Testen und Qualität 1/2011. Fortschrittliche Messtechnik Entwicklung von Kunststoffprodukten

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1 1/2011 Geprüfte Qualität Innovation durch Testen Fortschrittliche Messtechnik Entwicklung von Kunststoffprodukten Schutz vor Ausfall Überwachungsmethoden für Motoren und Generatoren Testen und Qualität

2 EDITORIAL Sulzer heute 1834 legten die Gebrüder Sulzer in Winterthur, Schweiz, den Grundstein zum Sulzer-Konzern, welcher heute global an über 160 Standorten im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Oberflächentechnik tätig ist. Die Divisionen nehmen weltweit Spitzen - positionen in ihren Märkten ein. Dazu gehören die Branchen Öl und Gas, Kohlen wasserstoff ver arbeitende Industrie, Energie erzeugung, Papier und Zellstoff, Luftfahrt und Automobilindustrie. Im Konzern erarbeiten über engagierte Mitarbeitende innovative technische Lösungen. Diese Produkte und Dienstleistungen ermöglichen Sulzer-Kunden, ihre Wettbewerbs - position nachhaltig zu stärken. Testverfahren für die Entwicklung von Produkten höchster Qualität Sehr geehrte Technikinteressierte, Kunden und Partner Kontinuierliche Innovation und Produktverbesserungen beruhen mitunter auf durchdachten Test- und Messverfahren auf dem neuesten Stand der Technik. Die Artikel der vorliegenden Sulzer Technical Review (STR) stellen unterschiedliche Test - einrichtungen, Messverfahren und spezifische Kompetenzen der Sulzer-Divisionen vor, die für die Forschung und Entwicklung, Qualitätsprüfung und Optimierung unserer Produkte entscheidend sind. Sulzer Pumps betreibt Prüfstände rund um den Globus. Erfahren Sie mehr über die weltweit größte Anlage zur Prüfung kompletter Pumpenaggregate in Leeds (GB) sowie über unsere Prüfstände und Kompetenzen in Suzhou (CN), Kotka (FIN) und Winterthur (CH). Moderne Entwicklungseinrichtungen und Produktionsstätten und global koordinierte Teams ermöglichen Sulzer Metco die Herstellung neuer anwendungsspezifischer Beschichtungsmaterialien. Erfahren Sie unter anderem mehr über unsere neue Pilotanlage in Troy (MI, USA) zur effizienten Herstellung von Versuchspulvern in Mengen von 5 bis 100 kg. Im Beitrag von Sulzer Chemtech lernen Sie die Bedeutung der modernen Analytik bei der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen kennen. Sulzer Turbo Services benutzt eine Reihe von Überwachungsmethoden zur Beurteilung des Zustands von Motoren und Generatoren während des Betriebs. Diese Messtechnik schützt den Kunden vor langen Ausfallzeiten und Produktionseinbußen. Die Kenntnisse von Sulzer Innotec in Engineering, Testen und Interpretation von Messergebnissen ermöglichten die Aufbereitung von Laufradmessungen für die Analyse und Bewertung. Erfahren Sie in den weiteren Beiträgen mehr über unsere Lösungen zur Energierückgewinnung, unsere Forschungskompetenzen und unser Leistungsangebot für Reparaturen von Motoren und Generatoren. Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre. Ton Büchner CEO Sulzer 2 Sulzer Technical Review 1/2011 Sulzer Pumps Das Angebot an Kreiselpumpen reicht von komplexen Einzelanfertigungen bis hin zu standardisierten Serien. Forschung und Entwicklung anwendungsspezifischer Materialien sowie ein zuverlässiger Service unterstützen die führende Stellung der Division. Die Kunden kommen aus den Branchen Öl und Gas, Kohlenwasserstoffverarbeitung, Papier und Zellstoff, Energieerzeugung, Wasser und Abwasser sowie aus weiteren Spezialbereichen. Sulzer Metco Thermisches Spritzen sowie das Dünnschichtverfahren in der Oberflächentechnik sind hier die Schwerpunkte. Die Division beschichtet und veredelt Oberflächen, produziert Materialien und Anlagen und entwickelt Fertigungsverfahren für Spezialkomponenten. Kunden sind die Luftfahrt- und die Automobilindustrie, die Energieerzeugung und weitere spezialisierte Industrien. Sulzer Chemtech Für Technologien in den Bereichen Trennkolonnen, Prozesstechnologie, statisches Mischen und Kartuschen ist die Division Marktführer. Mit Standorten für Verkauf, Engineering, Produktion und Service ist Sulzer Chemtech für ihre Kunden aus den Bereichen Öl und Gas, Petrochemie, Chemie und Kunststoff industrie weltweit präsent. Sulzer Turbo Services Sulzer Turbo Services ist ein führender unabhängiger Anbieter von Reparatur- und Unterhaltsservice für Turbomaschinen, Generatoren und Motoren mit ausgezeichneten Fachkenntnissen über rotierende Maschinen. Die Division fertigt und vertreibt zudem Ersatzteile für Gas- und Dampfturbinen, Kompressoren, Generatoren und Motoren. Die Kunden von Sulzer Turbo Services kommen aus den Industrien Öl und Gas, Kohlenwasserstoffverarbeitung, Energieerzeugung, Transport, Bergbau und anderen Industriebranchen. Sulzer Innotec Die Forschungs- und Entwicklungseinheit von Sulzer unterstützt die Divisionen des Konzerns sowie Industrieunternehmen weltweit in ihren Entwicklungsvorhaben mit Auftragsforschung und speziellen technischen Dienstleistungen. Sulzer Innotec verfügt über ein ausgezeichnetes Fachwissen in der Material-, Oberflächenund Strömungstechnik sowie der Mechanik. In diesen klassischen Disziplinen liegen auch die Kernkompetenzen in der Auftragsforschung.

