac 

Die einzigartigen Möglichkeiten des Sport 

Trac sind eine Folge der von Ford getroffenen 

Entscheidung, SMC-Material zu verwenden. 

Neben dem aus einem Stück 

bestehenden Ladekasten-Inneren bestehen 

die äußeren Seitenverkleidungen der Box 

und die zweiteiligen verklebten Laderaumabdeckungen 

aus SMC. Alle Teile werden 

im Budd-Werk in North Baltimore hergestellt 

(Bild 4). Im Carey-Werk von Budd 

werden die Kühlergrillöffnung (Grille 

Opening Panel – GOP) für den Sport Trac 

und ähnliche GOP-Elemente für die Ford- 

Modelle Explorer, Mountaineer und Ranger 

hergestellt. 

Als „Full Service Supplier“ für Ford hat 

die Budd Plastics Division bei der Konstruktion 

der Komponenten, beim Prototyping 

und bei der Erprobung eng mit den 

forum 


Ford-Ingenieuren zusammengearbeitet. 

Dadurch konnten alle SMC-Teile unter Ausnutzung 

der Vorzüge des SMC-Materials 

und einer optimierten Auswahl des Ver- 

Entnahme der SMC-Cargo-Box aus der Presse (Bild 5) 

bundwerkstoffs hergestellt werden. Die 

Komponentenerprobung wurde teilweise im 

Budd Technical Center durchgeführt. 

Das Innere der SMC-Cargo-Box ist ein 

einteiliges Formteil mit einem Gewicht von 

ca. 31 kg, das zur Erhöhung der Strukturfestigkeit 

mit integrierten Versteifungsrippen 

versehen ist (Bild 5). Es ist schwarz 

pigmentiert und wird bei Budd außerdem 

mit einem kratzfesten wetterbeständigen 

schwarzen Überzug versehen (Bild 6). 

Das Gleiche gilt für die Laderaumabdeckung. 

Im Ford-Montagewerk erfolgt 

keine weitere Lackierung des Ladebereichs. 

Im Gegensatz zu den weichen Laderaumabdeckungen, 

die auf dem Zubehörmarkt 

erhältlich sind, kann die Abdeckung des 

SMC Sport Trac nicht mit einem Messer aufgeschlitzt 

werden. Die verriegelbare Laderaumabdeckung 

wiegt ca. 32 kg und erfüllt 

die Anforderungen von Ford’s 150.000 

Meilen-Härtetest. Die SMC-Rezeptur besteht 

aus Polyesterharz mit 28 % Glasstapelfaser 

und ähnelt derjenigen, die für andere 

Karosserieaußenelemente verwendet wird.

24 


Anhängen der SMC-Cargo-Box an die Fördereinrichtung 

zur Lackiererei (Bild 6) 

Die äußeren Seitenteile der Karosserie 

werden von Budd mit einer halbleitenden 

Grundierung versehen. Um die richtige 

Farbgebung zu gewährleisten, werden diese 

Elemente dann im Ford-Montagewerk im 

Farbton der Karosserie lackiert und durchlaufen 

dabei zusammen mit dem Fahrzeug 

alle Lackierstufen. SMC ist durch seine 

Wärme- und Formbeständigkeit mit den 

Lackierstationen des Automobilwerks, 

einschließlich der Elcolackierungsöfen, die 

mit einer Temperatur von 200 °C arbeiten, 

kompatibel. Nach dem Lackieren werden 

die Außenteile mit dem inneren Ladekasten 

verbunden und dann am Fahrzeug 

montiert. 

5 Harte Erprobung des 

Verbundwerkstoff-Ladebereichs 

Der gesamte Ladebereich des Sport Trac 

besteht aus Verbundkunststoff, mit Ausnahme 

der D-Säulen-Einheit aus Stahl und 

der hinteren Ladeklappe (derselben wie 

beim Ford F-150 Flareside Pickup). Das 

aus einem Stück bestehende Innenelement 

forum 


des Ladebereichs stellte die größte Herausforderung 

für die Ingenieure von Budd dar. 

Die Ziele des Ford-Programms bestanden 

darin, den SMC-Ladebereich robuster und 

widerstandsfähiger zu machen als eine 

traditionelle Ladefläche aus Stahl. Zu den 

Tests gehörten auch Fallversuche mit 

einem wassergefüllten 200-l-Fass aus 

einer Höhe von mehreren Zoll; dabei 

durften in der SMC-Ladeoberfläche keine 

sichtbaren Risse entstehen. 

Das Ford-Team verlangte umfassende 

Tests, um zu beweisen, dass das SMC- 

Material die hohen Ansprüche erfüllt, die 

von den Kunden gestellt werden. Da zum 

ersten Mal Verbundwerkstoffe im offenen 

Ladebereich eines Trucks eingesetzt wurden, 

war die Überprüfung der Konstruktion 

von entscheidender Bedeutung. Die Versuche 

stellten sicher, dass es keine Schwachpunkte 

hinsichtlich der Zähigkeit und 

Endkontrolle des Zusammenbaus (Bild 7) 

Widerstandsfähigkeit gab, die von dem 

SMC-Material erwartet wurden (Bild 7). 

Ford verlangte viele Tests, denen ein 

Modell aus lackiertem Stahl nie ausgesetzt 

würde. Bei dem Testprogramm wurden 

z.B. Schlackensteine über den Kastenboden 

gezogen, oder man ließ große Rohre 

auf den Boden fallen und warf 16 kg 

schwere Eckbeschläge in die Ladezone. 

Man führte Hammerfallversuche durch, 

kratzte mit einem Rechen über das Material, 

schaufelte Grubenkies hinein, ließ Steine 

herabfallen und setzte das Testobjekt 

verschiedenen schonungslosen Behandlungen 

aus. Insgesamt setzten die Ford- 

Ingenieure den Verbundwerkstoff-Ladebereich 

einer Belastung aus, die der 

Beanspruchung über eine Fahrstrecke von 

450.000 Meilen entspricht. 

Solche Tests sind nicht normal für den 

Ladebereich eines Pickups oder SUV. Aber

25 


Vorteile des Einsatzes von Verbundmaterialien bei Cargo-Boxen (Bild 8) 

• Niedrigere Kosten für das gesamte Programm 

• Gewichtsverringerung gegenüber Stahlblech 

• Größere Flexibilität bei der Konstruktion 

• Reduzierung der Teileanzahl gegenüber Stahlblech 

• Kompatibel mit Auto-Lackierungsöfen 

• Zähigkeit und Integrität der Struktur 

• Lineare Wärmeausdehnung ähnlich wie bei Stahl 

• Korrosionsbeständigkeit 

• Beul- und Kratzfestigkeit 

• Recyclingfähigkeit 

das Ford-Team wollte unbedingt demonstrieren, 

dass diese einzigartige Verbundwerkstoff-Konstruktion 

einem konventionellen 

offenen Ladebereich weit überlegen 

ist. „Es entstanden zwar ein paar Kratzer. 

Da die Innenfläche des Ladebereichs jedoch 

aus schwarzem Material mit genarbter 

Oberfläche besteht, fügten sich diese 

Kratzer perfekt in das Finish ein“, sagte 

Mike Musleh, der Leiter des Ford-Markteinführungsteams 

für den Sport Trac. 

Die Schlussfolgerung lautet: SMC übertraf 

jeden stählernen Laderaum, der dieser 

Art von Kundenbeanspruchung ausgesetzt 

wird. „Es ist nicht nur so, dass der Innenbereich 

widerstandsfähiger (als Stahl) ist, 

sondern seine Innen- und Außenelemente 

können auch nicht verbeulen oder rosten. 

Wenn man sein Fahrrad in den Laderaum 

hievt, dann wird dieser dadurch innen nicht 

beschädigt, wie es bei einem lackierten 

Stahlkasten der Fall wäre“, sagte David 

Paul, Ford-Systemingenieur für das Sport 

Trac-Programm. 

forum 


6 Entwicklungsprogramm für 

SMC-Material erforderlich 

Die hohen Ansprüche, die an die Leistungscharakteristika 

gestellt wurden, erforderten, 

dass Budd eine spezielle SMC- 

Rezeptur für die Cargo-Box entwickelte. Die 

Eigenschaften des Materials in Bezug auf 

Widerstandsfähigkeit und Festigkeit waren 

von entscheidender Bedeutung. Aber die 

Größe und die tief gerippte Geometrie, die 

sich aus der einteiligen Konstruktion ergeben, 

erforderten ein SMC-Material mit ausgezeichnetem 

Fließverhalten und einer ausreichenden 

Oberflächenqualität. Konkurrenzfähige 

Kosten stellten ebenfalls ein 

wichtiges Kriterium dar. Nach einem umfassenden 

Testprogramm erreichte Budd 

diese Ziele schließlich durch Verwendung 

eines modifizierten Vinylesterharzes mit 

47 % Glasstapelfaser (25 mm Länge). Das 

SMC-Material wird im Budd-Werk Van Wert 

in Ohio hergestellt. 

Es wurden zahlreiche Materialtests, 

Formversuche und Komponententests 

durchgeführt, um die Wahl der Rezeptur zu 

überprüfen. Dazu gehörten auch Versuche 

zur Simulation aller Wetterbedingungen – 

von minus 40 °C bis plus 65 °C. Eine 

Strukturmodellierung unter Anwendung der 

Finite-Elemente-Analyse (FEA) und Cad- 

Press-Formfließanalyse kamen ebenfalls 

zum Einsatz. 

Die SMC-Cargo-Box ist der Höhepunkt 

einer 15-jährigen Entwicklungsarbeit bei 

Ford. Es wurden auch andere Materialien 

getestet, wie z. B. RRIM und SRIM, die für 

den Ladebereich des Chevrolet Silverado 

geplant sind. Auf Grund der Zusammenarbeit 

mit Budd entschied Ford, dass SMC 

das optimale Material für die Konstruktion 

des Sport Trac darstellt. Durch die integrale 

Rippenstruktur der SMC-Konstruktion entfällt 

die Notwendigkeit von Versteifungsträgern 

aus Stahl, abgesehen von der Ladeklappenöffnung. 

Dies führt zu Kosteneinsparungen 

gegenüber einer SRIM-Konstruktion, 

die aus einer geformten Schale 

mit Stütz- und Versteifungsträgern aus 

Metall besteht. Außerdem hat SMC denselben 

linearen Ausdehnungskoeffizienten 

wie Stahl, wodurch Spannungsgradienten 

durch Temperaturveränderungen vermieden 

werden. 

7 Die Zukunft von Verbundwerkstoff-Ladebereichen 

Da die Kunden nach robusteren Fahrzeugen 

verlangen, die speziell auf ihre 

Bedürfnisse zugeschnitten sind, dürfte es 

immer weitere Anwendungsmöglichkeiten 

von SMC im Ladebereich geben. Die Einführung 

des Sport Trac wird den Konsumenten 

die Robustheit und Unempfindlichkeit 

gegen schonungslose Behandlung von 

Verbundwerkstoffen vor Augen führen. 

Separate Ladeflächenauskleidungen aus 

Kunststoff, ein beliebtes Accessoire des

26 


Zubehörmarkts, werden nicht mehr benötigt, 

da jetzt die Technologie zur Verfügung 

steht, um große strukturierte Ladekästen 

aus einem Stück zu formen (Bild 8). Die 

Möglichkeit, bei der Formung zusätzliche 

Merkmale zu integrieren, wie z.B. separate 

Stau- und Ablagebereiche, wird die Wertschätzung 

bei den Kunden noch weiter 

erhöhen. 

Die gesamten Herstellkosten für eine 

Cargo-Box aus Verbundwerkstoff sind im 

Allgemeinen geringer als bei einer konventionellen 

mehrteiligen Stahlkonstruktion. 

Die Haupteinsparungen ergeben sich bei 

den Werkzeuginvestitionen, die um bis zu 

25 Millionen Dollar geringer ausfallen können. 

Da Stahl-Ladekästen meistens im 

Montagewerk geschweißt und montiert 

werden, sind zusätzliche Einsparungen 

durch eine Reduzierung innerbetrieblicher 

Abläufe möglich, die sich aus zahlreichen 

Ladekastengrößen ergeben, die in das Fertigungsprogramm 

aufgenommen werden, 

Recycling von Bauteilen aus Verbundmaterialien (Bild 9) 

forum 


um die Nachfrage nach mehr Kundenoptionen 

zu erfüllen. SMC-Formteile bieten auch 

die Möglichkeit, einzigartige Produktmerkmale 

zu niedrigeren Werkzeuginvestitionskosten 

anbieten zu können – besonders bei 

Optionen mit geringen Stückzahlen. 

Das Systemgewicht kann durch die Verwendung 

von Verbundwerkstoffen anstelle 

von Stahl um bis zu 30 % verringert werden. 

Dies senkt den Kraftstoffverbrauch, 

verringert die Emissionen und verbessert 

die Straßenlage. Durch die Gewichtseinsparungen 

beim Fahrzeug hat der Hersteller 

außerdem die Möglichkeit, weitere 

Ausstattungselemente in das Fahrzeug zu 

integrieren, ohne die Gewichtsklasse zu 

überschreiten. 

Verbundwerkstoffe sind umweltfreundlich. 

Bei der Herstellung und Verarbeitung 

von Verbundwerkstoffen wird im Vergleich 

zu den meisten Metallen weniger Energie 

verbraucht, und die Emissionen sind geringer. 

Verbundwerkstoffe können Anteile von 

recycelten Materialien enthalten und am 

Ende ihres Lebenszyklus wieder recycelt 

werden (Bild 9). Zurzeit besteht der beste 

Recycling-Ansatz für SMC darin, die 

Schrottteile zu einem feinen Füllstoff zu 

zermahlen, der bei der Herstellung von 

neuem SMC verwendet werden kann. Die 

Machbarkeit der Technologie für das 

Recycling von Verbundwerkstoffen wurde 

bereits nachgewiesen, aber die Infrastruktur 

zur Sammlung des Schrottmaterials 

muss erst noch entwickelt werden. 

Die vielen Vorteile, die SMC für Anwendungen 

im Ladebereich bietet, dürften zu 

einigen Veränderungen bei der Materialauswahl 

für zukünftige Lkw-Konstruktionen 

führen. Die Budd Plastics Division beabsichtigt, 

bei der Konstruktion und der Fertigung 

von Verbundwerkstoff-Ladekästen die 

Führung zu übernehmen.

27 

Dipl.-Ing. ETH Daniel Brunnschweiler 

TubPAS – die elektromechanische Lenkhilfe von Krupp Presta 

forum 


Innovatives Lenkungskonzept: TubPAS von Krupp Presta (Bild 1)

28 

1 Einführung 


Der Name TubPAS besteht aus 2 Teilen: 

Tub kommt aus dem Englischen und 

steht für „tube“, das heißt Rohr. Damit ist 

die Bauform gemeint: rohrförmig. Krupp 

Presta (KPR) kennt die Wichtigkeit des Bauraums 

aus der Beschäftigung mit Lenksäulen 

sehr gut. Die Bauform ist entscheidend 

für den benötigten Bauraum. 

PAS steht für Power Assisted Steering: 

Power heißt Leistung. Konkret benötigt 

TubPAS 1.000 W elektrischer Leistung. 

Assisted heißt unterstützt. Mit einem 

Servoregelkreis wird der Fahrer unterstützt 

und damit seine Muskelkraft verstärkt. Ein 

Steuergerät muss dazu die 1.000 W möglichst 

feinfühlig ansteuern. 

Steering heißt Lenkung. Die Lenkung ist 

ein aktives Element, weil sie mit Kräften auf 

das Fahrzeug einwirkt. Sie ist ganz wesentlich 

verantwortlich für das Fahrgefühl und 

den Fahrspaß. Das Lenkrad gibt dem Fahrer 

die wichtigste sensorische Rückmeldung 

über den Fahrzustand. 

TubPAS ist somit eine röhrenförmige 

elektrische Lenkhilfe. 

Ausgehend von den Anforderungen des 

Kunden werden im Folgenden die technischen 

Randbedingungen und die Lösung 

von KPR vorgestellt. 

2 Marktanforderungen 

Der Markt verlangt die Ablösung der 

konventionellen, hydraulischen Lenkunterstützung 

durch eine neue Technologie: 

elektromechanische Lenkunterstützung. 

Anlass dazu sind die Anforderungen, 

denen moderne Fahrzeuge gerecht werden 

müssen. 

forum 


Es gibt drei Quellen von Anforderungen: 

● Verbraucher 

● Gesetzgeber 

● Fahrzeughersteller 

Deren Anforderungen werden im Folgenden 

kurz erläutert. 

2.1 Anforderungen des 

Verbrauchers 

Der Kaufentscheid für ein Fahrzeug ist 

das Ergebnis eines Abgleichs zwischen 

Komfort, Funktionalität und Preis. Ganz 

wesentlich, aber für unsere Thematik nicht 

relevant, ist natürlich auch das Design des 

Fahrzeugs. 

Komfort 

Das Fahrzeug soll sich unter allen Bedingungen 

mit geringem Kraftaufwand lenken 

lassen. Dabei soll der Fahrer den Bewegungszustand 

spüren. Dazu muss die Lenkung 

feinfühlig sein. Das Fahrzeug soll 

sicher lenkbar sein, auch an der Grenze der 

Fahrstabilität. 

Funktionalität 

Sicherheit, Kommunikation und Navigation 

sind nur einige Stichworte, die die Funktionen 

der Fahrzeuge rasch wachsen lassen. 

Dadurch steigen Gewicht und Verbrauch. 

Die unterschiedlichen Ausstattungsgrade 

steigern die Variantenvielfalt 

und damit die Komplexität in Fertigung und 

Logistik. 

Preis 

Der Wettbewerb unter den Automarken 

ist sehr intensiv. Oft erlauben zusätzliche 

Funktionen keine Aufpreise mehr, sondern 

machen ein Fahrzeug erst verkaufsfähig. 

Dabei ist die elektromechanische Lenkhilfe 

nicht einmal eine zusätzliche Funktion. 

