Autofrettage – maximaler Einspritzdruck
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Maximaler Druck für extreme Stabilität
Hoher Einspritzdruck ist bei Pkw-Motoren längst die Regel, aber auch im Anlagen- und Maschinenbau oder in hydraulischen Systemen ist extrem hoher oder pulsierender Druck häufig unverzichtbar. Dabei immer im Zentrum: die betroffenen Leitungen. Sie müssen der Belastung lange Zeit standhalten. Eine hervorragende Möglichkeit, die Rohrleitungen extrem fest und stabil zu produzieren, ist die sogenannte Autofrettage.
Während des Härteprozesses wird das fertige Rohr einem Innendruck ausgesetzt, der über dem später benötigten maximalen Betriebsdruck liegt. Der Ablauf des Verfahrens ist schnell erklärt: Zuerst wird in das Rohr eine Flüssigkeit eingefüllt. Dann werden die Rohrenden fest verschlossen. Anschließend erhöhen Pumpen den Druck im Inneren des Rohrs für kurze Zeit auf bis zu 9.500 bar. Dabei verändert sich die Mikrostruktur der Innenwand.
Wie genau funktioniert der Autofrettage-Effekt?
Der Autofrettage-Effekt entsteht, weil der Rohrwerkstoff unter Extremdruck in besonderer Weise reagiert:
- Die innere Zone des Rohrs plastifiziert – mit anderen Worten: Der Werkstoff verformt sich und nimmt auch nach der Krafteinwirkung nicht mehr seine ursprüngliche Form an.
- Die äußere Zone des Rohrs wird hingegen nur elastisch verformt. – Mit anderen Worten: Die äußere Zone könnte nach der Krafteinwirkung eigentlich (!) ihre ursprüngliche Form wieder annehmen.
- In der Folge treten gegenläufige Zugspannungen zwischen innerer und äußerer Zone auf: Die äußere und eigentlich elastische Zone kann die ursprüngliche Form nicht mehr einnehmen, weil sie von der plastifizierten inneren Zone daran gehindert wird. Gleichzeitig wird die innere Zone von der äußeren unter Spannung und Druck gesetzt.
- Diese Zugspannungen sorgen unter anderem dafür, dass die unter normalem Betriebsdruck auftretenden Spannungen an der innersten Schicht des Rohrs kompensiert werden können.
Welche Vorteile hat das Verfahren?
Nach der Autofrettage sind Rohre deutlich widerstandsfähiger. Entweder verlängert sich ihre Betriebsdauer oder sie können mit höheren Innendrücken eingesetzt werden – und das ohne Änderungen an der Konstruktion oder neuen Werkstoffen. Das Verfahren ist sehr flexibel und kann auch in bestehende Produktionssysteme integriert werden.
Lesen Sie hier einen Fachartikel zur Autofrettage für hochdruckfeste Leitungen.