3 INHALT Testen und Qualität 4 Nachrichten Messen, Veranstaltungen 6 Geprüfte Qualität Innovation durch Testen spezielle Prüfeinrichtungen unterstützen die Produktentwicklung 10 Der Schlüssel zu anwendungs gerechten Beschichtungsmaterialien Fortschrittliche Entwicklung, basierend auf einer «global-lokalen» Organisation 14 Filtern und Fitten Mit geeigneten Spezialverfahren Verborgenes sichtbar machen und interpretieren 17 Sulzer-Analogie Gifte prüfen 18 Entscheidend für die Produkt entstehung Messtechnik auf neuestem Stand der Technik 22 Vermeidung von langen Ausfallzeiten Zustandsabhängige Überwachung von Motoren und Generatoren Panorama 25 Sulzer-Innovation Die perfekte Lösung für korrosive Medien 26 Druck reduzieren Effizienz steigern Wenn der Druck in einem Prozess gemindert werden muss, ermöglicht die Nutzung von Pumpen als Turbinen eine erhebliche Steigerung der Gesamteffizienz 30 Charakterisierung von beliebigen Verteilungen Eine neue Methode 33 Sulzer weltweit Willkommen bei Sulzer Pumps in Suzhou 34 Interview John Allen, Dowding & Mills 35 Impressum Titelbild: Die Schwingungsantworten eines Radialverdichterlaufrads werden berührungslos mit dem Laservibrometer gemessen. Die Auswertung der Messergebnisse mittels eines bei Sulzer Innotec entwickelten Verfahrens ermöglicht die Bestimmung von Eigenfrequenzen und Eigenformen des Laufrades für die Qualitätskontrolle und für einen sicheren Betrieb. Sulzer Technical Review 1/2011 3

4 Messen, Veranstaltungen Geografische Expansion, Innovationen und gezielte Akquisitionen April 2011, Schanghai, China China International Engineering Expo & Symposium Information für Sulzer Metco: Simon Xiao Telefon April 2011, Rotorua, Neuseeland APPITA Information für Sulzer Pumps: Claudia Pröger Telefon April 2011, Palm Beach, FL, USA Spring CTOTF Information für Sulzer Turbo Services: Stephanie King Telefon April 2011, Beijing, China The 12th China International Machine Tool Show Information für Sulzer Metco: Simon Xiao Telefon Sulzer bewies 2010 die Fähigkeit, sich rasch auf geänderte Marktbedingungen einzustellen. Das Unternehmen erzielte eine starke zweistellige Rentabilität mit einer Umsatzrendite von 12,8% und einer verbesserten Rendite des Betriebsvermögens (ROCE) von 28,1%. Der Umsatz (CHF 3,2 Milliarden, 5,0%) war immer noch vom spürbaren Rückgang des Bestellungseingangs im Jahr 2009 beeinflusst. Der Nettogewinn stieg um 11% auf CHF 300,4 Millionen, was einem Gewinn je Aktie (EPS) von CHF 8,92 entspricht. Sulzer baute die globale Präsenz in den Schwellenländern durch bedeutende Investitionen und deren Inbetriebnahme weiter aus. Das Servicegeschäft wurde durch Akquisitionen deutlich gestärkt. Auf der Basis einer soliden Bilanz wird Sulzer weitere Akquisitionen prüfen. Für 2011 erwartet Sulzer einen leicht höheren Bestellungseingang und ein Umsatzwachstum auf bereinigter Basis. Das Betriebsergebnis der Divisionen dürfte leicht zunehmen April 2011, Rotterdam, Holland Ahoy Rotterdam Information für Sulzer Turbo Services: Elisabeth van den Houten Telefon Mai 2011, San Diego, CA, USA ICMCTF 2011 www2.avs.org Information für Sulzer Metco: Corinna Heinz Telefon Mai 2011, Houston, TX, USA OTC Information für Sulzer Pumps: Claudia Pröger Telefon Mai 2011, Adelaide, Australien Ozwater Information für Sulzer Pumps: Claudia Pröger Telefon Mai 2011, Houston, TX, USA GE 7FA Users Group Conference Information für Sulzer Turbo Services: Stephanie King Telefon Sulzer verstärkt Tower-Field-Service- Aktivitäten in Kanada Am 11. Februar 2011 erwarb Sulzer Chemtech das Unternehmen Black Magic Crew Ltd. in Kanada. Black Magic Crew erwirtschaftet einen jährlichen Umsatz von ca. CAD 1,5 Millionen. Alle Mitarbeiter einschließlich des ehemaligen Besitzers verbleiben im Unternehmen. Die Stärkung von Sulzer Chemtech durch das lokale Unternehmen und dessen erfahrene Mannschaft steigert die Wettbewerbsfähigkeit der Tower-Field-Service-Aktivitäten der Division in Kanada. Black Magic Crew Ltd. ist ein anerkannter Spezialist für die Installation von Kolonneneinbauten und allgemeine Wartung von Gas- und Ethanolanlagen sowie Raffinerien, vor allem in der Alberta-Region. Das Unternehmen ist als einheimische Aktiengesellschaft mit Sitz in Turner Valley, Alberta, registriert. Sulzer Chemtech, ein globaler Marktführer für Komponenten und Dienstleistungen für die Trenn-, Misch- und Kartuschentechnologie, ist in allen wichtigen Märkten in den Bereichen Vertrieb, Engineering, Produktion und Kundensupport präsent. Als bedeutender Anbieter von Komponenten für den Stoffaustausch und von Installations- und Wartungsdienstleistungen für Kolonnen ist es für Sulzer Chemtech strategisch wichtig, in allen geografischen Regionen sowohl Produkte wie auch Dienstleistungen anzubieten. 4 Sulzer Technical Review 1/