Damit ist dieser Technologie der klassische 

Weg zur Markteinführung verwehrt: Ersteinsatz 

bei Fahrzeugen der Oberklasse mit 

schrittweiser Erschließung der unteren 

Segmente. 

Neben technischen Gründen ist dies der 

Hauptgrund, weshalb die elektromechanische 

Lenkhilfe vom Start weg in den unter 

extremem Kostendruck stehenden Segmenten 

der Kleinwagen zum Einsatz 

kommt. 

2.2 Anforderungen des 

Gesetzgebers 

Von dieser Seite stehen die Fahrzeughersteller 

unter hohem Druck zur Reduktion 

des Kraftstoffverbrauchs ihrer Flotten. Eine 

hydraulische Lenkhilfe mit direkt am Fahrmotor 

angeflanschter Pumpe nimmt immer 

Leistung auf. Dies führt vor allem auf Autobahnen 

zu einer Energieverschwendung, 

weil hier sehr wenig Lenkunterstützung 

benötigt wird. Mit einer Lenkung, die nur 

Leistung aufnimmt, wenn Unterstützung 

nötig ist, können ungefähr 5 % Kraftstoff 

eingespart werden. 

Dies ist der Hauptgrund zur Einführung 

dieser neuen Technologie. 

2.3 Anforderungen des Fahrzeugherstellers 

Bauraum und Lenkgefühl sind die wichtigsten 

Anforderungen des Herstellers. 

Nicht zuletzt die zurzeit starken Motorisierungen 

führen zu sehr beengten Platzverhältnissen 

im Motorraum. Die beste Lenkung 

nützt nichts, wenn sie keinen Platz 

hat. 

Das Lenkgefühl hat wesentlichen Anteil

29 


Systemarchitektur mit Lenksäule, TubPAS Lenkgetriebe mit Drehmomentsensor und Steuergerät (Bild 2) 

am subjektiven Eindruck, den der Käufer 

vom Fahrzeug erhält. Daher wird es auch 

sorgfältig gepflegt und zur Markenidentifikation 

genutzt. Bei der Ablösung der 

hydraulischen Lenkhilfe soll der Fahrer mit 

der elektromechanischen Lenkhilfe das 

gleiche Gefühl haben. 

3 Technische Umsetzung der 

Anforderungen 

All diese Anforderungen gilt es mit einer 

elektromechanischen Lenkhilfe darzustellen. 

Die Zusammenhänge werden am 

besten in einem Funktionsdiagramm 

(Bild 2) sichtbar. 

3.1 Verbrauchsminderung 

Um die 5 % Kraftstoff einzusparen, darf 

die Lenkhilfe nur Leistung aufnehmen, 

wenn der Fahrer Unterstützung braucht. 

Dies ist dann der Fall, wenn der Fahrer am 

Lenkrad ein Drehmoment aufbringt. Der 

Sensor misst dieses Moment und sendet 

ein entsprechendes Signal zum Steuer- 

forum 


gerät. Auf Grund der Algorithmen der Software 

wird der Elektromotor der Lenkunterstützung 

bestromt und erzeugt so die Hilfskraft. 

Der Motor nimmt also nur im 

Bedarfsfall Leistung auf. Darin liegt der 

große Vorteil eines elektromechanischen 

Systems. 

3.2 Lenkunterstützung 

Der Fahrer will die Räder mit einer 

Geschwindigkeit bewegen, die dem beabsichtigten 

Lenkmanöver entspricht. Das 

heißt, er braucht eine gewisse Zahnstangenkraft 

bei einer gewissen Geschwindigkeit 

des Lenkrades und damit der Zahnstange. 

Maximaler Wert für die Auslegung 

sind 8.000 N bei einer Umdrehung des 

Lenkrades pro Sekunde. Unter Berücksichtigung 

der Untersetzung des Lenkgetriebes 

entspricht dies 440 W. Die Lenkunterstützung 

muss also zugleich eine bestimmte 

Kraft und eine bestimmte Leistung erzeugen. 

In den heutigen Bordnetzen stehen maximal 

80 A bei 13 V und somit rund 1.000 W 

zur Verfügung. Um damit die geforderten 

440 W zu erzeugen, muss der gesamte 

Wirkungsgrad mindestens 44 % betragen. 

Dies ist möglich, wenn man gewisse Technologien 

für die Elektromechanik einsetzt: 

● Seltenerden-Magnete für die Motoren 

● optimale Auslegung der Motoren 

● optimierte und auf die Motorauslegung 

abgestimmte Endstufen der Leistungselektronik 

In jedem Fall wird der Motor ein gewisses 

Bauvolumen erfordern. Dieses ist größer 

als bei einem entsprechenden Hydraulikantrieb. 

Dies ist ein wesentlicher Nachteil der 

elektromechanischen Systeme. 

3.3 Lenkgefühl 

Vier Konstruktionseigenschaften sind für 

das Lenkgefühl bestimmend: Trägheit, Reibung, 

Ripple, Stabilität des Regelkreises. 

Trägheit 

Im Vergleich zur hydraulischen Lenkhilfe 

hat die elektrische einen Motor mit drehenden 

Teilen und ein Getriebe zur Kraftübersetzung. 

Diese Trägheit ist spürbar, wenn 

nicht entsprechende Abhilfemaßnahmen 

getroffen werden: 

● Massenträgheitsmoment des Rotors 

minimieren 

● Übersetzung möglichst niedrig. Verlangt 

einen starken Motor mit entsprechend 

mehr Magneten (➟ Kosten) 

● Kompensation der Trägheit mit Hilfe der 

Software

30 


Reibung 

Der größte Teil der Reibung ist Trockenreibung. 

Fahrbahnrückmeldungen, die 

unterhalb dieser Reibung liegen, spürt der 

Fahrer nicht. Das heißt, die Reibung ist entscheidend 

für die Feinfühligkeit der Lenkung 

und damit für den Fahrspaß. Sie 

muss so klein wie möglich sein. 

Die Lagerung des Motors und das Getriebe 

sind die Quellen für die Reibung. Die 

Lagerreibung geht mit dem Verhältnis der 

Übersetzung ein. Die Reibung wird minimal, 

wenn 

● die Konstruktion nur Rollreibung hat, 

● die Übersetzung minimal ist, 

● möglichst wenig Lager eingesetzt werden, 

● die Konstruktion statisch nicht überbestimmt 

ist. 

forum 


Ripple 

Dies ist die Welligkeit bürstenloser 

Gleichstrommotoren mit klassischer Blockkommutierung, 

wie sie hier eingesetzt werden. 

Diesen Ripple spürt man am Lenkrad. 

Mit aufwändiger Ansteuerlogik lässt sich 

der Ripple eliminieren. Dies erfordert aber 

mehr Rechnerkapazität mit entsprechenden 

Folgekosten. 

Stabilität des Regelkreises 

Das Lenkgefühl hängt ganz wesentlich 

vom Anstieg des Lenkmomentes am Lenkrad 

ab. Bei Geradeausfahrt, um den Nullpunkt 

der Lenkung, möchte man keine 

Lenkunterstützung, um einen exakten, 

unverwaschenen Centerpoint zu erzeugen. 

Die Kinematik der Vorderachse erzeugt 

Kräfte, die die Vorderräder in die Nulllage 

zurückstellen wollen. Dies entspricht einem 

stabilen Fahrzustand. Der Fahrer möchte 

dies möglichst unverfälscht spüren, um ein 

Mit QFD werden Kundenanforderungen systematisch mit Produktmerkmalen verknüpft (Bild 3) 

sicheres Fahrgefühl zu haben. 

Das heißt, um Null soll der Gradient der 

Lenkunterstützung sehr klein sein. Um bei 

höheren Fahrermomenten genügend 

Unterstützung zu haben, muss der Gradient 

da entsprechend hoch sein. Dieser Gradient 

ist aber einer der Faktoren, die in die 

Kreisverstärkung des Regelsystems eingehen. 

Das heißt, er kann nicht beliebig hoch 

sein, ohne dass das System instabil wird. 

Damit der Spielraum für die Fahrzeugabstimmung 

genügend groß ist, muss die 

Stabilität des Lenkungssystems hoch sein. 

Neben einer steifen und spielfreien Mechanik 

ist dafür vor allem die Struktur des 

Reglers wichtig. 

4 Innovative Lösung von KPR 

Die Lösung von KPR entstand in engem 

Kontakt mit dem Markt und unter Verwendung 

von Hilfsmitteln für die systematische 

Produktentwicklung. Dabei war vor allem 

das Quality Function Deployment (QFD) 

hilfreich. Damit gelingt es, die umfangreichen 

und zum Teil gegenläufigen Kundenanforderung 

mit den zahlreichen Konstruktionseigenschaften 

in einen Gesamtzusammenhang 

zu bringen. Bild 3 zeigt einen 

Ausschnitt davon. 

Die Lösung von KPR ist eine röhrenförmige, 

konzentrisch um die Zahnstange 

angeordnete Lenkhilfe mit einem bürstenlosen 

Seltenerden-Motor (Bild 4). Wesentliche 

Konstruktionsmerkmale sind: 

Kleiner Bauraum 

Durch das Konzept mit Kugelumlauf ist 

es möglich, die ganze Lenkhilfe ähnlich wie 

einen Hydraulikantrieb konzentrisch um die 

Zahnstange zu bauen. Das benötigte Bauvolumen 

ist minimal und von ähnlicher 

Topologie wie bei der Hydraulik. Damit ist

31 


TubPAS ist sehr einfach und robust aufgebaut und besteht aus nur 7 Komponenten (Bild 4) 

Gehäuse Stator Rotor Kugellager Kugelumlauf Deckel Zahnstange 

ihr Einsatz in vielen Einbausituationen 

möglich. Oft sind für die Umstellung von 

Hydraulik auf Elektrik nur minimale Eingriffe 

am Hilfsrahmen notwendig. Somit wird 

sogar ein Einsatz als „running change“ 

kostenmäßig darstellbar. 

Zahnstange mit Kugelumlauf 

Mit diesem Element erfolgt die Kraftübersetzung. 

Das im traditionellen Maschinenbau 

bewährte aber teure Teil wird zurzeit für 

verschiedene X-by-Wire Anwendungen für 

automobile Zwecke und Massenfertigung 

neu entwickelt. Es vereint kompakte Bauweise 

mit optimalem Wirkungsgrad. Der 

Einsatz in der Lenkhilfe erfordert allerdings 

eine sehr sorgfältige konstruktive Ausgestaltung, 

um die Querkräfte am Lenkgetriebe 

effizient abzuleiten. 

Die Zahnstange wird zu einem komplexen 

Teil: Eine Partie erhält die Verzahnung 

für das konventionelle Ritzel-Zahnstange- 

System, die andere Partie erhält das 

Gewinde für den Kugelumlauf und wird mit 

der Gewindemutter verbaut. 

forum 


Rotor 

Der Rotor ist ein dünnwandiger Zylinder. 

Die Magnete werden darauf aufgeklebt. 

Diese Baugruppe wird auf die Gewindemutter 

aufgeschoben und dann gemeinsam 

mit der Zahnstange ins Lenkgetriebegehäuse 

eingefügt. 

Kugellager 

Der Rotor läuft an einem Ende in einem 

zweireihigen Kugellager. Damit ist er gegenüber 

dem Lenkgetriebegehäuse drehbar 

gelagert. Zur Minimierung der Reibung 

müssen die Lager so klein wie möglich 

sein. Die fliegende Lagerung verringert den 

Einfluss der Bautoleranzen und verbessert 

somit auch die Reibung. 

Stator 

Der Stator mit den Blechen und der 

Wicklung wird als Baugruppe in das Lenkgetriebegehäuse 

eingeschoben. Entscheidend 

ist die Auslegung des Motors für optimalen 

Wirkungsgrad in den relevanten 

Betriebspunkten. Nur so können die 

verlangten Leistungen mit vertretbaren 

Magnetkosten dargestellt werden. 

Fertigungsgerechte Konstruktion 

Die ganze Lenkhilfe besteht aus 7 bis 8 

Teilen (Bild 4). Damit kann sie wirtschaftlich 

auf automatisierten Anlagen für sehr hohe 

Stückzahlen gebaut werden. Der größte 

Teil der spanenden Bearbeitungen mit 

funktionaler Relevanz kann in einer Aufspannung 

erfolgen. Bei der Konstruktion 

wurde darauf geachtet, dass Toleranzketten 

möglichst kurz bleiben. Parallel zur Konstruktion 

wurde ein Modell zur statistischen 

Simulation der Form und Lagetoleranzen 

aufgebaut. Damit lassen sich gezielt Aussagen 

bezüglich der erforderlichen Toleranzen 

machen. Umgekehrt lässt sich so auch 

die Herstellbarkeit fundiert beurteilen. 

5 Fazit 

TubPAS ist die röhrenförmige elektrische 

Lenkhilfe, die am besten in viele Bauräume 

passt, wo heute hydraulische Lenkhilfen 

zum Einsatz kommen. Mit minimaler Reibung 

verbindet sich der optimale Wirkungsgrad. 

Nur so lassen sich die erforderlichen 

Unterstützungsleistung mit den heutigen 

Bordnetzen darstellen. Gleichzeitig 

bringt die niedrige Reibung ein gutes Lenkgefühl. 

TubPAS ist ein einfaches, tragfähiges 

Prinzip, mit dem KPR Anbieter von Lenksystemen 

wird.

32 

Dipl.-Verw.-Wiss. Michael Sailer 

Stahl-Leichtbau-Verbundlenkerachse für Pkw von 

Thyssen Umformtechnik + Guss 

forum 


Die neue Verbundlenkerachse von Thyssen Umformtechnik + Guss 

spart bis zu 25 % Kosten und 30 % Gewicht (Bild 1)

33 

1 Einleitung 

Bis zu 25 % Kosten und bis zu 30 % 

Gewicht spart ein neues Konzept für die 

Konstruktion von Verbundlenkerachsen, 

das die Thyssen Umformtechnik + Guss 

GmbH (TUG), Werk Brackwede, ausgearbeitet 

hat (Bild 1). Gegenwärtig läuft ein 

gemeinsames Entwicklungsprojekt mit 

einem deutschen Automobilhersteller, in 

dem das Konzept serienreif gemacht werden 

soll. Wesentlichste Innovation ist ein 

neuartiges Torsionsprofil, das eine deutlich 

geringere Wanddicke besitzt als vergleichbare 

herkömmliche Bauteile. 

2 Torsionsprofil 

Stahl-Leichtbau-Verbundlenkerachse für Pkw von Thyssen Umformtechnik + Guss 

Das Torsionsprofil und die an seinen beiden 

Enden verschweißten Längslenker sind 

die Kernkomponenten von Verbundlenkerachsen. 

Die bislang am weitesten verbreitete 

Methode zur Herstellung der Profile 

besteht darin, dass dickwandige Blechplatinen 

zu Bauteilen mit v-förmigem Querschnitt 

gebogen werden. Die Blechstärke 

liegt dabei zwischen fünf und sieben Millimetern. 

Das von TUG entwickelte Konzept 

Elemente der Verbundlenkerachse (Bild 2) 

forum 


lässt sich dagegen mit Blechstärken ab 1,5 

Millimetern realisieren. Dabei verwendet 

man einen höherfesten Dualphasenstahl 

mit einer Festigkeit von 600 N/mm2 . 

Ausschlaggebend für die Verringerung 

der Wanddicke ist jedoch die neuartige und 

von TUG zum Patent angemeldete Gestaltung 

des Profils: Bei der Herstellung wird 

Stahlband durch Walzprofilieren zu einem 

Bauteil geformt, dessen Querschnitt einem 

doppelten U entspricht, mit einem Hohlraum 

zwischen innerer und äußerer Schale 

(Bild 2, Detail 1 und Bild 3). Durch diesen 

Querschnitt ergibt sich ein Torsionsträgheitsmoment, 

das deutlich über den Werten 

konventionell geformter Torsionsprofile 

liegen kann. Die neuartige Konstruktion 

macht sogar den Verzicht auf den Stabilisator 

möglich, der bei der herkömmlichen 

Bauweise insbesondere für Fahrzeuge mit 

leistungsstarken Motoren als zusätzliche 

Verstärkung in das Torsionsprofil gelegt 

und mit den beiden Längslenkern verschweißt 

wird. 

Durch Variation von h kann die Torsionssteifigkeit 

gezielt eingestellt werden (Bild 3) 

3 Längslenker 

Als weitere Neuerung beinhaltet das Verbundlenkerachsen-Konzept 

von TUG 

Längslenker, die aus flanschlos geschweißten 

Halbschalen bestehen (Bild 2, Detail 2). 

Während gegenwärtig die meisten Längslenker 

aus Rohren gefertigt werden, bietet 

die TUG-Lösung größere Gestaltungsfreiheit 

für die Gewichtsreduktion und die 

Integration zusätzlicher Funktionen. So 

lassen sich Verstärkungen oder Stützbleche 

zwischen Torsionsprofil und Längslenkern 

durch eine den auftretenden Belastungen 

angepasste Geometrie der Blechschalen 

einsparen. Außerdem sind die Anschlüsse 

von Federsitz und Dämpferhalter optimal 

gestaltbar (Bild 2, Detail 3). 

Das neue Verbundlenkerachsen-Konzept 

ist ein Produkt des Bereiches Vorentwicklung 

bei Thyssen Umformtechnik + Guss, 

Brackwede. Aufgabe dieses, im Jahr 1997 

geschaffenen Bereiches ist es, mit den 

Kunden bereits in der Konzeptionsphase 

für neue Fahrzeugmodelle sehr eng zusammenzuarbeiten.

34 

Dipl.-Ing. Klaus Schmidt 

Innovative Luftfeder-Dämpfermodule für die S-Klasse 

von DaimlerChrysler 

forum 


Luftfederung mit adaptiver Dämpfungsverstellung der S-Klasse von DaimlerChrysler (Bild 1)

35 

1 Einleitung 

Innovative Luftfeder-Dämpfermodule für die S-Klasse von DaimlerChrysler 

Die Krupp Bilstein GmbH ist ein Unternehmen 

der ThyssenKrupp Automotive 

Gruppe und trägt gemeinsam mit anderen 

Konzernunternehmen zur umfassenden 

Kompetenz im Fahrwerkbereich bei. Die 

Präsenz von ThyssenKrupp Automotive im 

immer wichtiger werdenden internationalen 

Systemgeschäft wird somit gestärkt. 