5 Messen, Veranstaltungen Shell und Sulzer erweitern strategische Allianz Shell Global Solutions International BV und Sulzer Chemtech AG haben ihre ursprünglich im Jahr 2000 geschlossene strategische Allianz erneuert und erweitert. Die neue Vereinbarung stärkt die langjährige Beziehung zwischen Shell Global Solutions und Sulzer Chemtech, einem weltweit tätigen, führenden Lieferanten von Trenn- und Mischtechnologie. Unter der früheren Vereinbarung wurde Sulzer Chemtech zum weltweiten Lizenznehmer der Hochleistungsböden und der Phasentrenntechnologie von Shell Global Solutions. Die Vereinbarung erwies sich als gegenseitig vorteilhaft. Aufgrund dieses Erfolgs waren sich die Parteien einig, die Zusammenarbeit fortzusetzen und mit Bestimmungen zu erweitern, die eine gemeinsame Ent - wicklung von neuen Stoffaustauschund Trennausrüstungen formalisieren. Sowohl Shell Global Solutions wie auch Sulzer Chemtech sind der festen Überzeugung, dass infolge dieser erweiterten Allianz eine verbesserte Nutzung der Ressourcen erreicht werden kann. Zusätzlich sollen wegweisende Produkte, die alle Aspekte von der Prozessanforderung, über Auslastung der Fertigung bis zu Marketing erfüllen, entstehen. «Durch den Zusammenschluss der gemeinsamen Entwicklung werden Shell Global Solutions und Sulzer Chemtech in der einzigartigen Position sein, Pro - dukte, die den Herausforderungen der Zukunft angepasst sind, zu entwickeln», sagte Dr. Dave Clark, General Manager, Process Licensing, Shell Global Solutions International BV. «Wir sind zufrieden, dass wir unsere erfolgreiche Zusammenarbeit mit Shell Global Solutions fortsetzen können und begeistert von den Möglichkeiten der gemeinsamen Entwicklung mit einem operativen Prozess-Lizenzgeber», sagte Philipp Süess, Senior Vice President, Mass Transfer Technology, Sulzer Chemtech Ltd Mai 2011, Rosemont, IL, USA Electric Power Information für Sulzer Turbo Services: Stephanie King Telefon Mai 2011, Amsterdam, Holland ERTC Energy Efficiency Conference Information für Sulzer Chemtech: Claudia von Scala Telefon Mai 2011, Stockholm, Schweden SPCI Information für Sulzer Pumps: Claudia Pröger Telefon Mai 2011, Bari, Italien 3rd Carbon Capture and Storage Information für Sulzer Chemtech: Loris Tonon Telefon Mai 2011, Yokohama, Japan Automotive Engineering Exposition Information für Sulzer Metco: Aiko Usami Telefon Mai 2011, São Paulo, Brasilien FEIMAFE Information für Sulzer Metco: Andre O Czerny Telefon Mai 2011, Denver, CO, USA NPRA Reliability and Maintenance Conference Information für Sulzer Chemtech: Rodney Alario Telefon Mai 2011, Schanghai, China The 6th China International Starch & Starch Derivatives Exhibition Information für Sulzer Pumps: Claudia Pröger Telefon Mai 2. Juni 2011, Abu Dhabi, UAE Global Refinery Expansion and Upgrading Information für Sulzer Chemtech: Claudia von Scala Telefon Für weitere Messen und Veranstaltungen: Sulzer Technical Review 1/2011 5

6 TESTEN UND QUALITÄT Innovation durch Testen spezielle Prüfeinrichtungen unterstützen die Produktentwicklung Geprüfte Qualität Kontinuierliche Innovation erfordert modernste Werkzeuge und Ausrüstungen. Zwar wurden in den letzten Jahren enorme Fortschritte auf dem Gebiet der numerischen Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) erzielt, entscheidend bei der Entwicklung von Pumpen für die hohen Ansprüche der Kunden und der Industrie ist jedoch die Umsetzung der Erkenntnisse aus dem Zusammenspiel von CFD-Berechnungen und realen Strömungsuntersuchungen. Daher setzt Sulzer Pumps spezielle Prüfstände sowohl für die Produktentwicklung als auch die Designvalidierung ein. Sulzer Pumps liefert Pumpen für anspruchsvolle Anwendungen und arbeitet gleichzeitig an der kontinuierlichen Verbesserung der Technologie, um auch zukünftige Anforderungen der Kunden erfüllen zu können. Dazu betreibt Sulzer rund um den Globus Prüfstände, die auf die Anforderungen bestimmter Produkte und Märkte zugeschnitten sind. Zu diesen Einrichtungen gehören die weltweit größte Anlage zur Prüfung kompletter Pumpenaggregate in Leeds (England) mit einer installierten Antriebsleistung von 30 MW und das kürzlich eröffnete größte Werk von Sulzer Pumps in Suzhou (China), das über einen Prüfstand mit acht Stationen und einer Gesamtleistung von 15 MW verfügt. Einer der Schlüssel zum Erfolg von Sulzer ist die Möglichkeit zur um - fassenden Überprüfung jeder Pumpe vor der Auslieferung zur Sicherstellung von Leistungsfähigkeit und problemloser Inbetriebnahme. Flexible Prüfanlagen Im Sulzer-Kompetenzzentrum für Prozesspumpen in Kotka (Finnland) ist der Prüfkreislauf so ausgelegt, dass eine schnelle Prüfung von Prozesspumpen aller Größen für die Zellstoff-, Papier-, Nahrungsmittel-, Metall- und Dünge - mittelindustrie sowie für Entsalzungs - anlagen möglich ist. Wegen der großen Stückzahl der zu testenden Pumpen ist eine flexible Anpassung der Anlagen erforderlich, d.h., bei mehreren Tausend gefertigten Maschinen im Jahr muss die Prüfanordnung entsprechend standardisiert sein und einen hohen Durchsatz ermöglichen. Der dazu erforderliche schnelle Auf- und Abbau wird durch 1 Das Forschungszentrum in Kotka (Finnland). 6 Sulzer Technical Review 1/