Bereits 1954 begannen die Ingenieure 

der Firma Bilstein mit der Entwicklung des 

ersten serienreifen Einrohr-Gasdruckstoßdämpfers 

nach dem Carbon-Prinzip. Er 

revolutionierte die Dämpfungstechnik mit 

überragenden Sicherheits- und Komfortmerkmalen. 

Ab 1957 erstmals in Serie bei 

Mercedes-Benz eingesetzt, wurde „der 

Bilstein“ zum Synonym für Gasdruckstoßdämpfer. 

Auf seinem Funktionsprinzip 

basieren auch heute noch die Serienstoßdämpfer. 

Als leistungsfähiger Entwicklungsund 

Systempartner der internationalen 

Automobilindustrie steht Bilstein weltweit 

für Innovation und High Tech in der 

Fahrwerktechnik. 

Um mit dem Fahrkomfort ein möglichst 

hohes Niveau zu erreichen, wurden in 

intensiver Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie 

komplexe, mit modernster 

Elektronik arbeitende Luftfederungssysteme 

für den Pkw-Serieneinsatz entwickelt. 

Dabei wurde auch technologisches 

Neuland betreten. 

Auf Grund der hohen Akzeptanz als 

kompetenter Entwicklungslieferant wurde 

Krupp Bilstein als Entwicklungspartner und 

Serienlieferant für die Feder-Dämpfer- 

Module der neuen DaimlerChrysler 

S-Klasse auserwählt. 

forum 


2 Aufgabenstellung 

Für die Entwicklung der neuen S-Klasse 

galt es, trotz des um ca. 300 kg reduzierten 

Fahrzeuggewichts den Fahrkomfort des 

Vorgängermodells zu übertreffen und 

zusätzlich die fahrdynamischen Qualitäten 

zu verbessern. 

Da dies mit konventionellen Feder-/ 

Dämpfungselementen nicht erreichbar 

war, wurde in einer frühen Phase der 

Fahrzeugentwicklung eine Luftfederung 

mit vierstufig verstellbaren Dämpfern als 

Serienausstattung ins Lastenheft 

aufgenommen (Bild 1). 

Nur mit einem solchen System war es 

möglich, die technische Spitzenstellung der 

S-Klasse zu sichern und den Kundenerwartungen 

hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrdynamik 

gerecht zu werden. 

Skyhook-Dämpfungsprinzip (Bild 2) 

3 Das Luftfederungssystem mit 

adaptiver Dämpfung 

Das Komfortpotenzial einer Luftfeder 

basiert darauf, dass bei der Auslegung der 

Federrate im Vergleich zur Stahlfeder deutlich 

niedrigere Werte realisierbar sind. Dies 

ist zulässig, weil das unerwünschte Absenken 

der Karosserie bei Zuladung durch das 

Nachfüllen von Luft kompensiert werden 

kann. Der Kompromiss der Stahlfeder, bei 

allen Beladungszuständen ausreichenden 

Restfederweg bereitstellen zu müssen, 

besteht hier nicht. 

Um trotz der niedrigen Federrate alle Forderungen 

im Hinblick auf Fahrdynamik und 

Fahrsicherheit zu erfüllen, wird sinnvollerweise 

die Luftfederung durch einen in der 

Dämpfkraft verstellbaren Stoßdämpfer 

ergänzt. Nur die Kombination beider präzise 

aufeinander abgestimmten Elemente liefert 

den gewünschten Gewinn an Komfort 

und Fahrdynamik. Das System ermöglicht 

das komfortable Gleiten auf ebenen 

Straßen (Dämpferstellung weich), das kontrollierte 

Beruhigen des Aufbaus nach dem

36 


Luftfederbein Vorderachse (Bild 3) Luftfederbein Hinterachse (Bild 4) 

Überfahren von Fahrbahnunebenheiten 

(Dämpfer im Skyhookmodus) und das gute 

Handling bei sportlicher Fahrweise. 

Durch den Einsatz des Luftfedersystems 

mit adaptiver Dämpfung ergibt sich eine 

Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen 

Systemen: 

forum 


● Die Aufbaueigenfrequenz bleibt bei 

Beladung weitgehend konstant. 

● Automatisches Absenken des Fahrzeugs 

bei hoher Geschwindigkeit zur Reduzierung 

des Luftwiderstandes und 

Erhöhung der Fahrdynamik 

● Vom Fahrer gesteuertes Anheben des 

Fahrzeugs für Schlechtwegstrecken und 

Garageneinfahrten 

● Designvorteile durch stets optimalen 

Fahrzeughöhestand 

● Anpassung der Dämpfkräfte an die Fahrsituation, 

dadurch Verbesserung von 

Fahrkomfort und Fahrsicherheit 

● Reduzierung der Wankneigung bei 

dynamischen Fahrmanövern 

● Verbesserung des Fahrzeughandlings 

Die Intensität der Aufbauschwingungen 

beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten 

ist eines der wesentlichen Kriterien für 

die Beschreibung des Fahrkomforts. Um 

den maximalen Komfort für die Insassen zu 

ermöglichen, werden die vierstufigen ADS- 

Dämpfer (Adaptives Dämpfungssystem) 

nach dem so genannten ADS-Skyhookprinzip 

angesteuert. 

Wie der Name Skyhook schon verrät, 

basiert der Regelalgorithmus darauf, die 

Karosserie des Fahrzeugs an einem imaginären 

Himmelshaken aufzuhängen, um 

sie horizontal zu fixieren und die Räder der 

Fahrbahnoberfläche folgen zu lassen. Da 

dieser theoretische Ansatz in der Praxis 

nicht umsetzbar ist und einige andere 

fahrdynamische Gesetzmäßigkeiten nicht 

unberücksichtigt bleiben dürfen, arbeitet 

der ADS-Skyhook-Algorithmus nach einem 

etwas vereinfachten, aber für die Aufbauberuhigung 

sehr wirkungsvollen Prinzip 

(Bils 2). Entscheidendes Kriterium zur Festlegung 

der geeigneten Dämpfkraftstufe für 

die jeweilige Situation ist die Bewegungs- 

richtung der Fahrzeugkarosserie. Bei einer 

Bewegung nach oben muss der Dämpfer 

eine harte Zugstufe und eine weiche Druckstufe 

bereitstellen, bei einer Bewegung 

nach unten ist eine weiche Zugstufe und 

eine harte Druckstufe erforderlich.

37 


4 Luftfeder-/Dämpfermodul 

Wegen der konstruktiven Bauraumvorgaben 

unterscheiden sich die Federbeine von 

Vorder- und Hinterachse erheblich in Form 

und Dimensionierung. Funktional betrachtet 

wurden sie jedoch aus vergleichbaren 

Basiselementen zusammengesetzt 

(Bilder 3 und 4). 

Der ADS-Dämpfer trägt die Luftfeder und 

leitet die Federkraft auf die Achse. Zugleich 

übernimmt der Dämpfer die Aufgabe, die 

Luftfeder zu zentrieren und die in ihr 

entstehenden Querkräfte aufzunehmen. 

Die obere Anbindung des Dämpfers zur 

Luftfeder stellt ein kardanisch weiches 

Kapsellager dar, über das die Dämpfkräfte 

in den Luftfedertopf eingeleitet werden. 

Die Luftfederbeine sind im oberen 

Bereich mit einem Restdruckventil ausgestattet, 

über das die Federbeine mit der 

Fahrzeugluftversorgung verbunden werden. 

Die Hauptaufgabe des Ventils besteht 

darin, das Unterschreiten eines definierten 

Minimaldrucks im Federbein zu vermeiden. 

Diese Funktion ist bei der Anlieferung an 

das Montageband des Kunden und bei 

Störungen in der Luftversorgung im Fahrzeug 

von hoher Bedeutung. Der Abfall des 

Fülldrucks auf den Atmosphärendruck 

hätte eine Schädigung des empfindlichen 

Luftfederbalges zur Folge. Gegen die 

äußeren Einflüsse wie Feuchtigkeit und 

Schmutz wird der Balg durch eine 

Manschette geschützt. 

5 Luftfeder 

Bereits in den 60er-Jahren wurden Pkw 

mit volltragenden Luftfedern serienmäßig 

ausgerüstet. Folglich stellt der Einsatz von 

Luftfedern in der S-Klasse keine Revolution 

in der Fahrwerktechnik dar. 

forum 


Der Unterschied zwischen den bisher 

bekannten Luftfedern und denen der neuen 

S-Klasse liegt im Aufbau des wesentlichen 

Bauteils einer Luftfeder: dem Luftfederbalg. 

Die Flexibilität des Luftfederbalgs 

bestimmt im hohen Maße das Ansprechverhalten 

der Luftfeder auf Fahrbahnanregungen. 

Bisher wurden Luftfederbälge üblicherweise 

mit Wanddicken von ca. 2 bis 3 mm 

und kreuzförmig angeordneten Textilfadenlagen 

hergestellt. Ein derartiger Balgaufbau 

ADS-Dämpfungsverstelleinheit (Bild 5) 

erfährt infolge seiner hohen Eigenreibung 

eine Verhärtung von bis zu 300 % bei kleinen 

Anregungsamplituden. Dies hat einen 

deutlich reduzierten Abrollkomfort des 

Fahrzeugs zur Folge. 

Um dem Komfortanspruch der S-Klasse 

gerecht zu werden, wurde im Hinblick auf 

optimales Ansprechverhalten ein neues 

Balgkonzept entwickelt. Die Balgdicke 

wurde auf 1,7 mm reduziert und die Festigkeitsträger 

in Form von 0,3 mm dicken 

Polyamidfäden axial angeordnet. Durch 

diesen Aufbau benötigt der Balg infolge der 

unzureichenden Selbstabstützung eine 

Außenführung, die eine unzulässig 

große Ausdehnung in radialer Richtung 

verhindert. 

Die Gummimischung des Balges wird 

aus Chloropren-Kautschuk hergestellt. 

Durch umfangreiche Versuchsreihen wurde 

die Rezeptur der Mischung an die Erfordernisse 

angepasst, um so den Zielkonflikt bei 

der Erfüllung der Lebensdauerforderungen 

bei Hoch- und Tieftemperatur zu lösen. 

Für die Fertigung des Luftfederbalgs 

musste beim Lieferanten eine nur für dieses 

Projekt vorgesehene vollautomatische 

Fertigungslinie errichtet werden. Durch 

umfangreiche automatisch ablaufende 

Prüfprozesse nach jedem Fertigungsschritt 

wird das erforderliche hohe Qualitätsniveau 

jedes einzelnen Luftfederbalgs nachgewiesen. 

6 ADS-Dämpfer 

Um die vom Kunden DaimlerChrysler 

geforderten Spezifikationen bezüglich Bauraum, 

Gewicht, Verstellbarkeit, Reibung 

und Kosten zu erfüllen, musste ein gänzlich 

neues Dämpferkonzept erarbeitet werden. 

Das Einzige, was vom konventionellen 

Dämpfer übernommen werden konnte, war

38 


Kraft-Geschwindigkeitsdiagramme der vier unterschiedlichen Dämpfkraftkennlinien (Bild 6) 

das Grundprinzip des Gasdruckdämpfers. 

Alles andere wurde überarbeitet oder völlig 

neu entwickelt. 

Das auffälligste äußere Merkmal des 

ADS-Dämpfers ist das seitlich adaptierte 

Ventilmodul mit zwei integrierten elektromechanischen 

Ventilen (Bild 5). Je nach 

Schaltstellung können ein oder zwei Bypassarbeitskolben 

zu dem an der Kolbenstange 

befindlichen Hauptarbeitskolben hydraulisch 

parallel geschaltet werden. Daraus 

resultieren vier unterschiedliche Dämpfkraftkennlinien 

(Bild 6). Die Schaltstellung 

der Ventile wird über das zentrale Fahrzeugsteuergerät 

nach dem Skyhook-Algo- 

Schaltstellung der Ventile bei den verschiedenen Dämpfkraftkennlinien (Bild 7) 

forum 


rithmus vorgegeben. Die Zuordnung der 

Kennlinie geht aus Bild 7 hervor. 

Hinsichtlich des Ansprechverhaltens und 

des daraus resultierenden Fahrkomforts 

wurden durch den Einsatz eines neu entwickelten 

Dichtungs-/Führungspaketes 

neue Maßstäbe für die automobile Oberklasse 

definiert (Bild 8). Die Dichtfunktion 

wird durch einen mit spezieller Dichtkantengeometrie 

versehenen Teflonring übernommen. 

Sehr niedrige Werte für Reibung 

und Losbrechkräfte zeichnen dieses Dichtungskonzept 

aus. Zur weiteren Reibungsreduzierung 

wird sowohl die Führung der 

Kolbenstange im Dichtungs-/Führungs- 

Stufe 1: Ventil 1 und 2 bestromt Zug weich /Druck weich 

für komfortables Abrollen bei 

geringen dynamischen Anregungen 

Stufe 2: Ventil 1 bestromt Zug weich / Druck hart 

Skyhookmodus 

Stufe 3: Ventil 2 bestromt Zug hart / Druck weich 

Skyhookmodus 

Stufe 4: Ventil 1 und 2 stromlos Zug hart / Druck hart 

starke dynamische Anregungen 

paket als auch die des Arbeitskolbens von 

PTFE-Bändern übernommen. 

Eine zusätzliche Maßnahme zur Reibungsoptimierung 

war die Integration eines 

Bodenventils in den Dämpfer, wodurch der 

Gasdruck um ca. 30 % reduziert werden 

konnte. Eine verminderte Anpresskraft der 

Dichtung an die Kolbenstange ist die Folge. 

7 Fertigung 

Die Großserienfertigung der S-Klasse- 

Federbeine stellte hohe Anforderungen an 

die Prozessentwicklung. Viele Fertigungsprozesse 

mussten neu definiert und bis zur 

Serientauglichkeit entwickelt werden. 

Die nach dem Kaltfließpressverfahren 

hergestellten Dämpferaußenrohre wurden 

aus Gewichtsgründen mit einer inkonstanten 

Wandstärke gefertigt. So konnte in 

allen Funktionsbereichen des Rohres die 

Wanddicke auf das erforderliche Maß 

reduziert werden. 

Zur Darstellung der einzelnen Ölkanäle 

waren diverse Durchbrüche in den Dämpferinnen- 

und -außenrohren erforderlich. Um 

eine absolute Gratfreiheit mit einem definierten 

Kantenbruch für das beschädigungsfreie 

Überfahren der Bohrungen mit 

Trenn- und Arbeitskolben zu gewährleisten, 

wurde ein spezielles Lochverfahren entwickelt. 

Hierbei wird der Lochstempel ins 

Innere des Rohres gefahren, und der Lochvorgang 

erfolgt von innen nach außen. 

Mehrere Rohre der Dämpfer mussten 

umlaufend oder in Segmenten aufgeweitet 

werden. Hier kommen das Rohrendenumformverfahren 

und das Segmentprägeverfahren 

mittels eines Druckgummieinsatzes 

zum Tragen. Aufwändig war in diesem 

Zusammenhang die Ermittlung und Festlegung 

der Rohrspezifikationen, um den gewünschten 

Umformgrat unter Berücksichti-

39 


Neu entwickeltes Dichtungs-/Führungspaket 

(Bild 8) 

gung der sehr engen Durchmessertoleranzen 

zu erzielen. 

Besondere Beachtung fand die Schmutzeinbringung 

während des Montageprozesses. 

Wegen der Schmutzempfindlichkeit 

der in den Dämpfer integrierten Schaltventile 

war das Waschen aller im Dämpfer verbauten 

Komponenten unerlässlich. Zur 

Sicherstellung der Fertigungsqualität 

werden die Dämpfer zu 100 % hinsichtlich 

Dämpferkennlinie, Ventilschaltzeiten 

und Reibung geprüft. Außerhalb der 

Fertigungstoleranzen liegende Dämpfer 

werden zerlegt und mit erneuerten 

Komponenten wieder aufgebaut. 

Auf den komplettierten Dämpfer wird auf 

einer halbautomatisierten Montagelinie die 

Luftfeder montiert. Nur durch einen präzise 

ausgeführten Streck- und Einstellprozess 

in mehreren Montagestationen kann 

die richtige Lage und Ausformung des 

Luftfederbalgs sichergestellt werden. 

Für die anschließende Dichtigkeitsprüfung 

wird die Luftfeder mit Helium befüllt. 

In einer Vakuumkammer kann bei auftretender 

Undichtigkeit das Helium mittels 

eines Massenspektrometers nachgewiesen 

werden. Eine abschließende Rundlaufmessung 

der Luftfeder mit Hilfe eines Lasermesssystems 

stellt die Einhaltung der vorgeschriebenen 

Fertigungstoleranzen sicher. 

forum 


Die wesentlichen Montage- und Prüfwerte 

werden für jedes Luftfederbein gespeichert 

und können über den auf das Federbein 

aufgebrachten Barcode jederzeit 

zugeordnet werden. 

8 Schluss 

Mit dem Einsatz der Luftfederung mit 

adaptivem Dämpfungssystem in der neuen 

S-Klasse demonstrierte DaimlerChrysler 

eindrucksvoll die technologische Führerschaft 

im Bereich der innovativen Fahrwerkssysteme. 

Krupp Bilstein leistete mit 

der Entwicklung und Serienlieferung der 

Feder-Dämpfer-Module einen wesentlichen 

Beitrag zum Gesamtsystem und konnte 

hierdurch die Kompetenz als innovativer 

Partner der Automobilindustrie unter 

Beweis stellen. Auf Grund der durch die 

Serieneinführung der S-Klasse gestiegenen 

Akzeptanz derartiger Systeme wird die Luftfederung 

mit adaptivem Dämpfungssystem 

eine weite Verbreitung am Markt finden, 

und dies nicht nur in Fahrzeugen der Oberklasse. 

Wegen der frühen Präsenz konnte 

sich Krupp Bilstein innerhalb dieses 

Marktsegments erfolgreich positionieren 

und so den Kunden bei derzeitigen und 

zukünftigen Projekten mit der erlangten 

Kompetenz einen hohen Nutzen liefern.

40 

Dr. Wolfgang Stein, 

Dipl.-Ing. Hartmuth Willnauer 

Die Smartstep-Stufe – Innovation im Fahrtreppenbau 

forum 


Smartstep’s im Schuhhaus Görtz, Hamburg (Bild 1)

41 

1 Einleitung 


Kein Mensch kann heute sagen, welche 

Spieler für die Mannschaft des FC Schalke 04 

im Sommer nächsten Jahres auflaufen 

werden. Sicher aber ist, dass im August 

2001 in Gelsenkirchen nicht mehr im Parkstadion 

angepfiffen wird, sondern im dann 

modernsten Fußballstadion der Welt, der 

Arena „AufSchalke“. Sicher ist auch, dass 

die Spieler den Weg beim Betreten und 

Verlassen des Stadions über die modernste 

Fahrtreppe der Welt zurücklegen werden. 

Königsblaue Stufen – weil Thyssen Fahrtreppen 

im vergangenen Jahr die erste 

Kunststoffstufe der Welt „Smartstep“ auf 

den Markt brachte, werden bald bei Fernsehübertragungen 

aus der neuen Schalke- 

Arena Fahrtreppen in der Vereinsfarbe der 

Die Smartstep ist TÜV-geprüft und gemäß EN 115 zertifiziert (Bild 2) 

forum 


„Schalker Knappen“ zu bewundern sein 

(Bild 2). 

Frisch am Markt, ist die neue Fahrtreppenstufe 

jetzt gleich zweimal ausgezeichnet 

worden. Thyssen Fahrtreppen wurde, zusammen 

mit dem Kunststoffhersteller Bayer 

und dem Kunststoffverarbeiter Coko, vom 

Verein Deutscher Ingenieure mit dem VDI- 

Kunststoff-Innovationspreis geehrt (Bild 3). 

Verliehen wird diese Auszeichnung für Entwicklungsarbeiten, 

die dazu beitragen, bei 

Fertigungsprozessen Kosten einzusparen, 

ökologische Verbesserungen zu erreichen 

oder neue Anwendungsfelder für Kunststoffe 

zu erschließen. Die Innovationshöhe 

dieses neuen Produkts wurde von der Jury 

besonders gelobt. Zusätzlich belegte Thys- 

VDI-Kunststoffpreis (Bild 3) 

sen Fahrtreppen im ThyssenKrupp Innovationswettbewerb 

2000 den dritten Platz. 2 Werkstoff und Farbgestaltung 

Bislang hatten Architekten keine große 

Wahl bei der Gestaltung von Gebäuden mit 

Fahrtreppen. Die herkömmlichen Stufen 

werden aus Aluminium gefertigt. Damit ist 

die Farbe – Silbergrau – vorgegeben. Wer 

es bunter liebt, kann zwar eine lackierte 

Variante bestellen. Doch unter vielen Füßen 

leidet die Farbe, der Lack ist irgendwann 

ab. Smartstep hingegen ist aus einem völlig 

neuen, eigens in Zusammenarbeit mit 

der Bayer AG entwickelten Material gebaut. 

Der neue Werkstoff wird mit Glasfasern verstärkt, 

sodass er den vielfältigen Beanspruchungen 

im Leben einer Fahrtreppenstufe 

ebenso gut widersteht wie Aluminium. 

Sogar besser: Dem Gemisch aus Polyester 

und Glasfasern können bei der Herstellung 

Farbpigmente verschiedener Couleur beigefügt 

werden. Dadurch ist der ganze Stufenkörper 

durchgefärbt, spätere Abnutzungsspuren 

fallen farblich nicht auf. Die 

traditionelle Druckgussstufe hat also Konkurrenz 

bekommen durch eine neue Gene-

42 


ration von roten, grünen, blauen und 

schwarzen Fahrtreppenstufen, die im 

Spritzgieß-Verfahren hergestellt werden. 

Für die nötige Steifheit der Stufe – Kunststoff 

ist natürlich elastischer als Aluminium 

– sorgt eine präzise berechnete Verrippung 

auf der Innenseite. Um Material zu sparen 

und das Gewicht zu senken, wird an der 

Hinterkante nach dem Spritzgießen ein 

dünnes aber starkes Stahlrohr eingesetzt. 

So ist garantiert, dass die neue Stufe jeden 

Beanspruchungen einer vielbenutzten Fahrtreppe 

ohne Verformungen standhält. 

3 Reinigung und Sicherheit 

Das Spritzgieß-Verfahren schafft neben 

dem farbenfrohen Design noch weitere Vorteile, 

die das neue Produkt ungemein 

attraktiv für den Markt machen. Anders als 

bei den herkömmlichen Stufen ist die Oberfläche 

der Smartstep porenfrei. Die Fahrtreppe 

ist dadurch sauberer, weil der 

Schmutz schlechter haftet. Reinigungskolonnen 

in Einkaufszentren, Flughäfen und 

Bürogebäuden zwischen Hamburg und 

Schanghai wird das freuen: Die Glasfaserstufen 

lassen sich besser und schneller 

säubern. Zudem ist das neue Material 

rutschfester. Gerade an kritischen Einsatzorten 

wie dem Eingangsbereich von Kaufhäusern 

ist dies von Vorteil. Kunden mit 

Tüten voller Einkäufe und regenfeuchten 

Schuhsohlen werden rutsch-resistentere 

Fahrtreppenstufen zu schätzen wissen. 

Hinzu kommt, dass die Glasfaserstufe 

Geräusche besser dämpft als die Verwandte 

aus Aluminium. Gut zwei Drittel aller 

Thyssen-Treppen werden innerhalb von 

Geschäftsgebäuden installiert. Der Klang 

von Tausenden klappernder Absätze täglich 

ist nicht zu unterschätzen. Die Kunststoffstufe 

vermindert diese unausweichliche 

forum 


Muster der Farbgestaltung (Bild 4) 

Geräuschkulisse merklich – ein Vorteil gerade 

in Einkaufspassagen und Kaufhäusern, 

wo der gestresste Kunde so wenig wie 

möglich zusätzliche Irritation erfahren soll 

(Bilder 1 und 4). 

4 Brandschutz 

Natürlich muss der neu entwickelte Thermoplast 

nicht nur den alltäglichen Beanspruchungen 

genügen. Wie verhält die 

Kunststoffstufe sich im Falle eines Gebäudebrandes 

oder eines Feuers in der Fahrtreppe 

selbst? Fahrtreppen sind zwar nicht 

als Fluchtwege zugelassen. Aber natürlich 

dürfen sie auch im Brandfall keine zusätzliche 

Gefahr bergen. Daher sind im Material 

Brandschutzmittel eingeschlossen, die bei 

Erhitzung zerfallen und ein selbstständiges 

Brennen der Stufe unmöglich machen. 

Smartstep erfüllt somit die internationalen 

Brandschutz-Normen für Gebäude. 

In einem umfangreichen Testprogramm 

musste die Glasfaserstufe während ihrer 

Entwicklung tatsächlich durchs Feuer 

gehen. Die Ingenieure zündeten einen 

Brandbeschleuniger unter einer mit 

Gewichten belasteten Stufe. Auch nach 

einigen Minuten blieb die Smartstep unversehrt. 

Erst beim Abkühlen kam es zu leichten 

Verformungen. Funktionstüchtig aber 

blieb die Stufe in jedem Fall – nicht einmal 

warme Füße würde man bekommen. Durch 

die geringe Wärmeleitfähigkeit ihres Materials 

erhitzte sich die Stufen-Oberfläche 

kaum. Anders verhalten sich Aluminiumstufen, 

die sich nach zwei Minuten Feuereinwirkung 

aufheizen. Smartstep bringt 

aber nicht nur Vorteile für den Kunden. 

5 Vorteile in der Fertigung 

Auch der Produktionsprozess für Fahrtreppenstufen 

konnte vereinfacht und verbessert 

werden. Vor allem die Spritzgussform, 

das Herzstück in der Herstellung, 

wird nicht so stark beansprucht wie die 

Druckgussform zur Produktion von Aluminiumstufen. 

Kunststoff kann bei einer niedrigeren 

Temperatur verarbeitet werden – das 

spart Energie. Hinzu kommt eine geringere 

Fließgeschwindigkeit des Materials. 

Dadurch hat die Spritzgussform ein zehnmal 

längeres Leben. Zudem müssen Spritzgießstufen 

nach Abkühlung kaum nachgearbeitet 

werden – eine Aluminiumstufe hingegen 

muss nach dem Gießen zeitintensiv 

gerichtet werden. Die Stufe selbst ist am 

Ende wesentlich leichter – um fast 20 Prozent. 

Dadurch lässt sie sich einfacher in die 

Fahrtreppe einbauen. Auch spätere Service- 

Arbeiten sind leichter und schneller zu handhaben. 

Zusammenfassend lässt sich sagen: 

Mit der Smartstep konnte ein Produkt auf 

den Markt gebracht werden, das auch ein 

erhebliches wirtschaftliches Potenzial besitzt.

43 


Automatische Entnahmevorrichtung in der 

Fertigung (Bild 5) 

6 Marktresonanz 

Wer selbst einmal einen Fuß auf eine 

Smartstep-Fahrtreppe setzen möchte, kann 

dies bei der EXPO 2000. Der ThyssenKrupp 

Pavillon auf der Hannover Messe wurde für 

die Dauer der Ausstellung bis zum 31. Oktober 

in „Youth Infotainment Forum“ umbe- 

Fahrtreppen mit Smartstep’s in den Farben Rot, Grün und Blau (Bild 6) 

forum 


nannt. Hier trifft sich die Jugend der Welt in 

Workshops, zum Spielen und Relaxen. Und 

hier ist auch nach wie vor die erste in der 

Öffentlichkeit montierte Fahrtreppe mit den 

bunten Stufen im täglichen Einsatz. 

Bereits heute liegen Aufträge über fast 

200 Fahrtreppen mit den neuartigen Smartstep’s 

aus der ganzen Welt vor. In einer 

Lübecker Einkaufspassage zum Beispiel 

soll es ganz bunt zugehen – die Kundschaft 

wird auf Fahrtreppen mit grünen, roten und 

blauen Stufen fahren. Ein türkischer Supermarkt 

in Istanbul will die Kunden mit der 

Nationalfarbe Rot locken, ein Moskauer 

Hotel setzt mit „smartsteps“ in Schwarz 

und Gelb auf klassischen Schick mit fröhlicher 

– und für die Sicherheit sinnvoller – 

Farbpointe. In allen Einsatzlagen eröffnet 

Smartstep die Möglichkeit, das Corporate 

Design eines Gebäudes konsequent bis in 

die letzte Treppenstufe zu verfolgen. 

Für Fußballspieler, für Kunden von Einkaufszentren 

oder für die Belegschaft in 

Bürogebäuden ist es ein kleiner und attraktiver 

Schritt auf eine farbige Treppenstufe. 

Für Architekten, Bauherren und nicht zuletzt 

Thyssen Fahrtreppen ist die Entwicklung 

der neuen Glasfaserstufe Smartstep ein 

kluger und zugleich großer Schritt ins 

21. Jahrhundert.

44 

Dr. rer. pol. Claus Algenstaedt 

„TS Online“ – die Plattform für den elektronischen Geschäftsverkehr 

von Thyssen Schulte 

forum 


Internet-basierte elektronische Medien sind in immer mehr 

Wirtschaftsbereichen stark im Vormarsch. Das gilt zunehmend 

auch im Handel (Bild 1)

45 

„TS Online“ – die Plattform für den elektronischen Geschäftsverkehr von Thyssen Schulte 

1 Ausgangssituation 

Mit über 100-jähriger Geschäftstradition 

ist Thyssen Schulte heute das führende 

Werkstoff-Unternehmen in Deutschland. 

Zahlreiche Gesellschaften im In- und Ausland 

gehören zum Geschäftsbereich. Der 

Jahresumsatz von Thyssen Schulte beläuft 

sich auf 5,1 Milliarden DM; es werden mehr 

als 6.000 Mitarbeiter beschäftigt. 

Als Komplettanbieter von Grund- und 

Qualitätsstählen, Stahlrohren, Edelstahl, 

NE-Metallen und Kunststoffen – insgesamt 

über 120.000 Artikel – ist die Geschäftsstrategie 

von Thyssen Schulte auf die 

direkte Bearbeitung eines weitgefächerten 

Spektrums von Verarbeiter-Kunden in Industrie, 

Handwerk und Bauwirtschaft ausgerichtet. 

Durch konsequente Investitionspolitik 

verfügt Thyssen Schulte in Deutschland 

über ein sehr leistungsfähiges System aus 

Zentral- und Regionallägern. Dabei kommt 

dem Zentrallager Dortmund für Edelstähle 

und NE-Metalle ein besonderer Stellenwert 

zu (Bild 2). Es gilt als das modernste seiner 

Art in Europa. 

Ein wichtiges Element, um das reibungslose 

Zusammenspiel der Verkaufsabteilungen 

– allein über 300 Abteilungen in mehr 

als 40 Niederlassungen bei Thyssen 

Schulte selbst – mit den Lagerbetrieben zu 

Ausbauschritte des Projektes „TS Online“ (Bild 3) 

forum 


Zentrallager für Edelstahl und NE-Metalle von Thyssen Schulte in Dortmund (Bild 2) 

sichern, bildet das Bestandsmanagement 

von Thyssen Schulte auf der Basis einer 

vernetzten Informationstechnik und Logistik. 

Hierdurch sind die Niederlassungen 

online in der Lage, die Materialverfügbarkeit 

festzustellen und die Dispositionen bei 

den Lägern im System von Thyssen 

Schulte (Zentrallägern) elektronisch auszulösen. 

Über die reine Materialverfügbarkeit und 

den schnellen Zugriff hinaus wächst die 

Bedeutung ergänzender Dienstleistungen 

für Kunden ständig. Dazu zählt vor allem 

die Anarbeitung der Werkstoffe nach den 

jeweiligen Vorgaben der Kunden. Thyssen 

Schulte unterhält eigene leistungsfähige 

Service-Center, die in enger logistischer 

Verbindung mit den jeweiligen Produktlägern 

arbeiten. 

2 Projekt „TS Online“ 

Je stärker das Bedarfsspektrum eines 

Kunden differenziert ist, umso flexibler und 

leistungsfähiger muss das Angebot des 

Handels gestaltet sein. Die zusätzliche 

Bereitstellung Internet-basierter elektronischer 

Medien als Plattform für Informationen, 

Beratung und Austausch von Daten 

sowie für Aufträge und die Abwicklung der

46 


damit verbundenen kommerziellen Prozesse 

bietet neue Ansatzpunkte, um Kundenverbindungen 

auch zukünftig über den 

heute noch dominierenden klassischen 

Verkaufsweg hinaus zu pflegen und damit 

verbundene Potenziale zu aktivieren. Dieser 

„Business to Business“-Ansatz wird von 

Thyssen Schulte seit Frühjahr 1999 konsequent 

verfolgt. 

Ausgangspunkte der Internet-basierten 

Geschäftsunterstützung (Projekt „TS Online“, 

Bild 3) bilden der vielfältige Informations- 

und Kommunikationsbedarf der Kunden 

einerseits sowie das arbeitsaufwendige 

Anfrage- und Bestellwesen andererseits. 

Jährlich werden im Unternehmen etwa 

7 Millionen Anfragen, die sich auf ca. 

15 Millionen Einzelpositionen addieren, und 

2,1 Millionen Aufträge mit 4,8 Millionen 

Positionen bearbeitet (ohne Tochtergesellschaften). 

Online-Informationen und -Verkauf 

haben für die Benutzer den Vorteil, dass 

Betriebs- und Öffnungszeiten ihre Bedeutung 

verlieren und die Systeme rund um 

die Uhr genutzt werden können. Bei gut 

konzipierten Systemen entfallen viele der 

zeit- und kostenintensive Rückfragen. 

Klassische Kundenberatung in einer Niederlassung (Bild 4) 

forum 


Leistungskomponenten im Lager- und Dienstleistungsgeschäft (Bild 5) 

2.1 Kunden nutzen Online- 

Katalog 

Die erste Stufe im realisierten Ansatz „TS 

Online“ bildet der Internet-Auftritt, der den 

spezifischen Informationsbedarf über das 

weitgefächerte Programm von Thyssen 

Schulte regional und artikelbezogen steuert. 

Dadurch wird für Interessenten der 

wichtige Direktkontakt zu örtlichen 

Ansprechpartnern einer Verkaufsabteilung 

in seiner Nähe identifiziert. Programm und 

Organisation sind also online verfügbar. 

Kunden können ihre Anfragen/Aufträge 

direkt per E-Mail an die Niederlassung von 

Thyssen Schulte senden, ohne das System 

zu verlassen. 

Über den Online-Katalog hinaus werden 

zusätzlich Angebote und werbliche Informationen 

aktuell in die Homepage eingestellt. 

2.2 Internet-basiertes 

Bestellwesen 

Die zweite Stufe ist das Kernstück von 

„TS Online“. Durch Zugangscode gesichert, 

können die Kunden von Thyssen 

Schulte sich über die aktuelle Verfügbarkeit 

der einzelnen Artikel im Lager (bzw. im zentral 

unterstützenden Lagersystem) informieren. 

Die Artikelinformation bietet darüber 

hinaus die relevanten, kundenindividuellen 

Preise (brutto/netto). 

Auf dieser Basis besteht die Möglichkeit 

– abweichend vom klassischen Muster der 

Auftragserteilung – Aufträge elektronisch 

über „TS Online“ zu platzieren. Dazu gehören 

auch Termin- und Versandvorgaben

47 


und Bestellung angearbeiteter Produkte 

(Zuschnitte etc.). 