7 TESTEN UND QUALITÄT modulare Schnittstellen für die erforderlichen ein- und austrittseitigen Rohrgrößen erreicht, die in einer speziell angefertigten drehbaren Einheit angeordnet sind und in kürzester Zeit in Position gebracht werden können. In den einzelnen Werken stehen Prüf - einrichtungen für jeden Pumpentyp mit mehreren Prüfständen für verschiedene Größen zur Verfügung. Sulzer Process Pumps hat eine allgemeine Teststation für Vertikalpumpen, Prozesspumpen und mehrstufige Pumpen mit Leistungen bis 500 kw. Der neueste und größte Prüfstand dieser Geschäftseinheit ist der Prüfstand für große Prozesspumpen. In diesem Prüfstand können Messungen mit hohem Durchfluss und geringem Druck auf der Saugseite durchgeführt werden. Solche Unter suchungen mit Drücken nahe dem Dampfdruck in der Saugleitung sowie großen Fördermengen spielen eine wichtige Rolle bei der Konstruktion von Pumpen mit hoher spezifischer Drehzahl. Dieser Niederdruck- Prüfstand wird unter anderem dazu verwendet, die Pump bedingungen in großen Verdampfern zu simulieren. Energieeffizienz In der Versuchsanlage für die Produktentwicklung im Forschungszentrum von Kotka stehen ähnliche Prüfstände zur Verfügung 1. Der Pumpenkreislauf für Medien mittlerer Konsistenz mit einer Leistung von bis zu 600 kw, einer Förder menge von bis zu 1200 l/s und einem Druck von bis zu 25 bar ist für die Anforderungen der Zellstoff- und Papierindustrie ausgelegt. Als Prüf - medien werden hauptsächlich mehr - phasige Suspensionen mit Gas, meist eine Mischung aus Wasser, Zellstofffasern und Luft, eingesetzt. Um möglichst energieeffiziente Ver - suche zu gewährleisten, wird der Prüfstand für mehrstufige Pumpen in Finnland mit einem Energierückgewinnungssystem ausgerüstet 2. Dabei wird der hohe, von der Pumpe erzeugte Druck mithilfe einer Peltonturbine zurückgewonnen, die mit demselben Wellenstrang verbunden ist wie der Motor und die Pumpe. Diese Anordnung ermöglicht die Versuche an mehrstufigen Pumpen mit einer Antriebsleistung von 2,7 MW, wobei nur 1,4 MW aus dem Stromnetz beansprucht werden. Unter optimalen Bedingungen wird sogar nur ein Viertel der Pumpenergie aus dem Netz entnommen. Gleichzeitig ermöglicht die Turbine einen äußerst effizienten Druckabbau mit wesentlich geringeren Geräuschemissionen als bei Abführung (und Verlust) der Energie über Ventile. Die Hydraulikexperten in Finnland haben die Energieeffizienz einer neuen mehrstufigen Pumpe für Umkehrosmoseanlagen und des dazugehörigen Prüfstands optimiert. Der Prüfstand soll zur Validierung der hydraulischen und mechanischen Verbesserungen an den vorhandenen mehrstufigen Pumpen und für die Entwicklung neuer Pumpen - größen eingesetzt werden. Die Turbine des Energierückgewinnungssystems wird über Nadelventile mit elektrischen Antrieben geregelt, d. h., für den Bediener des Prüfkreises ergeben sich keinerlei Änderungen in der Handhabung. So kann eine Versuchsreihe für eine Pumpe mit einer benötigten Antriebs leistung von 1,4 MW mit einem Verlust von nur 400 kw durchgeführt werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Versuchsanordnung können mit dem neuen Prüfstand 8000 kwh elektrischer Energie am Tag eingespart werden. Da eine normale Versuchsreihe für eine Pumpenhydraulik etwa 20 Tage dauert, bedeutet dies eine erhebliche Kosten reduktion bei gleichzeitiger Entlastung der Umwelt. Prüfung vor der Auslieferung Versuche werden nicht nur zur Entwicklung von neuen Produkten eingesetzt, sie helfen auch dabei, die Qualität der Fabrikate sicherzu stellen. Alle Pumpen, die das Werk von Sulzer in Leeds verlassen, werden sowohl nach internationalen Standards als auch im Hinblick auf die kundenspezifischen Anforderungen umfassend überprüft. Speziell für den Upstream-Bereich der Öl- und Gasindustrie entwickelte Pumpen und Aggregate (einschließlich des später verwendeten Antriebs) werden vor ihrer Auslieferung einem Test unterzogen. Die umfangreiche Anlage verfügt über alle erforderlichen Systeme zur Prüfung von Pumpen, die von Gas - turbinen mit einer Leistung von bis zu 2 Energierückgewinnungssystem. 30 MW sowie großen Dieselmotoren und Hochspannungs-Elektromotoren angetrieben werden. Durch kürzlich vorgenommene Veränderungen am Stromnetz stehen Sulzer in Großbritannien nun 45 MW an elektrischer Leistung sowie zwei eigene drehzahlgeregelte Antriebe zur Verfügung. Der Prüfstand bietet genügend Platz für mehrere Pumpeneinheiten bestehend aus Pumpe und Antrieb und, falls nötig, den vorgesehenen Frequenzumrichtern und alle erforderlichen Hilfsausrüstungen, wie mechanische Dicht- und Schmiersysteme. Die Eignung zur schnellen Prüfung großer Stückzahlen unterstreicht die Flexibilität der Anlage und widerspiegelt die bei Sulzer Pumps verfügbare Wissens - basis. Durch die Versuche wird sichergestellt, dass alle Systeme vor der Auslieferung perfekt zusammenarbeiten und es so zu keinerlei Verzögerungen bei der Inbetrieb nahme vor Ort kommt. 3 Mit sieben Prüfkreisläufen bietet der Prüfstand in Oberwinterthur (CH) ein hohes Maß an Flexibilität. Sulzer Technical Review 1/2011 7

8 TESTEN UND QUALITÄT 4 Rapid Prototyping mit NC-Bearbeitung sichert die schnelle Fertigung von Prüfkomponenten. Prüfung zur Validierung des CFD- Designs In Oberwinterthur (Schweiz) betreibt Sulzer Pumps einen auf die Entwicklung neuer Produkte speziell zugeschnittenen Prüfstand zur Unterstützung von großen auftragsbezogenen Entwicklungsprojekten und für die Grundlagenuntersuchungen 3. Der Einsatz des Prüfstands ist Bestandteil des Entwicklungsprozesses für neue Produkte bzw. Pumpenserien sowie für große Pumpen mit speziellem Anforderungsprofil. Auf dieser Anlage wurden z.b. die CFD-Analysen und das hydraulische Design von Pumpen, die für eine neue Pipeline in Ostasien entwickelt wurden, mit Modellversuchen verifiziert. Die Hauptaufgabe des Entwicklungsprüfstands ist die Validierung sämtlicher Eigenschaften einer neu entwickelten Hydraulik, bevor diese in einem neuen 5 Probelauf einer Pumpe mit Gasturbinenantrieb bei Sulzer in Leeds (UK). Pumpendesign eingesetzt wird. Zu diesem Zweck