In dieser Stufe bietet Thyssen Schulte 

den Online-Kunden zusätzlich ein umfangreiches 

Informationsangebot – Werkstoffinformationen 

für Verarbeiter. Dazu gehören 

u. a.: 

● Informationen über mechanische und 

chemische Produkteigenschaften 

● grafische Angaben, Darstellungen oder 

Maßzeichnungen 

● Maße, Gewichte, Umrechnungen (sog. 

elektronischer Stahlschieber) 

● Verarbeitungshinweise 

● Normenvergleiche, d.h. Gegenüberstellungen 

auf Basis von DIN- und 

EURO-Normen 

● Werkstoffauswahl-Programm 

Im Zusammenhang mit der elektronischen 

Auftragserteilung bzw. Auftragserfassung 

entstehen für den Kunden weitere 

Vorteile: „TS Online“-Nutzer können sich 

elektronisch über den Bearbeitungsstatus 

ihrer Aufträge informieren. Dazu gehören 

forum 


die Anzeige der offenen Aufträge mit dem 

Status, die Aufgliederung offener Aufträge 

mit allen Positionen und Detailinformationen 

je Auftragsposition. 

Einen anderen wichtigen Aspekt stellt 

das elektronische Rechnungsarchiv dar. Es 

zeigt die Rechnungen und die Aufgliederung 

sowie die Einzelheiten zu den berechneten 

Artikeln (Positionen) an. Ferner wird 

in Kürze der Zugriff auf das Archiv der Kundenempfangsbestätigungen 

zur Verfügung 

stehen. Bei allen diesen Informationen liegt 

der Kundennutzen auf der Hand – „TS 

Online“ stellt die aktuellen Informationen 

schnell und ohne Umweg zur Verfügung. 

2.3 Online-Support 

Nach dem automatischen Bestellwesen 

sind weitere Module und Ausbaustufen mit 

höherem Dienstleistungsanteil vorgesehen 

(vgl. Bild 3). Dabei wird die Individualisierung 

der elektronisch unterstützten 

Kundenbetreuung durch Thyssen Schulte 

verstärkt werden und an auftrags- oder 

bedarfsorientierte Hilfestellung (Support) 

Ausrichtung von Thyssen Schulte auf Industrie, Handwerk und Bauwirtschaft (Bild 6) 

Für Thyssen Schulte typischer Kundenauftrag 

(Bild 7) 

bzw. andere Formen des Mikro-Marketings 

gedacht. 

Customer Relationship Management wird 

zukünftig immer mehr in den Vordergrund 

treten. Das gilt auch für individuelles Kundenmarketing 

(Mikro-Marketing). 

Längerfristig sind hierfür interaktive 

Benutzeroberflächen und Module erforderlich, 

um online den Austausch individueller 

Informationen zu ermöglichen. 

2.4 Online-Regulierung 

In einer späteren Stufe wird der Zahlungsverkehr 

und die Regulierung in die 

elektronisch gesteuerte Prozesskette einbezogen. 

Dazu gehören die elektronische 

Erstellung bzw. Übermittlung von Lieferscheinen, 

Rechnungen und Gutschriften 

sowie – besonders wichtig – die elektronische 

Regulierung (Abbuchung). 

3 Kosteneinsparung 

Das Projekt „TS Online“ bietet – trotz 

primärer Kundenorientierung – wichtige 

Ansatzpunkte für Optimierung und Rationalisierung 

im administrativen Bereich. Diese 

Chancen ergeben sich aus den enormen 

Mengengerüsten, über die Thyssen Schulte

48 


bei dem jährlich zu bewältigenden Geschäftsvolumen 

verfügt (vgl. Abschnitt 2). 

Setzt man nach der Einführungsphase 

für einen überschaubaren Zeitraum den 

Anteil der Online-Bestellungen und die 

anteiligen Kosten für die Bearbeitung von 

Anfragen, Angeboten und entsprechenden 

Arbeiten im Vergleich zu der traditionellen 

Auftragsabwicklung vorsichtig an, so ergibt 

sich ein Einsparungspotenzial von bis zu 

1,5–3 Millionen DM p.a. Die Projektkosten 

belaufen sich auf rund 1 Million DM. Als 

laufende Kosten müssen etwa 0,2–0,3 Millionen 

DM p.a. kalkuliert werden. 

Thyssen Schulte geht davon aus, dass 

der Geschäftsumfang in den nächsten Jahren 

– bei weiter wachsender Marktdurchdringung 

– ausgeweitet werden kann. Insoweit 

wird „TS Online“ dazu beitragen, dass 

der Leistungsumfang im Verkauf und in 

den verkaufsnahen Bereichen weiter steigt. 

Hannover Messe 2000: Vorstellung von „TS Online“ (Bild 8) 

forum 


4 Innovationsgrad 

„TS Online“ ist als neuer elektronisch 

gesteuerter Informations-, Verkaufs- und 

Transaktionskanal gedacht. Das Konzept ist 

auf Integration der gesamten Geschäftsabwicklung 

ausgerichtet. Insoweit unterscheidet 

sich der Ansatz von Thyssen Schulte 

konzeptionell deutlich von anderen „Business 

to Business“-Ansätzen, die den Verkauf 

von Sonderangeboten oder Auktionsgeschäfte 

Internet-basiert abwickeln. 

Wie dargestellt, ist mit dem elektronisch 

gesteuerten Bestellwesen und dessen Weiterentwicklung 

im bisher von traditionellen 

Organisationsstrukturen geprägten Handelsgeschäft 

mit Stahl und anderen Werkstoffen 

eine erhebliche Innovation verbunden. 

Sie betrifft den gesamten Kommunikations- 

und Transaktionsprozess zwischen 

den Kunden und Verkaufsabteilungen von 

Thyssen Schulte-Niederlassungen. 

An Stelle der bislang stark auf persönlichen 

Kontakten (Besuche/Telefonate/ 

Schriftverkehr) aufgebauten und in der 

Abwicklung sehr beleg- und betreuungsintensiven 

Geschäftsverbindungen treten 

zukünftig vermehrt elektronische Datensysteme 

mit Online-Verbindungen und 

entsprechenden Operationen. Dies wird 

längerfristig zu einer erheblichen Veränderung 

im Geschäftsverkehr und in der 

Kommunikation zwischen den Geschäftspartnern 

führen. 

5 Neue Herausforderungen 

Das Projekt „TS Online“ ist in den Stufen 

1 und 2 fertig gestellt (Bild 9) und befindet 

sich in der Umsetzung. Im Laufe des Jahres 

2000 werden weitere Teilmodule (z.B. 

Werkstoffzusatzinformationen) fertig (Bild 

10) und zusätzliche Kunden in den Niederlassungen 

aufgeschaltet. Darüber hinaus 

ist die Vernetzung zu Großkunden aus dem 

EDI-Konzept geplant. 

Der Vorteil professionell genutzter elektronischer 

Transaktionen liegt zweifellos in 

dem enormen Gewinn an Zeit und Transparenz 

für beide Seiten – Anbieter und Käufer. 

Der Kunde erhält in Bruchteilen von 

Sekunden seine Informationen; Vergleichsdaten 

von Wettbewerbern sind nur noch 

„einen Mausklick“ entfernt. Durch „TS Online“ 

und E-Commerce ist Thyssen Schulte 

24 Stunden für Kunden und Interessenten 

geöffnet und bietet so die Möglichkeit, rund 

um die Uhr Anfragen zu platzieren oder 

Aufträge zu buchen. 

Unverändert aber gilt: Schnelle Information 

und Kommunikation ist die eine Seite 

der geschäftlichen Verbindungen, die termintreue 

Auslieferung der Waren die andere 

Seite. Auch im Online-Zeitalter bleibt die 

leistungsfähige Logistik einer der größten

49 


Geschäftsfunktionen, die „TS Online“ abbildet (Bild 9) 

Erfolgsfaktoren für ein Unternehmen, das 

wie Thyssen Schulte mit 100.000 Kunden 

zusammenarbeitet, damit der Zeitgewinn 

aus elektronischen Geschäftsprozessen 

nicht bei der Lieferung verloren geht. 

Bisher waren Lieferanten-Kunden- 

Verbindungen in aller Regel dann am erfolgreichsten, 

wenn sie auf langjährigen persönlichen 

Kontakten basierten. Zukünftig 

wird man – elektronisch vernetzt, quasi in 

Selbstbedienung – ohne den persönlichen 

Kontakt zum Verkäufer im Innen- oder 

Außendienst auf Datenbank-Informationen 

Geplante Weiterentwicklung (Bild 10) 

forum 


bzw. digitale Vertriebssysteme zurückgreifen 

können. Insoweit wird es auch bei 

Stahl, Metallen und Kunststoffen durch die 

Einführung von Online-Geschäftsverbindungen 

zu einer Neugestaltung der Kunden-/Lieferantenbeziehungen 

kommen, die 

weit über die bloße technische Nutzung von 

elektronischen Systemen hinausgeht. 

Die zentrale Aufgabe von Verkauf und 

Marketing in der Zukunft wird es also sein, 

Kundenverbindungen zu erhalten oder neu 

zu schaffen, die sich trotz vernetzter 

Geschäftsprozesse in der laufenden Tages- 

arbeit als trag- und entwicklungsfähig 

erweisen. Persönliche Verbindungen zwischen 

Geschäftspartnern bleiben auch 

zukünftig unverzichtbar, werden aber vielfach 

neue Anknüpfungspunkte haben müssen: 

Bisher werden Bestellungen oder 

Anfragen häufig lieferantenseitig durch persönliche 

Kontakte am Telefon oder bei 

Besuchen vorbereitet oder begleitet. 

Dadurch ist eine laufende Kommunikationsbasis 

zum Kunden gegeben. 

6 Fazit 

Für Thyssen Schulte bedeutet „TS Online“ 

eine zeitgemäße Optimierung des 

Geschäftsmodells und seine Weiterentwicklung, 

die für die angestrebte Wertschöpfungspartnerschaft 

mit den Verarbeiterkunden 

neue Ansatzpunkte eröffnet. 

Gegenwärtig ist „TS Online“ als zusätzlicher 

Vertriebskanal im Aufbau für Kundenkreise, 

die über den klassischen Weg 

der Auftragserteilung hinaus eine Zusammenarbeit 

durch Nutzung elektronischer 

Medien wünschen. 

Den Veränderungen durch E-Commerce 

kann man als aktiv im Markt stehendes 

Handels- und Dienstleistungsunternehmen 

nur offensiv begegnen. Dies gilt für Organisationsfragen, 

die mit der vernetzten 

Datenwelt zusammenhängen, ebenso wie 

im weiten Feld der Problemstellung von 

Marketing und Verkauf. Thyssen Schulte 

hat begonnen, sich im Werkstoffgeschäft 

darauf einzustellen.

50 

Peter Buderath 

Online-Dokumenten-Management-System für Abnahmeprüfzeugnisse 

von ThyssenKrupp Stahlunion 

forum 


Bildschirmmaske für das weltweit eingesetzte „Information 

System Certificates“-System von ThyssenKrupp Stahlunion 

an einem Arbeitsplatz im ThyssenKrupp Trade Center, 

Düsseldorf (Bild 1)

51 

1 Einleitung 

Online-Dokumenten-Management-System für Abnahmeprüfzeugnisse von ThyssenKrupp Stahlunion 

Produktion, Distribution und Verarbeitung 

von Werkstoffen ist ein facettenreiches 

Geschäft: Allein Edelstahl umfasst 500 

Güten und bietet heute eine nahezu unübersehbare 

Vielfalt von Verwendungsmöglichkeiten. 

Und dabei sind Stahl und andere 

Werkstoffe stets nur Vorprodukte. Massengefertigt 

in High-Tech-Werken, exportiert 

nach Europa oder Übersee, sind Werkstoffe 

die Basis für die Verarbeitung in Handwerk 

und Industrie. Gleichzeitig wächst der Anteil 

der Dienstleistungen immer mehr, die von 

Handelsunternehmen in Verbindung mit 

Werkstofflieferungen für Verarbeiterkunden 

angeboten werden. Im Mittelpunkt dieser 

Dienstleistungen steht die Anarbeitung mit 

einer breiten Palette von Zuschnitt-Leistungen 

nach Kundenwunsch. In zunehmendem 

Maße wird auch die Oberflächenbehandlung 

vom Handel dienstleistend 

bearbeitet. 

Der gesamte Prozess der Herstellung und 

Distribution von Stahl oder Metallen unterliegt 

der Qualitätssicherung und wird von 

ständigen Kontrollen und Überwachungsmaßnahmen 

begleitet. Von besonderer 

Bedeutung für die Rückverfolgbarkeit ist 

Gabriele Kübler betreut im ThyssenKrupp Trade 

Center das Online-Dokumenten-System (Bild 2) 

forum 


Verladung von Coils im Hafen von Duisburg-Schwelgern (Bild 3) 

dabei das Abnahmeprüfzeugnis (Inspection 

Certificate) – der „Personalausweis“ für 

jedes erzeugte Produkt oder – noch konkreter 

– für jede einzelne Charge. Es begleitet 

den jeweiligen Werkstoff vom Hersteller 

über das Verkaufsbüro des Händlers, 

die Anarbeitung im Lager bis hin zum 

Verarbeitungsbetrieb des Kunden irgendwo 

in der Welt. Nur mit dieser lückenlosen Dokumentation 

sind Hersteller, Händler und 

Verarbeiter stets darüber im Bilde, welchen 

Werkstoff sie exakt verwenden oder in die 

nächste Produktionsstufe schleusen. 

Die ThyssenKrupp Stahlunion (TKSU) mit 

einem weltumspannenden Netz an Gesellschaften 

und Vertretungen und einem 

Jahresumsatz von gut 6 Milliarden DM 

benötigt jährlich Zehntausende von Werkzeugnissen, 

die verwaltet, weitergeleitet 

und archiviert werden müssen. Zur Optimierung 

der Geschäftsprozesse im Bereich 

der Werkszeugnisse, die hier häufig mehrere 

Unternehmensteile im In- und Ausland 

gleichzeitig betreffen, einerseits und zur 

Pflege von Kundenverbindungen andererseits 

hat TKSU in Düsseldorf ein neues 

Dokumenten-Archivierungs-Management- 

System auf Basis der Internet-Technologie 

entwickelt und seit einiger Zeit erfolgreich 

in der weltweiten Organisation des Unternehmens 

eingeführt. 

2 Identifikation durch Abnahmeprüfzeugnisse 

Mit der Freigabe eines Stahlproduktes 

zum Verkauf durch ein Werk erfolgt auch 

die Bereitstellung einer Prüfungsbescheinigung 

nach DIN EN 10204. Unter diesen 

Sammelbegriff fallen Werksbescheinigungen, 

Werks[prüf]zeugnisse, Abnahmeprüfzeugnisse 

und Abnahmeprüfprotokolle. 

Das Abnahmeprüfzeugnis – im Folgenden 

wird synonym auch der Begriff „Werkszeugnis“ 

verwendet – enthält alle wesentlichen 

Informationen über das gelieferte

52 


Kontrolle von Abnahmeprüfbescheinigungen bei TKSU, Düsseldorf (Bild 4) 

Produkt. Dazu gehören – neben der 

Adresse des Produzenten – unter anderem 

Chargenummer, Schmelzenummer, Zusammensetzung 

des Werkstoffes und 

natürlich die Mengenangabe der betreffenden 

Charge. 

Hersteller und Händler sind verpflichtet, 

ein Werkszeugnis gemeinsam mit der Ware 

zur Verfügung zu stellen. Und dies „just in 

time“. Das Einzige, was danach im Distributionsprozess 

einer Charge an einem 

Werkszeugnis verändert werden darf, ist die 

Adresse und die Mengenangabe, für die 

das neue „Teil“- Werkszeugnis gilt. Dies gilt 

typischerweise für Handelsaktivitäten, 

wenn eine Partie (Charge) in Teilmengen an 

mehrere Kunden verkauft wird oder wenn 

eine Charge durch Anarbeitung im 

Zuschnittdienst des Handels in kleine 

Abschnitte zerlegt wird bzw. in einem weiter 

verwendbaren Reststück zurück ins Lager 

geht. 

forum 


Arbeitsvorbereitung am Bildschirmarbeitsplatz (Bild 5) 

3 Archivierung ist Pflicht 

Auf Abnahmeprüfzeugnisse als Dokumente 

muss über einen längeren Zeitraum 

immer wieder ohne Probleme zurückgegriffen 

werden können, dies schon allein aus 

Gründen der Gewährleistung, Garantie und 

Produkthaftung. Sie müssen daher bis zu 

zehn Jahren im In- und Ausland aufbewahrt 

werden. In der Vergangenheit erfolgten 

Verwaltung und Archivierung der 

Abnahmeprüfzeugnisse bei TKSU – wie 

branchenüblich – manuell. Konkret bedeutete 

dies: Tausende von Werkszeugnissen 

wurden jeweils von Hand – soweit zulässig 

– neu ausgefüllt und weltweit per Post verschickt. 

Vor einigen Jahren begann man 

bei den TKSU-Landesgesellschaften damit, 

Werkszeugnisse zu scannen und als E-Mail 

zu versenden. Ablage und ein wachsendes 

„Papierarchiv“ einschl. der Bearbeitung 

und Pflege durch Mitarbeiter blieben jedoch 

weiterhin überall das Problem.

53 


4 Das Internet als TKSU- 

Technologieplattform 

Um dem bei steigendem Geschäftsumfang 

parallel zunehmenden Verwaltungsaufwand 

im Bereich der Werkszeugnisse 

hier und anderswo Herr zu werden, wurde 

in den letzten Jahren vielfach versucht, 

hierfür Dokumenten-Management-Systeme 

einzuführen. Im Stahlgeschäft wurden 

dabei einige Erfolge erzielt. Allerdings 

waren die Systeme herstellerabhängig; es 

konnte sich kein branchenübergreifender 

Standard etablieren. Die Folge waren 

Insellösungen, teilweise mit dem zusätzlichen 

Nachteil, dass sie nur in einem 

bestimmten Land einsatzfähig waren. Um 

einen solchen Zustand inkompatibler Dokumentensysteme 

im TKSU-Geschäftsbereich 

zu verhindern, entwickelte man in der 

TKSU-Zentrale eine eigene, herstellerunabhängige, 

weltweit einsatzfähige Lösung für 

Werkszeugnisse. 

Ziel dieses firmeneigenen globalen Dokumenten-Management-Systems 

war es, 

Abnahmeprüfzeugnisse für alle TKSU- 

Gesellschaften im In- und Ausland rund um 

die Uhr online verfügbar zu haben. Das 

Formrahmen für die Kunststofftechnik aus Thyroplast-Werkstoff 2312, hergestellt 

im Kundenauftrag von Thyssen France, und Reststücke der Charge 

(Bild 7) 

forum 


Kontrolle von Werkzeugstahl-Zuschnitten in einem Handelslager (Bild 6) 

„World-Wide-Web“ mit seinen grenzübergreifenden 

Möglichkeiten bietet dafür eine 

hervorragende Technologieplattform. Die 

Vorteile für eine weltumspannende Verkaufsorganisation 

liegen auf der Hand: Ein 

vor Missbrauch geschütztes Online-Dokumentensystem 

auf Internet-Basis ist ständig 

und ohne Rücksicht auf Zeitzonen und 

variable Feiertage verfügbar, leicht zu 

bedienen und kostengünstig in der Abwicklung. 

4.1 Im Mittelpunkt der zentrale, 

weltweit zugängliche Internet- 

Server 

Voraussetzung war, dass in der Zentrale 

der Gesellschaft im ThyssenKrupp Trade 

Center in Düsseldorf ein weltweit zugänglicher 

Internet-Server neuester Technologie 

installiert wurde. Auf diesem Server sind 

inzwischen die Abnahmeprüfzeugnisse 

nahezu aller TKSU-Landesgesellschaften 

mit den erforderlichen Suchkriterien in 

einer Datenbank hinterlegt. Sie wird von

54 


der TKSU-Abteilung ORG DV überwacht. 

Der mit Firewalls und separaten Ports 

abgesicherte Zugang erfolgt per Benutzerkennung 

über die Homepage der Thyssen- 

Krupp Stahlunion (www.thyssenkruppstahlunion.de). 

Die Abnahmeprüfzeugnisse der Hauptlieferanten 

– die Konzerngesellschaften 

ThyssenKrupp Stahl, Edelstahlwerke Witten 

Krefeld und Krupp Thyssen Nirosta – werden 

ab Werk im PDF-Bildformat geliefert 

und sind damit für den Anwender im elektronischen 

Originallayout verfügbar. Ein 

ausgeklügeltes System von Suchbegriffen 

ermöglicht es, dass eine integrierte Suchmaschine 

jedes Dokument schnell findet 

und für jede Form der Übernahme (Druck, 

Downloads etc.) am Arbeitsplatz irgendwo 

in der Welt zur Verfügung stellt. Die Weiter- 

forum 


leitung kann auch per E-Mail erfolgen. 

Im neuen TKSU-Dokumenten-Management-System 

wurden kostenfreie Internet- 

Standardtools, wie der Microsoft Internet 

Explorer, der Netscape Navigator (beides 

Browser) oder der Acrobat Reader (Software 

zum Öffnen von PDF-Dateien), eingesetzt. 

Sie ermöglichen eine komfortable 

Bedienung sowie leichte Navigation für die 

weltweit im System arbeitenden Mitarbeiter. 

Sprachprobleme sind nicht gegeben, da 

der Browser für die Umsetzung in die jeweilige 

Landessprache sorgt. 

Die Etablierung in der TKSU-Auslandsorganisation 

wurde dadurch erleichtert, dass 

die an den Arbeitsplätzen vorhandene 

Infrastruktur und die Internet-Zugänge 

genutzt werden konnten. 

Plasmageschnittene Edelstahl-Bleche von Thyssen France, Güte ASTM 240 316 L, Charge 782677 (Bild 8) 

4.2 Der Mehrwert für den 

Anwender 

Durch die Bereitstellung eines solchen 

Internet-Services wird der gesamten TKSU- 

Organisation – und somit auch dem Kunden 

– ein erheblicher Nutzen geboten: Die 

unmittelbare Zustellung von Werkszeugnissen 

ist grenzübergreifend und ohne Zeitverzögerung 

möglich. „Just in time“ bedeutet 

in diesem Fall sogar, dass das Zertifikat 

noch vor der Anlieferung des Werkstoffes 

bei einem Kunden im Ausland sein kann. 

Mit diesem Zeitgewinn kann der TKSU- 

Kunde hausintern weiter disponieren! 

Das TKSU-Dokumenten-Management- 

System für Abnahmeprüfzeugnisse bietet 

darüber hinaus weitere wichtige Vorteile: 

Technik 

● Sicherheit durch modernste Firewall- und 

Verschlüsselungstechnologie 

● Hard- und Software-Unabhängigkeit 

durch Standardlösungen 

Handling 

● Einfachste Bedienung 

● Fehlerreduktion bei der Eingabe 

● „Just in time“-Zustellung 

● Leichte Übernahme von Altdatenbeständen 

aus früheren „Insellösungen“ 

● Archivierung landes- und gesellschaftsübergreifend 

je nach Bedarf 

Einsparung im Vergleich zu Insel- 

Lösungen der TKSU-Gesellschaften, 

● Geringerer Personalaufwand 

● Geringerer Wartungsaufwand 

● Geringerer Investitionsaufwand 

● Niedriger Papierverbrauch sowie Entfall 

des „Papierarchivs“ zu Gunsten von 

wenigen Backup-CD-ROM (außerhalb 

Server-Archivierung)

55 


Produktion von Waschmaschinen-Trommeln aus nichtrostendem Stahl (Bild 9) 

5 Kosteneinsparungen 

Durch eine einmalige Investition in Höhe 

von 60.000 DM in einen zentralen Internet- 

Server mit integrierter Datenbank konnten 

Einzelinvestitionen für Individual-Lösungen 

der TKSU-Landesgesellschaften von jeweils 

Archivierungskosten verschiedener Archivierungssysteme (Bild 10) 

forum 


60.000 DM (inklusive Projektabwicklung) 

vermieden werden. Allein bei den zehn 

europäischen Landesgesellschaften 

ergibt sich dadurch eine Einsparung von 

600.000 DM. 

Was die Kosten je Werkszeugnis (Dokument) 

betrifft, so ist die Einsparung men- 

genabhängig: Je mehr Dokumente in das 

System eingestellt werden, desto günstiger 

ist der Stückpreis. Hier greift also der „Solidareffekt“ 

im Geschäftsbereich TKSU. Im 

neuen System kostet die elektronische 

Archivierung pro Werkszeugnis und Monat 

maximal 10 Pfennige oder durchschnittlich 

1,20 DM pro Werkszeugnis/Jahr (Bild 10). 

6 Schlussbemerkungen 

Mit der Implementierung des Online- 

Dokumenten-Management-Systems für 

Abnahmeprüfzeugnisse wurde die erste 

Phase des TKSU-Internet-Services realisiert. 

Damit wurde eine Plattform geschaffen, 

um auch weitere organisatorische 

Abläufe weltweit zu standardisieren und die 

Prozesskette – Hersteller, Händler und 

Kunde – weiter zu optimieren (workflow- 

Prozesse). Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten 

ist kurzfristig geplant, weitere aufbewahrungspflichtige 

Geschäftsdokumente 

zu archivieren und zu bearbeiten, zum Beispiel 

Rechnungen. 

Geplante Ausbaustufen sind: 

● Einbeziehung weiterer Lieferanten aus 

dem Stahlgeschäft der TKSU in das 

Dokumentensystem 

● Anbindung von SAP R/3-Systemen; Ausdruck 

des Werkszeugnisses direkt im 

SAP-System vor Ort 

● Erweiterung des Benutzerkreises: Einbeziehung 

zusätzlicher Gesellschaften von 

ThyssenKrupp Werkstoffe 

● Verstärkung der Leistungsfähigkeit des 

Dokumentensystems im Bereich Archivierung 

in Richtung auf „business to 

business“-Management-Lösungen

56 

Dr.-Ing. Holger Lieberwirth 

Innovative Lösungen für den Abraumtransport in einem 

Kupfer- und Goldtagebau 

forum 


Der semimobile Absetzer in 4.000 m Höhe kurz vor 

dem Einsatz (Bild 1)

57 

Innovative Lösungen für den Abraumtransport in einem Kupfer- und Goldtagebau 

1 Grasberg – der größte Goldtagebau 

der Welt 

Mit dem Aufschluss des Tagebaus Grasberg 

auf Irian Jaya (Indonesien) durch 

Freeport McMoRan Copper & Gold begann 

der Abbau eines der reichsten Gold- und 

Kupfervorkommen der Welt. 1998 war 

Freeport mit 88 t weltgrößter Goldproduzent. 

Der Tagebau liegt in einer der auch heute 

noch abgeschiedensten Gegenden der Welt 

in den Bergen von Irian Jaya in der Nähe 

des 3. Breitengrades südlich des Äquator 

auf einer Höhe von ca. 4.000 m über NN. 

Die klimatischen Bedingungen sind durch 

Temperaturen zwischen 0 °C und 15 °C, 

regelmäßige schlechte Sichtverhältnisse 

durch Nebel und erhebliche Niederschlagsmengen 

(ca. 11.000 mm/a) gekennzeichnet 

(Bild 2). 

Für Transport und Montage war zu 

beachten, dass die Transportabmessungen 

der Einzelteile auf Grund von zu passierenden 

Tunneln extrem limitiert waren. So 

mussten die Ringsegmente der Brecher in 

Halbschalen geteilt werden, und die Stahlkonstruktion 

des Fachwerkauslegers vom Absetzer musste nicht nur quer sondern 

auch längs in Segmente zerlegt werden. 

Besondere Anforderungen an die Montage 

stellte das Verbinden der ebenfalls in Segmenten 

anzuliefernden Plattform der Transportraupe. 

Hier mussten auf einer Höhe 

von 4.000 m über NN bis zu 60 mm dicke 

Platten verschweißt werden. 

Luftaufnahme des Tagebaus (Bild 2) 

forum 


Gesamtansicht Brecher 6 (Bild 3) 

2 Kontinuierliches Fördersystem 

für den Abraum 

Durch den Aufschluss des Grasberg- 

Tagebaus konnte die Erzförderung von 

Freeport von 22.000 t/d auf derzeit 

250.000 t/d erhöht werden. Die nächste 

Erweiterung ist bereits geplant. Bei einem 

Abraum: Nutzmineral-Verhältnis von 3:1 

ergeben sich erhebliche Abraummengen, 

die täglich zu fördern sind. Während Freeport 

sich für die Erzförderung bereits vor 

einiger Zeit für kontinuierliche Fördersysteme 

entschieden hatte – mit Brecher 5 wurde 

die erste semimobile Anlage 1994 in 

Betrieb genommen, mit Brecher 6 (Bild 3) 

folgte die zweite semimobile Anlage 1998 –, 

wurden die erheblichen Abraummengen 

nach wie vor mit diskontinuierlichen Systemen 

transportiert. 

Mit zunehmender Täufe des Tagebaus 

wurde dieses Verfahren zunehmend unwirtschaftlich. 

Deshalb entschied man sich im

58 


Hauptparameter des Fördersystems (Bild 4) 

Band- Achs- Hub Installierte Gurtbreite Förder 

anlage Nr. abstand Antriebs- geschwinleistung 

digkeit 

Jahr 1997 zur Installation eines kontinuierlichen 

Fördersystems für den Abraum. Dieses 

System besteht aus einer semimobilen 

Brechanlage mit einem Kreiselbrecher 

63-114, drei Bandanlagen, semimobilem 

Absetzer und Transportraupe T1250. 

Das System übertrifft in vielen Parametern 

bisher auf der Welt errichtete vergleichbare 

Anlagen. Der Kreiselbrecher ist 

mit dem weitgehend baugleichen Brecher 6 

der größte im Betrieb befindliche Brecher 

dieses Typs auf der Welt. Die Transportraupe 

übertrifft die Tragfähigkeit der größten bisher 

gelieferten Transportraupe um ca. 

50 %. Mit dem System werden stündlich bis 

zu 10.000 t Abraum auf eine bandtransportfähige 

Stückgröße zerkleinert und von 

ca. 3.800 m auf eine Höhe von 4.000 m 

gefördert. Weitere Hauptparameter des 

Fördersystems sind in Bild 4 angegeben. 

3 Kostenoptimierung durch einen 

semimobilen Absetzer 

Der Absetzer mit einer Gesamtlänge von 

160 m verstürzt mit Hilfe seines 127 m langen 

Abwurfauslegers den Abraum in eine 

Tiefe von 400 m. Dabei ragt dieser Ausleger 

bis zu 80 m über die Böschungskante 

hinaus und ist extremen Windbelastungen, 

u.a. gefährlichen Aufwinden, ausgesetzt 

(Bild 5). 

forum 


m m kW m m/s 

200 49 5 4 x 600 2,134 3,81 

201 789 138 4 x 1566 2,134 3,81 

202 553 29 2 x 1118 2,134 3,81 

Angesichts dieser Haldenhöhe kann der 

Absetzer von einer Position aus relativ 

lange kippen, ohne zu schwenken oder 

verfahren zu werden. Deshalb entschloss 

sich der Kunde zur kostengünstigen 

Lösung des semimobilen Absetzers. Dieser 

verfügt weder über ein eigenes Schwenkwerk 

noch über ein eigenes Fahrwerk. 

Stattdessen stützt sich der Oberbau auf ein 

Portal ab, unter das eine Transportraupe 

fahren kann, um den Absetzer zu bewegen. 

Bedingung für die Wirtschaftlichkeit dieses 

Konzeptes war, dass der Absetzer die 

für das Versetzen der Brechstationen erfor- 

Semimobiler Absetzer (Bild 5) 

derliche Tragfähigkeit der Transportraupe 

nicht überschreitet. Um dies zu erreichen, 

wurde die gesamte Tragkonstruktion des 

Abwurfauslegers in einer leichten Rohrkonstruktion 

gestaltet, die mit Seilen horizontal 

und vertikal verspannt wurde (Bild 6). Die 

Gestaltung der recht komplizierten Schnittstellen 

der Tragwerksstöße wurde dreidimensional 

mittels CAD vorgenommen. 

Insgesamt konnte eine Gewichtsersparnis 

von ca. 50 % gegenüber Absetzern vergleichbarer 

Leistung und Auslegerlänge mit 

Fahrwerk, Schwenkwerk und Beladebrücke 

erzielt werden. Von dieser Gewichtsreduktion 

hat der Kunde selbstverständlich profitiert, 

indem er einen entsprechend günstigeren 

Preis erzielen konnte. Darüber hinaus 

ist zu beachten, dass durch dieses 

neue Konzept die Betriebs- und Wartungsanforderungen 

und mithin die Betriebskosten 

des Absetzers deutlich niedriger sind, 

als bei vergleichbaren Geräten. Der Betrieb 

des Absetzers erfolgt durch den Operator 

des Gesamtsystems vom Leitstand des 

Brechers aus.

59 


4 Einsatzbedingungen und Konzept 

der Transportraupe 

Der Absetzer wird von einer Transportraupe 

mit einer nominellen Tragfähigkeit 

von 1.250 t bewegt (Bild 7). Da diese auch 

zum Versetzen älterer Brechanlagen eingesetzt 

werden soll, war es erforderlich, die 

Außenkonturen auch an die freien Querschnitte 

der vorhandenen Systeme anzupassen. 

So entstand eine sehr kompakte Transportraupe 

mit extremer Tragfähigkeit. 

Während die größte bisher gebaute Transportraupe 

mit einer Tragfähigkeit von 850 t 

eine Bauhöhe von 2.720 mm hatte, ist die 

neue Raupe nur um 180 mm höher. Demgegenüber 

sind die installierte Motorleistung 

und der Kettenzug etwa doppelt so 

hoch. 

Diese extreme Leistungskonzentration 

stellte besondere Anforderungen an die 

Gestaltung aller Fahrwerkskomponenten, 

insbesondere auch des Antriebes. 

Transportraupe T1250 (Bild 7) 

forum 


Abgespannter Fachwerkausleger des Absetzers (Bild 6) 

5 Zusammenfassung 

Mit der Inbetriebnahme des kontinuierlichen 

Fördersystems für Abraum im Tagebau 

Grasberg wurde ein weiterer Meilenstein 

in der Entwicklung kontinuierlicher 

Gewinnungssysteme für Erztagebaue 

gesetzt. Insbesondere die Lieferung des 

ersten semimobilen Absetzers verdeutlicht, 

wie sich kontinuierliche Fördersysteme 

optimal an natürliche Gegebenheiten 

anpassen lassen und hierdurch sogar 

Kostenvorteile für den Betreiber zu erzielen 

sind. 

Die nächste Erweiterung des Tagebaus 

befindet sich bereits in der Planung. 

Literatur 

● George A. Mealey, Grasberg, 

Freeport McMoRan Copper & Gold, 1996 

● Luftaufnahme PT Freeport Indonesia, 

1999

60 

Linda Frederick, B. Comm 

Öko-Schiffsbelader von Krupp Canada 

forum 


Der Öko-Schiffsbelader in Collahuasi, Chile, spart Kosten und schützt 

die Umwelt (Bild 1)

61 

1 Einleitung 


Der Schutz der Umwelt ist auch bei den 

Betreibern von Hafenanlagen ein ernsthaftes 

Anliegen. Diese haben ein großes Interesse, 

Lösungen zu finden, welche die 

Verunreinigung der Luft und das Verschütten 

von Material vermeiden helfen. Hinzu 

tritt der Kostenaspekt, denn verschüttetes 

und damit verlorenes Material kosten Geld, 

welches eingespart werden könnte. 

Der Exporthafen der Compañia Minera 

Doña Inés de Collahuasi in Caleta Patache, 

65 Kilometer südlich von lquique gelegen, 

ist für eine Kapazität von bis zu einer Million 

Tonnen Kupferkonzentrat pro Jahr ausgelegt. 

Das Konzentrat ist potenziell schädlich 

für die Meeresflora und -fauna. Daher 

kommt dem Umweltschutz höchste Priorität 

zu. 