werden Versuche an maßstab getreuen Modellpumpen durchgeführt, die mithilfe von Rapid-Proto - typing-verfahren (hauptsächlich NC- Bearbeitung) aus Aluminium gefertigt sind 4. Der Prüfstand umfasst sieben kleine bis mittelgroße Kreisläufe, die eine hohe Flexibilität hinsichtlich der zu untersuchenden Pumpenbauarten erlauben, wobei ein Kreislauf für Zweiphasengemische zur Entwicklung der Sulzer-Mehrphasenpumpen vorgesehen ist. Bei den Entwicklungsversuchen werden alle Standardeigenschaften wie Volumenstrom, Förderhöhe, Leistung, Wirkungsgrad und NPSH-Wert der Pumpen erfasst. Der NPSH-Wert (Net Positive Suction Head) oder die Haltedruckhöhe beschreibt die Differenz zwischen dem Druck einer Flüssigkeit und ihrem Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur und ist ein wichtiger Wert für das Saugverhalten von Pumpen. Darüber hinaus werden alle Informationen erfasst, die für das endgültige Design einer Pumpe oder zur Sicherstellung des gewünschten Ver - haltens unter Anlagebedingungen erforderlich sind. Dazu gehören: Interne Druckmessungen zur Identifizierung der Verluste in den verschiedenen hydraulischen Komponenten Statische und transiente Messungen radialer und axialer Kräfte Messung der Druckpulsationen am Ein- und Austritt Visualisierung von Kavitationsblasen auf der Saugseite (und bei Bedarf auf der Druckseite) der Laufradschaufeln Messung der Drücke, Schwingungen bzw. Belastungen in den rotierenden Teilen der Pumpe. Erforschung der Auswirkungen von Oberflächenrauheit Die Entwicklung von Hochleistungspumpen erfordert sowohl CFD-Berechnungen auf dem neuesten Stand der Technik als auch präzise Messungen, wozu es wiederum spezieller Werkzeuge und geschulten Personals bedarf. Um einen dauerhaften Erfolg zu sichern, hat Sulzer Pumps in beides viel investiert, wobei die Versuchsresultate seit Jahren zur Validierung von CFD-Daten eingesetzt werden. Daher kennen die Experten bei Sulzer auch die Grenzen von CFD- Verfahren bei der Auslegung von Pumpenhydrauliken. Innerhalb dieser Grenzen liefert die Verknüpfung von CFD-Ergebnissen mit geometrischen Designparametern wertvolle Unterstützung bei der Entwicklung neuer hydraulischer Konturen. Das Zusammenspiel von Messungen und CFD-Berechnungen ist erforderlich, um die Genauigkeit des Designprozesses zu verbessern. Zurzeit befassen sich die Spezialisten bei Sulzer unter anderem mit der Frage, ob sich der Einfluss der Oberflächenrauheit auf die Leistungs - fähigkeit einer Pumpe mithilfe von CFD- Berechnungen vorhersagen lässt. Um verschiedene ModelIe für Oberflächenrauheit in den CFD-Programmen kalibrieren zu können, bedarf es Messungen der Oberflächengüte von Pumpenteilen und ihrer hydraulischen Leistung sowie CFD-Berechnungen mit Modellen für die Fertigungsqualität. Am finnischen F&E-Standort startet 2011 ein umfangreiches Versuchsprogramm für neue hydraulische und mechanische Komponenten einer mehrstufigen Pumpe. Jede benetzte Oberfläche dieser Pumpe wurde mit CFD berechnet. Folglich basieren auch die zu erwartende hydraulische Leistung, die zu erwartenden Leckverluste und der Axialschub auf CFD-Berechnungen. Die Ingenieure von Sulzer erhoffen sich von diesen Experimenten genauere Erkenntnisse über die Gültigkeit des verwendeten CFD-Modells der Oberflächenrauheit. Kavitation sichtbar gemacht Bei Projekten, in denen eine hohe Saugfähigkeit gefordert ist oder aufgrund der hohen Saugenergie eine erhöhte Erosionsgefahr durch Kavitation besteht, werden Blasenbeobachtungen auf dem Prüfstand in Oberwinterthur durchgeführt, um die Kavitationsentwicklung in Abhängigkeit vom Saugdruck bzw. des NPSH zu beurteilen. Dazu werden Modellpumpen mit großen Sichtfenstern ausgestattet, die einen 360 -Blick auf den gesamten Laufradeintritt auf der Saugseite ermöglichen. Zur Fertigung der Modellpumpen nutzt Sulzer Pumps die 8 Sulzer Technical Review 1/2011

9 TESTEN UND QUALITÄT Kompetenz von Sulzer Innotec auf dem Gebiet der komplexen NC-Bearbeitung. Diese Fähigkeiten sind erforderlich, um die komplexen dreidimensionalen Formen der Gehäuse und Laufräder aus massiven Aluminiumblöcken fräsen zu können. Mithilfe des Sichtfensters auf der Saugseite kann festgestellt werden, bei welchem Saugdruck die ersten Blasen auf den Schaufeloberflächen auftreten und zwar in allen Stellungen des Laufrads im Eintrittsgehäuse. Darüber hinaus ermöglicht es die Bestimmung der Kavitationslänge bei einem bestimmten Saugdruck zur Einschätzung der damit verbundenen Erosionsgefahr. Um auch die Kavitationsentwicklung auf der Druckseite der Laufschaufeln beobachten zu können, werden ein oder zwei Schaufeln der Modelllaufräder in Acrylglas ausgeführt, da die Schaufeldruckseite beim Blick in den Laufradeintritt normalerweise nicht sichtbar ist. Die Beurteilung des Kavitationsrisikos ist besonders wichtig für große Injektionspumpen für die Öl- und Gasindustrie sowie für große Kesselspeisepumpen für Wärmekraftwerke, bei denen die Energie im Laufradeintritt und somit die Gefahr von Kavitationserosion sehr groß sein kann. Prüfung von Prototypen Kommt bei der Entwicklung neuer Sauglaufräder für derartige Anwendungen eine Modellpumpe zum Einsatz, wird diese im Prototypenmaßstab konstruiert. Dies ermöglicht die Überprüfung der später eingesetzten Laufräder, womit ein kavitationsfreier Betrieb vor Ort gewährleistet ist. Das Vorhandensein eines Fensters begrenzt den möglichen Saugdruck. Demzufolge müssen die Versuche im Vergleich zu den Betriebsbedingungen mit einer reduzierten Drehzahl durchgeführt und die Ergebnisse mit Hilfe der Ähnlichkeits gesetze auf die Anlagenverhältnisse umgerechnet werden. Der Entwicklungsprüfstand wird ferner dazu verwendet, die mechanische Leistungsfähigkeit wichtiger Pumpenelemente wie Lager oder Dichtungen zu überprüfen. So wurden z.b. spezielle Ausrüstungen zur Untersuchung verschiedener Materialkombinationen für die produktgeschmierten Wellenzwischenlager unter realen Betriebsbedingungen mit sandbeladenem Wasser entwickelt. Für zukünftige Anforderungen gerüstet Sulzer Pumps arbeitet kontinuierlich an der Entwicklung und Verbesserung der Methoden zur Analyse neuer Produkte und Maschinen. So steigt etwa der Bedarf an Unterwasserpumpen zu sam - men mit den Anforderungen, die an solche Pumpen gestellt werden. Um solche Systeme unter realistischen Be - dingungen testen zu können, investiert Sulzer in Großbritannien in den Bau eines speziellen Unterwasserprüfstands. Diese hoch moderne Ergänzung zu den eindrucksvollen Einrichtungen für Probeläufe kompletter Pumpenaggregate in Leeds 5 machen Sulzer zum führenden Unternehmen hinsichtlich der verfüg - baren Prüfeinrichtungen. Diese Anlage ermöglicht die Prüfung von Pumpenund Motoraggregaten für den Unter - wassereinsatz mit einem Gewicht von fast 100 Tonnen in Wassertiefen von bis zu 10 Metern 6. Beim Einsatz im offenen Ozean werden diese Pumpen in Wassertiefen von mehreren tausend Metern arbeiten, wo sie nicht nur hohen inneren und äußeren Drücken standhalten, sondern auch die von den Kunden erwarteten großen Druckerhöhungen liefern müssen. Die erste Pumpe, die nach der Inbetriebnahme des Prüfstands getestet werden soll, ist eine Mehrphasenpumpe mit 3 MW und 6000 U/min. Diese ist in der Lage, eine Druckerhöhung von über 100 bar zu liefern. Sie eignet sich somit hervorragend für viele derzeitige Unter - wasseranwendungen. Normalerweise setzen aktuelle Spezifikationen und Marktanforderungen die Maßstäbe für die Möglichkeiten und Fähigkeiten von neuen Prüfständen. Getreu dem Motto «Entwickeln für die Zukunft» müssen neue Prüfanlagen bei Sulzer jedoch Raum für zukünftige Erweiterungen lassen, damit eine langjährige Nutzung der Investitionen sichergestellt ist, auch wenn sich Märkte und Produkte weiterentwickeln und neuen Gegebenheiten anpassen. Diese Philo - sophie ermöglicht Sulzer Pumps, Produkte zu liefern, die gleichermaßen den heutigen wie den zukünftigen Anforderungen des Marktes und der Kunden gerecht werden. 6 Unterwasser-Prüfstand bei Sulzer in Leeds (UK). Matt Bourne Sulzer Pumps (UK) Ltd. Manor Mill Lane Leeds, LS11 8BR England Telefon Matti Koivikko Sulzer Pumps Finland Oy P.O. Box Kotka Finnland Telefon Philippe Dupont Sulzer Pumps AG Zürcherstraße Winterthur Schweiz Telefon Sulzer Technical Review 1/2011 9

10 TESTEN UND QUALITÄT Fortschrittliche Entwicklung, basierend auf einer «global-lokalen» Organisation Der Schlüssel zu anwendungs - gerechten Beschichtungsmaterialien Modernste Entwicklungseinrichtungen und Produktionsstätten und global koordinierte Teams ermöglichen Sulzer Metco die Herstellung neuer anwendungsspezifischer Beschichtungs - materialien mit sichtbaren Kundenvorteilen. Durch die Entwicklung neuer Märkte steigt der Bedarf an modernen, speziell entwickelten Beschichtungslösungen. Gleichzeitig sind auf den bestehenden Märkten niedrigere Beschichtungskosten, die Wiederverwendung von Materialien und innovatives Recycling, die Bereitstellung geeigneter Alternativen für kritische Rohstoffe und insbesondere besser berechenbare und robustere Beschichtungen gefragt. Die Realisierung von kosten- und zweckoptimierten (d.h. auf bestimmte Anwendungen und Betriebsbedingungen zugeschnittenen) Beschichtungslösungen beginnt mit der Auswahl des am besten geeigneten Beschichtungsmaterials. Dies erfordert einen tiefgreifenden Ansatz, der sich unter anderem mit dem Einfluss der verwendeten Materialherstellungsprozesse und -parameter, der Wahl der Die Pilotanlage ermöglicht die Herstellung von Versuchspulvern in Mengen von 5 bis 100 kg auf effiziente Weise. 10 Sulzer Technical Review 1/

11 TESTEN UND QUALITÄT Rohstoffe und der Stoffeigenschaften wie der Roh- und Schüttdichte, der Partikelmorphologie und -struktur sowie anderer physikalischer Eigenschaften auf die Material- und Beschichtungs - eigenschaften befasst. Solche Faktoren müssen in einem viel größeren Umfang berücksichtigt werden als in der Vergangenheit, als sich Beschichtungstechniker traditionell darauf konzentrierten, einen Werkstoff ausschließlich auf der Grundlage der Zusammensetzung und Korngrößenverteilung zu wählen und die Eigenschaften der Beschichtung durch Variieren der Ausrüstung und Parameter beim Auftragen sicherzustellen 1. Ausbau der Materialforschung und -entwicklung Die Sulzer-Metco-Geschäftseinheit Materials liefert Pulver-, Draht- und spezielle Stabwerkstoffe für Beschichtungsverfahren wie thermisches Spritzen, Laserstrahlbeschichten (Laser Cladding) und Plasma-Auftragsschweißen (PTA) sowie für Hartlöt-, Diffusionsbeschichtungs-, Spezialschweiß- und elektronische Füllstoffanwendungen. Das Produktangebot reicht von verschiedenen Arten von Keramik-Oxiden, Karbiden, Cermets, Metallen und Metalllegierungen einschließlich Superlegierungen, MCrAlYs und selbstfließenden Werkstoffen bis hin zu verschiedenen Mischungen und umhüllten Verbundstoffen aus diesen Materialien. 