Ausleger des Öko-Schiffsbeladers (Bild 2) 

forum 


Blick in das Innere des Auslegers (Bild 3) 

2 Traditionelles Konzept 

Kritisches Element der Konstruktion 

eines Schiffsbeladers ist der Ausleger, 

welcher über den Schiffsrand hinaus bis zu 

den Luken reichen muss. Insbesondere die 

Reichweite, aber auch das Gewicht und die 

sonstigen Komponenten, bestimmen die 

konstruktiven und statischen Anforderun- 

gen an die Tragkonstruktion des Schiffsbeladers. 

Folglich ist das Gewicht des Auslegers 

entscheidend für die Auslegung des 

gesamten Systems. 

Übliche Praxis ist es daher, den freitragenden, 

heb- und senkbaren, schwenkbaren 

und verfahrbaren Ausleger als leichte 

Fachwerkkonstruktionen auszubilden. Zum 

Umwelt- und Materialschutz wird dieser 

Ausleger dann traditionell mit seitlicher Verkleidung, 

Bandabdeckung und Materialauffang- 

und Waschvorrichtung ausgestattet. 

Diese traditionelle Bauweise kann jedoch 

das Verschütten von Material nicht vollständig 

ausschließen. 

Die Aufgabe für Krupp Canada, Calgary, 

bestand darin, einen Schiffsbelader zu entwickeln 

und zu bauen, der das Verschütten 

von Kupferkonzentrat ins Meer nicht nur 

minimiert, sondern absolut unmöglich 

macht.

62 


3 Neues Konzept von Krupp 

Canada 

Krupp Canada entschied sich, völlig 

neue Wege zu gehen. Der Ausleger wurde 

als Ganzes in völlig geschlossener, staubdichter 

Röhrenform ausgeführt, wobei die 

Röhre alle mechanischen Funktionen des 

Auslegers erfüllt und gleichzeitig als tragendes 

Bauteil fungiert (Bilder 2 und 3). 

Als begleitende Maßnahme zur Sicherstellung 

der Umweltaspekte wurde der 

Ausleger mit einer Staubsaugvorrichtung 

versehen, mit der während der Wartungsperioden 

das Innere des Auslegers gereinigt 

werden kann. 

Zur besseren Verteilung des Materials im 

Laderaum des Schiffes wird eine Planierraupe 

mittels einer Winde, die am Ausleger 

des Schiffsbeladers angebracht ist, in den 

Laderaum heruntergelassen. Um zu verhindern, 

dass beim Wiederherausholen der 

Raupe verschüttetes Material ins Meer fällt, 

wurde eine Auffangvorrichtung unterhalb 

der Raupe vorgesehen. 

Gesamtansicht des Öko-Schiffsbeladers (Bild 5) 

forum 


Technische Daten der Anlage (Bild 4) 

Eine weitere strikte Anforderung an die 

Konstruktion des Schiffsbeladers stellte die 

Forderung nach einer erdbebensicheren 

Ausführung dar, auch in einem solchen 

Falle muss die Umweltschutzfunktion 

gewährleistet sein. 

Die technischen Daten der Anlage sind in 

Bild 4 aufgeführt. 

Krupp Canadas Öko-Schiffsbelader ging 

Ende 1998 in Betrieb. Durch diese Neuentwicklung 

eines völlig abgeschlossenen 

Systems sind sowohl die Gesichtspunkte 

des Stahlbaus, die zum Beladen verschiedener 

Schiffsgrößen erforderlichen Funktionen 

des Schiffsbeladers, als auch der ökologische 

Effekt in gelungener Weise vereint. 

Die Meeresumwelt wird nicht durch mögliche 

Gefahrstoffe beeinträchtigt, und der 

Betreiber erfährt Kosteneinsparungen, da 

ihm kein Material verloren geht und sich 

das Reinigen der Maschine mit dem Staubsaugsystem 

einfach bewerkstelligen lässt. 

Das Konzept kommt auf dem Markt an, 

der Beweis ist die Erteilung eines weiteren 

Auftrags für einen Öko-Schiffsbelader, 

dieses Mal für Koks, für das Projekt Hovensa 

auf den Virgin Islands.

63 

Dr.-Ing. Holger Thielert 

Automatisierung und Optimierung von Gasreinigungsanlagen 

mit GasControl 

forum 


Gasreinigungsanlage (Bild 1)

64 

1 Einleitung 

Automatisierung und Optimierung von Gasreinigungsanlagen mit GasControl 

Höhere Anforderungen an die Umweltverträglichkeit 

und die Forderung nach 

geringerem Energieverbrauch verfahrenstechnischer 

Anlagen können nur durch 

optimal ausgelegte und automatisierte 

Anlagen erfüllt werden. Der internationale 

Wettbewerb erfordert immer bessere 

Qualität bei gleich bleibenden Investitionskosten. 

Das GasControl-System wurde weltweit 

erstmalig entwickelt, um den komplexen 

Betrieb von Gasreinigungsanlagen im 

Bereich der Kokereitechnik zu automatisieren 

und zu optimieren. Es wurde bereits auf 

zwei Anlagen installiert und wird seit ca. 

einem Jahr in industrieller Anwendung 

erprobt. Der modulare Aufbau und die Verwendung 

von kommerzieller Standardsoftware 

gewährleisten die Übertragbarkeit auf 

Chemie-/Petrochemieanlagen aller Art. Das 

GasControl-Konzept erlaubt somit flexibel 

die Automatisierung auch schwierigster 

verfahrenstechnischer Prozesse und eröffnet 

neue Möglichkeiten der Prozessoptimierung/Kosteneinsparung. 

Alte Anlagen 

lassen sich mit vertretbarem Aufwand 

mit dem System nachrüsten. 

forum 


Die Nutzung neuer Informationstechnologien 

und der globalen Vernetzung ermöglicht 

die Prozesssteuerung/-analyse auch 

aus der Ferne. Es ist somit möglich, dem 

Anlagenbetreiber Online-Unterstützung in 

Bezug auf die Prozessführung direkt vom 

Anlagenplaner anzubieten. Beispielsweise 

kann ein Chemiebetrieb in Italien vom 

Know-how-Zentrum in Bochum überwacht 

und optimiert werden. Eine Inbetriebnahmeunterstützung 

kann ebenfalls gegeben 

werden. Der Support (Wartung, Beratung, 

Optimierung, Problemlösung) in Form von 

Dienstleistungsverträgen ist ein weiterer 

Vorteil, der die Palette der Betreuung des 

Endkunden abrundet. 

GasControl leistet einen wertvollen Beitrag 

zur Erweiterung des Prozessverständnisses, 

zu frühzeitiger Fehlererkennung und 

optimalem Betrieb. Die Operatorschulung 

am prozessnahen Simulator ist ein weiterer 

Nutzen des Systems. 

2 Ziele und Vorteile 

Betriebsfahrweise mit Labor-Analytik (Bild 2a) Betriebsfahrweise mit GasControl (Bild 2b) 

Das GasControl-System hat folgende 

Zielsetzungen und Vorteile: 

● Prozessoptimierung im Hinblick auf 

Energieverbrauch, Umweltbelastung, 

Kosten etc. 

● Optimale, kostengünstige Prozessregelung 

durch Reduzierung der Messtechnik 

auf einfach zu messende Größen (Temperatur, 

Druck, Durchfluss) 

● Verhinderung/Verminderung von Bedienfehlern 

durch den manuellen Betrieb 

● Qualifizierung des Bedienpersonals 

durch Verwendung als Simulationssystem 

(Operatorschulung) 

● Möglichkeit der globalen Verknüpfung des 

Systems über Datenleitung mit „Wartungszentren“;Prozessanalyse/-optimierung 

aus der Ferne als Dienstleistung 

Da es kein vergleichbares Produkt im 

beschriebenen Einsatzgebiet gibt, sind die 

Marktchancen sehr gut. Der Systempreis, 

der sich nach dem Umfang der zu integrierenden 

Anlagenteile richtet, kann sich 

innerhalb von zwei Jahren, z.B. durch 

Einsparung von Energie (Strom, Dampf),

65 


Versuchskolonne auf der Kokerei August Thyssen (Bild 3) 

Verringerung der Umweltbelastung (Pönalen) 

und Verbesserung der Endprodukte 

(Reinheit), amortisieren. Dies ist ein entscheidendes 

Kriterium für die gute Marktfähigkeit 

des Systems. 

3 Entwicklungsgeschichte 

Gasreinigungsanlagen als Bestandteil 

von Kokereien werden auch heute noch 

weitgehend manuell gefahren, d.h., die 

von einem Leitsystem erfassten Messwerte 

werden vom Bedienpersonal bewertet. Der 

Operator entscheidet auf Grund seiner 

forum 


Erfahrungen und/oder verfahrenstechnischen 

Kenntnisse, wie die Sollwerte für die 

einzelnen Regelkreise gesetzt werden müssen, 

um einen möglichst optimalen Betrieb 

zu gewährleisten. Das Betriebsergebnis ist 

somit in hohem Maße abhängig von der 

Motivation, Qualifikation und Erfahrung des 

Bedienpersonals. 

Um den Prozess im Rahmen eines Automatisierungskonzeptes 

abzubilden, ist die 

Verwendung eines geeigneten Simulationsmodells 

unerlässlich. Bisher existierten nur 

unzureichende Prozessmodelle, welche die 

komplizierten verfahrenstechnischen Vor- 

gänge der Gasreinigung nicht mit ausreichender 

Genauigkeit wiedergeben konnten. 

Eine Automatisierung erschien bislang 

wenig Erfolg versprechend. Prozessoptimierung 

konnte bisher nur „per Hand“ mit 

kostenintensiver Analytik durchgeführt werden 

(Bild 2a). Daher wurde auf der Basis 

eines kommerziellen Simulators ein Modell 

entwickelt, mit dessen Hilfe die Prozesse 

nicht nur dynamisch simuliert werden können, 

sondern das auch eine kostengünstige 

Möglichkeit zur Prozessoptimierung bietet 

(Bild 2b). 

Im Jahre 1993 wurde in einer Kooperation 

mit der Technischen Universität Berlin 

ein erstes FuE-Projekt zur Entwicklung und 

zur Validierung eines dynamischen Prozessmodells 

begonnen. Dieses Modell sollte die 

chemisch physikalischen Zusammenhänge 

möglichst rigoros beschreiben und so 

modular aufgebaut sein, dass es leicht auf 

vorhandenen oder neuen Anlagen angepasst 

oder erweitert werden kann. 

Parallel dazu wurde bei unserem Hochschulpartner 

eine Pilotanlage gebaut, die 

zur Überprüfung der Simulationsergebnisse 

Automatische Probennahme (Bild 4)

66 


Regelkonzept GasControl am Beispiel einer Desorptionskolonne (Bild 5) 

und damit zur Modellvalidierung dient. Neu 

entwickelte Automatisierungsstrategien 

können im Technikumsmaßstab erprobt 

werden. Die Anlage ist so konzipiert, dass 

eine flexible Anpassung an unterschiedlichste 

Betriebsweisen möglich ist. Die Verwendung 

industrieller Ausrüstungstechnik 

gewährleistet die Vergleichbarkeit mit realen 

Prozessen. Zunächst wurden umfangreiche 

experimentelle Untersuchungen 

durchgeführt. Die Pilotanlage wurde über 

ein Jahr im Bypass zu einer Gasreinigungsanlage 

im Kokereibetrieb eingesetzt. Der 

Vergleich der validierten Messdaten mit 

den Simulationswerten ergab eine gute 

Übereinstimmung. Auf Grund dieser 

positiven Erfahrungen wurde das 

Simulationsmodell im Rahmen des 

GasControl-Systems zur Optimierung 

einer bestehenden Anlage eingesetzt. 

Inzwischen sind zwei großtechnische 

Anlagen mit GasControl ausgerüstet 

worden. Eine weitere befindet sich in der 

Planung. 

forum 


4 Systembeschreibung 

Ausgehend von den Forderungen der 

Anlagenbauer und Anlagenbetreiber nach 

möglichst großer Anpassungsfähigkeit auf 

verschiedenste Anlagenteile und Anlagenkonfigurationen 

wurde ein modularer 

Systemaufbau wie in Bild 5 dargestellt 

realisiert. 

Das GasControl-System besteht im 

Wesentlichen aus einem Datenserver, 

einem Modellrechner und einer Auswerte-/ 

Bedienstation. 

Der Server beinhaltet eine Echtzeitdatenbank 

und wird vom PLS über eine spezielle 

Schnittstelle kontinuierlich mit Prozessdaten 

versorgt. Der Modellrechner ist über 

ein Netzwerk mit dem Server verbunden. 

Prozessdaten werden so vom PLS über die 

Datenbank zum Modellrechner übertragen. 

Dort werden diese als Eingangsgrößen im 

Simulationsmodell verarbeitet und die 

Berechnungsergebnisse anschließend zum 

Server in die Datenbank zurückgeschrieben. 

In Abhängigkeit der betrieblichen/ 

gesetzlichen Zielvorgaben (z.B. minimaler 

Energie- und Betriebsmittelverbrauch unter 

Einhaltung der gegebenen Umweltvorgaben) 

werden die Sollwerte für die Prozessregeleinrichtungen 

flexibel und bestmöglich 

berechnet. Diese Sollwerte werden 

dann nachfolgend an das Leitsystem 

übertragen. Schwierige Größen, wie z.B. 

Konzentrationen, werden im dynamischen 

Modell errechnet, das die gesamten Informationen 

des Prozesses enthält. Aufwendige 

und teure Konzentrationsmessungen im 

Betrieb können entfallen. 

Mit der Bedien-/Auswertestation ist es 

möglich, jederzeit Trendkurven der 

Prozesswerte und der berechneten Werte 

darzustellen. 

4.1 Modell 

Ein Differenzialgleichungssystem, 

bestehend aus Massen- u. Energiebilanzen, 

chemischen Gleichgewichten und Phasengleichgewichtsbeziehungen, 

wird mit Hilfe 

spezieller Algorithmen numerisch gelöst. 

Unterschiedliche Geometrien der Prozesseinbauten 

werden berücksichtigt und 

hydraulische Parameter berechnet. Es 

wurde in die vorhandene Struktur eines 

kommerziellen Prozesssimulators integriert 

und verwendet dadurch eine benutzerfreundliche 

Oberfläche. Solche Modelle 

sind heutzutage für das Prozessverständnis 

und für die Auslegung von Automatisierungsstrukturen 

unerlässlich. Die „offline“ 

Operatorschulung ist ein weiterer Nutzen 

dieser Anwendung. Durch die genaue 

Abbildung des Prozesses in dem Modell 

können unterschiedliche Betriebszustände 

durchgefahren werden, um einen positiven 

Trainingseffekt zu erzielen.

67 


Soft- und Hardwarekonfiguration des GasControl-Systems (Bild 6) 

4.2 Datenbank 

Das Client/Server-Konzept „Daten-Server“ 

beherbergt die Datenbank und alle 

Anwendungsprogramme. Sämtliche Werte 

aus dem Prozess und alle Werte aus dem 

Modell werden in einer gemeinsamen 

Datenbank gehalten. Der Vorteil besteht in 

einer einheitlichen Schnittstelle für alle 

Anwendungsprogramme. Datenintegrität 

und homogene Verwaltung der Daten sind 

gewährleistet. 

4.3 Benutzeroberfläche 

Der „Bedien-Client“ beherbergt die 

Bedienoberfläche und garantiert eine optimale 

Skalierbarkeit des Systems. Es können 

beliebig viele Bedienstationen (PC`s) 

mit einer Bedienoberfläche kostengünstig 

ausgerüstet und angeschlossen werden. 

Von den „Bedien-Clients“ können das 

Modell konfiguriert und die Ergebnisse 

dargestellt werden. Ein Soll-/Ist-Vergleich 

forum 


(Soll = Modellwerte, Ist = Prozesswerte) 

erleichtert die Beurteilung der Regelqualität 

und hilft, Abweichungen zwischen Modell 

und Realität zu entdecken. Eine einheitliche 

Bedienoberfläche deckt sowohl die Bedienung 

im Online-Betrieb als auch die Bedienung 

im Simulations-/Schulungsbetrieb ab. 

Auslegungsdaten von GasControl (Bild 7) 

4.4 Modell-Server 

Das Modell läuft auf einem eigenen 

„Modell-Server“. Es können mehrere 

„Modell-Server“ am Daten-Server angeschlossen 

werden, ohne die Leistungsfähigkeit 

des Gesamtsystems negativ zu 

beeinflussen. So kann z.B. auf einem 

„Modell-Server“ das Online-Modell mit 

dem Prozess (d. h. den Prozessdaten) 

arbeiten und parallel ein anderer „Modell- 

Server“ zu Schulungszwecken eine Simulation 

betreiben. Da es zwei gleichartige, 

aber voneinander getrennte Datenbestände 

für den Prozess bzw. die Simulation gibt, 

kann auf dem Simulations-Server geschult 

werden, ohne den realen Betrieb zu beeinträchtigen. 

Eine Kopierfunktion erlaubt es gezielt, 

Prozessdaten zum Simulationsmodell zu 

senden, um so dicht wie möglich am realen 

Prozess zu schulen. Bild 6 zeigt die Hardware- 

und Softwarekonfiguration des in 

einem kontinuierlichen Produktionsbetrieb 

integrierten Systems.

68 


5 Ergebnisse und 

Betriebserfahrungen 

Das GasControl-System ist auf zwei 

Gasreinigungsanlagen installiert. Die Auslegungsdaten 

dieser Anlagen sind aus Bild 

7 ersichtlich. 