1 Einfluss des Herstellungsprozesses von Al2O313TiO2-Pulvern auf den Auftrags- Wirkungsgrad beim Beschichten mit einem Brenner vom Typ Sulzer Metco TriplexPro- 200 (ähnliche Mikrostruktur). Auftragseffizienz (%) µm Metco 6221 Agglomeriert & gesintert Metco 130 Mechanisch umhüllt Amdry 6228 Geschmolzen & gebrochen/mischung Das Ziel von Sulzer Metco ist es nicht nur, diesen speziellen Markt mit einer schlanken Massenproduktion und modernsten Qualitätssystemen weiterhin anzuführen, sondern auch die Forderung nach schnelleren, effizienteren und wirkungs volleren Innovationen mithilfe einer modernen Produktentwicklung zu erfüllen. Dazu gehört die schnelle Verfüg barkeit von Versuchspulvern zu Probe zwecken, die Sicherstellung einer effizienten Übertragung von Prototypen in den Produktionsmaßstab sowie eine hohe Reaktionsbereitschaft gegenüber Kundenanforderungen mit dem Wissen, wie Beschichtungsmaterialien für be - stimmte Leistungs- und Anwendungs - anforderungen zugeschnitten werden können. Dies erfordert eine spezielle Infrastruktur, die die rasche Herstellung kleiner Mengen ermöglicht und gleichzeitig die Flexibilität bietet, Materialverarbeitungsparameter, Herstellungstechnologien und gewählte Rohstoffe zu variieren und in kurzer Zeit die Leistungsfähigkeit und die Eigenschaften der resultierenden Materialen und Beschichtungen zu testen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Sulzer Metco den Bereich der Materialforschung und -entwicklung in den vergangen Jahren weiter gestärkt und ausgebaut. Pulverentwicklungs- und Versuchslabors An jedem der vier Werkstoffproduk - tionsstandorte wurden F&E-Labore für die Pulverentwicklung eingerichtet, die mit den neuesten Verarbeitungsanlagen und modernsten Charakterisierungstechnologien ausgestattet sind 2. Jedes Labor verfügt über spezielle Kernkompetenzen, die mindestens die im jeweiligen Werk verfügbaren Herstellungs - methoden widerspiegeln. Das größte der Pulverlabors in Westbury im US-Bundesstaat New York wurde in den letzten zweieinhalb Jahren umfassend erweitert und modernisiert. Dazu wurden unter anderem neue Mahleinrichtungen wie Hochenergiekugel-, Attritions- und 2 Materialforschung und -entwicklung in Westbury, NY, USA: Neues Rasterelektronenmikroskop mit energiedispersiver Röntgen - spektroskopie. Strahlmühlen, verschiedene Kalzinierungs- und Sinterverfahren sowie Versuchsanlagen zum mechanischen Umhüllen und Windsichten von Pulvern installiert. Das Labor ist nun in der Lage, HOSP -Keramiken, agglomerierte und gesinterte Keramikwerkstoffe, mechanisch umhüllte Metall- und Keramik-Versuchspulver sowie Mischungen verschiedener Materialfamilien zu liefern. Völlig unabhängig von den eigentlichen Produktionsanlagen können Versuchschargen von bis zu mehreren Hundert Kilogramm hergestellt werden 3. Das Pulverentwicklungslabor in Troy im US-Bundesstaat Michigan ist auf die Gasverdüsung spezialisiert. Mit - hilfe einer neu installierten Versuchs- Verdüsungsanlage und den zurzeit in der Installation befindlichen Sieb-, Windsichtungs- und Mischeinrichtungen wird das Labor in der Lage sein, Versuchspulver in Mengen von 5 bis 100kg auf effiziente Weise herzustellen. Schwerpunkt des Labors in Troy ist die Evaluierung des Einflusses der Verdüsungsparameter auf die Pulvereigenschaften und -erträge, die Prü - fung verschiedener Verdüsungshilfsmittel und die Entwicklung neuer chemischer Zusammensetzungen 4. Das Pulverlabor von Sulzer Metco WOKA in Barchfeld, Deutschland, wurde 2009 in Betrieb genommen und verfügt über einen kleinen Sprühtrockner, eine Tablettierpresse, mehrere Öfen, Zerkleinerungsanlagen mit Hart- Sulzer Technical Review 1/

12 TESTEN UND QUALITÄT 3 Hochenergie-Kugelmühle im F&E-Labor in Westbury, NY, USA. metall-werkzeugen und einen Windsichter in Kombination mit einer Strahlmühle. In diesem Labor können agglomerierte und gesinterte Keramiken und Karbide sowie gesinterte und gebrochene Karbide als Versuchs - pulver hergestellt werden. Im SMCA-Pulverentwicklungslabor in Fort Saskatchewan in der kanadischen Provinz Alberta wird eine Vielzahl von Pulvern mithilfe hydrome - tallurgischer Verfahren chemisch umhüllt. Hergestellt werden geeignete Mengen zum Testen thermischer Spritzverfahren und Entwicklungs - chargen mithilfe eines Laborauto - klaven 5. Darüber hinaus verfügt das Labor über Möglichkeiten zur Klassifizierung, Trocknung und Wärme - behandlung von Pulvern in verschiedenen Atmosphären, die die Möglichkeiten der eigentlichen Produktionseinrichtungen vollständig abbilden. 