Die Leistungsfähigkeit des Modells wird 

deutlich an der Menge des installierten 

Equipments und der Menge der simultan 

berechneten Prozessdaten. Als Beispiel für 

das Potenzial wurde die Auswertung einer 

Versuchsreihe in Bild 8 dargestellt. In dieser 

Versuchsreihe wurde eine Gasreinigungsanlage 

auf einen neuen Arbeitspunkt 

optimal mit Hilfe des Modells eingestellt. Es 

zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung 

des Prozesses mit dem Modell 

(Schwefelwasserstoff H2S und Ammoniakwerte 

NH3 im gereinigten Gas). Mit Hilfe 

des Modells wurden Reduzierungen des 

Absorbens Abtreiberabwasser, kurz AAW, 

durchgeführt. Die sich einstellende Gasqualität 

wurde durch das Labor sowie 

durch das Modell bestätigt. Weitere Reduzierungen 

ergaben am Ende der Versuchsreihe 

eine Energieeinsparung von circa 

Betriebsergebnisse der Modellregelung mit GasControl (Bild 8) 

forum 


20 %, die sich aus der Einsparung von 

Strippdampf bei der Aufbereitung des 

Absorbens ergeben. 

6 Zusammenfassung 

Es konnte gezeigt werden, dass es mit 

GasControl möglich ist, Gasreinigungsanlagen/Chemieanlagen 

immer am optimalen 

Arbeitspunkt zu betreiben. Das System ist 

flexibel aufgebaut, sodass es sich automatisch 

auf unterschiedliche Standardbetriebsfahrweisen 

einstellen kann. Bei Divergenz 

des Modells startet das Modell selbst 

und ermöglicht somit eine hohe Verfügbarkeit. 

Die Genauigkeit des Modells entspricht 

der gleichen Genauigkeit der Laboranalysen. 

Durch diese Grundvoraussetzung 

konnte ein Online-Betrieb von GasControl 

zur Regelung der Konzentration eines 

Absorbens mit Erfolg implementiert 

werden. 

Literatur 

● Liszio, P.; Thielert. H.; Wozny, H.: 

Automation of gas treatment plants by 

process simulation. 

3rd International Cokemaking Congress, 

September 16-18, 1996 - Gent, Belgium 

● Thielert, H.: 

Simulation und Optimierung der Kokereigasreinigung. 

Dissertation TU-Berlin, 1997 

● Liszio, P.; Leuchtmann, P.; Thielert, H.; 

Werthmann, A.: 

Betriebsergebnisse und Erfahrungen 

aus dem Automatisierungsmodell 

GasControl am Beispiel der Kokereigasentschwefelungen 

TKS und Taranto 

Phase III. 

Kokereifachtagung HDT, 4.-5.5.2000

69 

Dr.-Ing. Lutz Palm, 

Dipl.-Ing. Norbert Platz 

Innovative Technologien zur Entlackung und Farbbeschichtung von 

Schiffen im Dock 

forum 


PAINTMASTER-Pilotanlage von Blohm+Voss Repair (Bild 1)

70 

Innovative Technologien zur Entlackung und Farbbeschichtung von Schiffen im Dock 

1 Problemstellung 

Auf Schiffsreparaturwerften sind die Entlackung 

und die Farbbeschichtung der 

Schiffsaußenhaut äußerst arbeitsintensive 

und umweltsensitive Prozesse, die in den 

meisten Fällen in kurzen, vom Reeder vorgegebenen 

Dockzeiten durchgeführt werden. 

Der vor der Farbbeschichtung zu erfolgende 

Arbeitsgang hinsichtlich der Schiffsoberflächenbehandlung 

kann dabei unterschiedliche 

Zielstellungen beinhalten: 

● Reinigung des Unterwasserschiffes von 

Bewuchs (Bild 2) 

● Abtrag der obersten Farbschichten 

● Entfernung der gesamten alten Farbbeschichtung 

und des Rostes 

Die technologiebestimmenden Basisdaten 

lassen sich wie folgt quantifizieren: 

● Anzahl der Schiffsdockungen 

ca. 70 p.a. 

● Zu bearbeitende Schiffsflächen 

ca. 1.000.000 m2 p.a. 

● Einzusetzendes Farbvolumen 

ca. 500.000 l p.a. 

Neben der großflächigen Außenhautbearbeitung 

können auch spezielle punktuelle 

Oberflächenbehandlungen erforderlich 

sein. Der Prozess der Schiffsreinigung bzw. 

Entlackung erzeugt Reststoffe, die mit dem 

verwendeten Strahlgut vermischt und je 

nach Intensität des Abtrages mehr oder 

weniger stark mit Schadstoffen kontaminiert 

sind. Die diesbezügliche Problemzone 

des Schiffes ist der Unterwasserbereich, in 

dem mit Bioziden (Kupfer, Zink, Organozinnverbindungen) 

angereicherte Schiffsfarben 

eingesetzt werden, die den Antifoulingeffekt 

bewirken. Die derzeit vorherr- 

forum 


schende Technologie zur Schiffsentlackung 

ist das Gritblasting, bei dem feinkörnige 

Schlacke (meistens Kupfer) in einem 

Druckluftstrahl für den Abtrag der Farbschichten 

sorgt. Für einen großflächigen 

Einsatz dieses Verfahrens am Schiff werden 

erhebliche Mengen an Strahlgut benötigt. 

Entsprechende Strahlmittelrückstände 

müssen entsorgt und als Sondermüll deponiert 

werden. 

Die sich an die Vorbehandlung der 

Schiffsaußenhaut anschließende Farbbeschichtung 

ist aus gleicher Ursache 

umweltbeeinflussend, wenn Antifoulingfarben 

appliziert werden. Die Schadstoffemission 

erfolgt hier in erster Linie durch den 

Overspray, der unter Freiluftbedingungen 

und bei mitunter widrigen Witterungsverhältnissen 

zu beträchtlichen Farbverlusten 

führen kann. Nach dem bisherigen Stand 

der Technik wird zur Farbbeschichtung im 

Dock das Airless-Spritzverfahren unter 

Benutzung manuell geführter Spritzlanzen 

und -pistolen eingesetzt. Der hierbei auftretende 

Oversprayanteil wird durch Wind und 

Waschgerät zur Reinigung des Unterwasserschiffes (Bild 2) 

thermische Einflüsse, die Geometrie der 

Beschichtungsflächen sowie durch die 

Qualifikation und die physische Verfassung 

des Personals stark beeinflusst. Er stellt bei 

dieser Technologie einen nicht vermeidbaren 

erhöhten Verbrauch an Materialressourcen 

dar. 

Die Blohm+Voss Repair GmbH unternimmt 

seit vielen Jahren erhebliche 

Anstrengungen, diese unter ökonomischen 

und ökologischen Aspekten unzulänglichen 

Technologien durch innovative, insbesondere 

erhöhten Effizienz- und Umweltschutzansprüchen 

gerecht werdende Verfahren 

für die Schiffsentlackung und Farbbeschichtung 

zu ersetzen. Alle diesbezüglichen 

Entwicklungen haben dabei folgende 

Anforderungen zu erfüllen: 

● Nachhaltige Reduzierung von Umweltbelastungen 

durch Emission und Reststoffanfall 

● Schonung von Materialressourcen 

● Verbesserung der Arbeitsbedingungen 

● Erhöhung der Produktivität

71 

2 Innovationsidee 

Die neuen nunmehr eingesetzten innovativen 

Technologien sind wie folgt spezifiziert: 

Waterblasting 


B + V 

2000 

Zur Reinigung und Entlackung der Schiffsaußenhaut 

findet das Waterblasting in Form 

von Hochdruckwasserstrahlen mit Drücken 

bis zu 2.500 bar und integrierter Prozessund 

Abwasserbehandlung Anwendung. 

Gegenüber dem konventionellen Gritblasting 

bietet dieses Verfahren eine Reihe wirtschaftlicher 

und ökologischer Vorteile. So 

kann die Menge anfallender und zu entsorgender 

Reststoffe durch das Waterblasting 

deutlich reduziert werden (Bild 3). 

Waterblasting setzt jedoch eine Hardwarekonfiguration 

voraus, die im Normalfall 

einen nahezu geschlossenen Wasserkreislauf 

ermöglicht. Bei der B+V Repair GmbH 

wird die Wasch- und Entlackungstechnologie 

in der aktuellen Ausbaustufe mit folgenden 

Hardware-Systemen umgesetzt: 

● Hochdruckwasser-Pumpen 

(bis zu 2.500 bar) 

● Waschanlage für die senkrechten / 

schrägen Außenhautbereiche 

(DOCKMASTER) (Bild 4) 

● Waschanlage für den Schiffsboden 

● Handwaschausrüstung 

● Dockabwasserbehandlungsanlage 

Zielsetzungen bei der Entwicklung und 

Einführung der Entlackungstechnologie 

mittels Hochdruckwasser sind: 

● Minimierung von zu entsorgenden Reststoffen 

● Vermeidung von Schadstoff- und Staubemissionen 

forum 


● Verminderung des Restsalzgehaltes der 

Oberflächen unter Einhaltung geforderter 

Oberflächengüten 

● Verbesserung der Arbeitsbedingungen 

für das Betriebspersonal und für das im 

Umfeld tätige Reparaturpersonal 

Ein wesentliches Element der Waterblasting-Technologie 

ist die Dockabwasserreinigung. 

Im Rahmen ständiger Verbesserungen 

der Technologie beginnt derzeit ein 

durch EU und Hansestadt Hamburg gefördertes 

FuE-Projekt, das die weitestgehende 

Eliminierung von Organozinnverbindungen 

(TBT) sowie von Kupfer und Zink zum Inhalt 

hat. Mit dieser Entwicklung wird das Problem 

der derzeit umweltpolitisch stark im 

Vordergrund stehenden TBT-Kontaminierung 

von Hafen- und Küstengewässern 

gelöst. 

Umweltentlastende Farbbeschichtung 

Ausgehend von den Gegebenheiten der 

bislang manuellen Farbbeschichtung mittels 

Airless-Spritztechnik sind die Vorgaben 

für eine innovative Beschichtungstechnologie 

die signifikante Verminderung des 

Anfallende Reststoffmengen bei der Reinigung und Entlackung der Schiffsaußenhaut 

(Bild 3) 

Oversprays, Schonung von Materialressourcen 

sowie die Verbesserung der 

Arbeitsbedingungen der Beschichter und 

Mitarbeiter der Werft. Diese Anforderungen 

werden erfüllt in einer automatisierten 

mobilen Beschichtungsanlage, deren 

wesentliches Element ein vierdüsiger 

Spritzkopf mit Oversprayabsaugung ist. Die 

Pilotanlage des PAINTMASTER (Bild 1) 

wurde mit Förderung aus dem EU-Umweltprogramm 

„LIFE“ realisiert. In der derzeitigen 

Ausbaustufe können die senkrechten 

Seitenwände des Rumpfes bearbeitet werden. 

Gegenüber der bisherigen Praxis der 

Farbbeschichtung ergeben sich durch die 

Einführung eines automatisierten 

Beschichtungsvorganges die folgenden 

ökologischen und ökonomischen Vorteile, 

die das erklärte Ziel dieses Entwicklungprojektes 

waren: 

● Signifikante Minderung des emittierten 

Oversprayanteiles 

● Senkung des Farbverbrauches 

● Flächenhafte Homogenisierung der Farbschichtdicke 

● Humanisierung der Arbeit

72 

3 Kundennutzen 


Erhöhung der Oberflächenqualität der 

gereinigten bzw. entlackten Schiffsaußenhaut 

Wesentliche Gütekriterien bei der Vorbereitung 

der Schiffsaußenhaut für eine Neubeschichtung 

sind die Rauigkeit und der 

der Oberfläche anhaftende Salzgehalt. Die 

Waterblasting-Technologie kann durch Einstellung 

entsprechender Drücke die vorhandene 

Oberflächenrauigkeit wieder freilegen. 

Wesentliche Vorteile weist sie jedoch 

beim Reinheitsgrad in Form des Restsalzgehaltes 

auf. 

Verbesserung der Homogenität des 

Farbauftrages 

Der bislang manuell durchgeführte Farbauftrag 

impliziert inhomogene Schichtdicken, 

da die handgeführte Spritzpistole 

auf verschiedene äußere Bedingungen 

auch unterschiedlich reagiert. Im Gegen- 

DOCKMASTER von Blohm+Voss Repair (Bild 4) 

forum 


satz dazu bewirkt die Strahlführung im 

gekapselten Beschichtungskopf des PAINT- 

MASTER eine sehr viel größere Homogenität 

und Reproduzierbarkeit der Schichtdicke. 

Im Rahmen der Produktionseinführung 

des Gerätes wird durch eine Parameteroptimierung(schichtdickenabhängiger 

Farbvolumenstrom) eine weitere Verbesserung 

angestrebt. 

Verkürzung von Dockliegezeiten 

Die neuen eingesetzten Technologien zur 

Schiffsreinigung und -entlackung sowie zur 

Farbbeschichtung sind weitgehend automatisiert. 

Diese dadurch erreichte Produktivitätssteigerung 

kommt auch dem Kunden 

zugute, indem teure Dockliegezeiten verkürzt 

werden. 

Senkung des Farbverbrauchs 

Bei der bislang praktizierten Technologie 

kann der Oversprayanteil technologiebedingt 

und infolge häufig vorliegender un- 

günstiger Witterungsbedingungen bis zu 

30 % der eingesetzten Farbmenge betragen. 

Mit der neuen automatisierten und 

oversprayminimierten Beschichtungstechnologie 

wird dieser Farbverlust auf unter 

5 % reduziert. 

4 Kosteneinsparungen 

Vermeidung großer Mengen schadstoffbelastender 

Reststoffe und Abminderung 

des Entsorgungsproblems 

Diese Art der Kosteneinsparung wird verdeutlicht 

durch eine Gegenüberstellung 

entsprechender Kennwerte für Gritblasting 

als konventionelle Technologie und Waterblasting 

als innovative neue Technologie 

(Bild 5). 

Minimierung von Schadstoff-Direkteinträgen 

als Flüssigphase in die Elbe 

Zwecks Schonung von Wasserressourcen 

und Vermeidung von Schadstoffeinträgen 

in Form einer Direkteinleitung in die Elbe 

erfolgt eine weitestgehende Kreislaufführung 

des Prozesswassers, die nur mit 

Hilfe einer eigenentwickelten Abwasserbehandlungsanlage 

möglich ist (Bilder 6 und 

7). Im Prozessführungsregime sind jedoch 

Direkteinleitungen in die Elbe infolge von 

Regen- und Infiltrationswässer unumgänglich. 

Dazu findet speziell für kritische 

Inhaltsstoffe, wie Cu, Zn und TBT, eine 

Gritblasting 

Strahlmittelrückstände, 

Farbreste 

100 % 

Waterblasting 

Farbreste 

1,5 % 

Reduzierung der Reststoffmengen durch die 

Waterblasting-Technologie (Bild 5)

73 


Flussschema der Abwasserreinigungsanlage 

(Bild 6) 

gezielte Schadstoffabtrennung statt, die 

insbesondere von hoher umweltpolitischer 

Relevanz ist. 

Minimierung der Oversprayemission bei 

der Farbbeschichtung 

Vor Einführung der oversprayminimierten 

automatisierten Farbbeschichtung erfolgte 

der Farbauftrag im Handspritzverfahren mit 

Oversprayanteilen infolge ungünstiger Witterungseinflüsse 

(Wind, Thermik) oder 

infolge Nichteinhaltung der 90°-Spritzrichtung 

zum Objekt. Durch die Neuentwicklung 

und Inbetriebnahme der automatisierten 

Farbbeschichtungsanlage kann die 

Oversprayemission auf ca. 5 % abgesenkt 

werden. 

Verringerung des Personalbedarfs durch 

konsequente Automatisierung 

Die konventionellen Technologien zur 

Oberflächenbehandlung sind neben der 

Umweltproblematik durch einen relativ 

hohen manuellen Arbeitsanteil geprägt. Da 

die neuen Technologien weitestgehend 

forum 


Dockwasserbehandlungsanlage von Blohm+Voss Repair (Bild 7) 

automatisiert betrieben werden, ist insbesondere 

bei der Farbbeschichtung der 

Schiffsaußenhaut eine Personaleinsparung 

gegeben. 

Wegfall anstrengender manueller Tätigkeiten 

unter widrigen Arbeitsbedingungen 

Der Einsatz funkferngesteuerter automatisierterOberflächenbearbeitungsmaschinen 

führt unter Berücksichtigung der Art 

der zu erledigenden Tätigkeiten zwangsläufig 

zu einer erheblichen Humanisierung der 

Arbeit (physische Beanspruchung, Staub). 

5 Unternehmenspolitische 

Nutzeffekte 

Über die in den Abschnitten 3 und 4 aufgeführten 

Aspekte des Kundennutzens 

sowie der direkten monetären Vorteile hinaus 

erfüllen die neue innovativen Technologien 

weitere für das Unternehmen äußerst 

wichtige Leistungsansprüche. Entwickelt 

wurden sie im Rahmen eines unternehmerischen 

Konzeptes als Reaktion auf die sich 

verschärfende Umweltgesetzgebung sowie 

auf Auflagen seitens der Behörden. Der 

Standort von B+V Repair befindet sich in 

unmittelbarer Nachbarschaft eines der touristischen 

Zentren Hamburgs, ist mithin 

selbst ein Objekt mit touristischer Relevanz. 

Somit steht das Unternehmen im Blickpunkt 

der Öffentlichkeit. Die eingesetzten 

Technologien vermitteln das Image eines 

innovationsfreudigen und umweltbewussten 

Unternehmens. Diese Außenwirkung 

erreicht auch die Reederschaft, die infolge 

zunehmenden Drucks der Öffentlichkeit bei 

der Auftragsvergabe vermehrt auf die Erfüllung 

von Umweltstandards auf den Werften 

achten. Die Wettbewerbssituation ist durch 

die Existenz von Billiglohnländern auch in 

Europa angespannt. Unter diesen Bedingungen 

können Wettbewerbsvorteile heutzutage 

nur mit sich abhebender Effizienz 

und Qualität erzielt werden. Die innovativen 

Technologien Waterblasting sowie automatisierte 

Farbbeschichtung erfüllen diese 

beiden Ansprüche. Sie sind somit ein wichtiger 

Beitrag zur Existenz- und Standortsicherung 

des Unternehmens.

Forum-Technische Mitteilungen - ThyssenKrupp AG

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