4 «Ein neuer MCrAlY-Werkstoff entsteht» Pulververdüsung im F&E-Labor in Troy, MI, USA. Auf diese Weise können neue Werkstoffe unter vollständig skalierbaren Bedingungen entwickelt werden. Darüber hinaus bietet das Materialforschungs- und Entwicklungslabor die Scale-up-Entwicklung und kommerzielle Produktion hochwertiger goldbeschichteter Nickelbasis-Verbundpulver mittels eines firmeneigenen Prozesses. Diese Materialien werden hauptsächlich für elektronische und militärische Anwendungen eingesetzt. Beschichtungsforschungslabors Neben den Pulverentwicklungslabors spielen die Beschichtungsforschungs - labors eine wichtige Rolle in der Materialforschung und -entwicklung von Sulzer Metco. Hauptaufgabe dieser Labors ist es, eine schnelle erste Inhouse- Prüfung von Beschichtungen zu ermöglichen, die mit den Versuchspulvern hergestellt wurden ein wichtiger Schritt zur Erkennung vielversprechender Werkstoffkandidaten. Auf diese Weise lassen sich schnell Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Werkstoffe und den Beschichtungen erkennen. Dies wiederum ermöglicht eine Optimierung der Herstellprozesse und -parameter zur individuellen Abstimmung der Werkstoffe auf bestimmte Anwendungen und Betriebsbedingungen. Zu den verfügbaren Einrichtungen gehören Salzsprüh- und Klimakammern, Geräte zur Messung der Stromdichte für die Korrosionsprüfung, verschiedene Verschleißmessgeräte und Öfen für Temperaturwechselprüfungen. Ein «Burner rig»-prüfstand und eine Kavitations - prüf ein richtung wurden erst kürzlich installiert 6. Zusätzlich zu den jeweils vor Ort verfügbaren Einrichtungen nutzt Sulzer Metco zur abschließenden Validierung und Prüfung der Beschichtungseigenschaften ein umfassendes Partnernetzwerk von angesehenen Forschungs- und Prüfeinrichtungen mit erweiterten Möglichkeiten zur Prüfung der Beschichtungen. So steht Sulzer Metco Materials in Zusammenarbeit mit Sulzer Innotec im schweizerischen Winterthur ein hoch - moderner Prüfstand für Einlaufschichten zur Verfügung. Dieser Prüfstand stellt ein wichtiges Werkzeug für gemeinsame Entwicklungsprojekte mit OEM-Partnern aus der Luftfahrt und der Gasturbinenindustrie dar. Die Einrichtung ist die größte und modernste ihrer Art und ermöglicht Prüfungen bei Einlaufschichttemperaturen bis 1200 C mit einer Vielzahl verschiedener Schaufel- und Dichtungskonfigurationen bei verschiedenen Umfangs - geschwindigkeiten und Zustellraten. Ein kürzlich installiertes Hochgeschwindigkeits-Infrarotpyrometer liefert zusätzlich wichtige Informationen über die ent - stehende Reibungswärme zwischen Schaufel und Einlaufschicht. Die Vorteile eines «global-lokalen» Ansatzes Die Tatsache, dass sich die einzelnen Pulver entwicklungslabors an den entsprechenden Produktionsstandorten befinden, ermöglicht einen effizienten Wissensaustausch zwischen der Forschung und Entwicklung, der Produktion und dem Qualitätswesen, eine optimale Nutzung der Analysetechnik (z.b. Raster - elektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie, Spektroskopie und Teilchengrößenanalyse) sowie die Nutzung der logistischen Infrastruktur des Werks. Durch die effektive Übertragung von erfolgreich validierten Entwicklungen in die Massenproduktion kann die Markteinführungszeit minimiert werden. Darüber hinaus wird die F&E-Unterstützung für Produktionsprozesse und Produktumgebungen vor Ort ermöglicht. Die Installation und der Betrieb einer neuen Produktionslinie für gesinterte und gebrochene Karbide bei Sulzer Metco WOKA auf der Basis von Prozessen, die von der lokalen F&E-Gruppe entwickelt wurden, hat innerhalb kurzer Zeit zur Einführung einer breiten Palette von neuen, wirtschaftlicheren Produkten geführt ein überzeugender Beweis für den Erfolg dieses Konzepts. Trotzdem ist auch ein globaler Ansatz erforderlich. Ein gutes Beispiel hierfür sind agglomerierte und gesinterte LSM- (Lanthan-Strontium-Manganit) und sphärische Titanoxid-Keramikprodukte, die 12 Sulzer Technical Review 1/2011

13 TESTEN UND QUALITÄT mithilfe des Know-hows der Materialforschungs- und Entwicklungsgruppe in Westbury entwickelt wurden, aber in einer neu eingerichteten Produktions - anlage bei Sulzer Metco WOKA hergestellt werden. Ein globaler Ansatz ermöglicht nicht nur eine optimale Ressourcennutzung, einen optimalen Wissensaustausch und die optimale Nutzung von Know-how, sondern sorgt auch dafür, dass dem Kunden die bestmögliche Beschichtungslösung angeboten wird. Dies ist besonders wichtig, da viele Pulver von Sulzer Metco an mehreren Standorten mit unterschiedlichen Herstellungsprozessen produziert werden. Trotz gleicher chemischer Zusammensetzung führt jedes dieser Pulver zu unterschiedlichen Beschichtungseigenschaften. Daher ist es wichtig, dass der Herstellprozess unabhängig vom Werk oder dem Stand - ort des F&E-Labors ausschließlich nach der jeweiligen Anwendung und den Betriebsbedingungen gewählt wird. Die Balance zwischen lokalem und globalem Ansatz im Bereich der Materialforschung und -entwicklung wird von global agierenden Projekt- und Kompetenzleitern sichergestellt, die sämtliche Forschungsaktivitäten koordinieren und vorantreiben und die verschiedenen lokalen Pulver- und Beschichtungsforschungslabors für ihre Arbeit nutzen. Die Projektdurchführung erfolgt auf der Grundlage des systematischen und mehrstufigen Innovationsprozesses von Sulzer und wird durch funktionsübergreifende und multiregionale Projektteams unterstützt. Kundenvorteile Ein global koordiniertes Team, dem modernste Einrichtungen zur Verfügung stehen, kombiniert mit einer lokalen Abbildung der Produktionsmöglich - keiten und einer internen und externen Vernetzung, ermöglicht Sulzer Metco die Herstellung von Beschichtungsmaterialien mit sichtbaren Kundenvorteilen. Allein im vergangenen Jahr wurden eine Rekordzahl von Versuchspulvern für 5 Ein Versuchsautoklav ermöglicht die schnelle Veränderung von Prozessparametern und eine effiziente Materialentwicklung. 6 Temperaturwechselprüfung. Zeit (min) Kunden produziert und viele anwendungsspezifische neue Materialien entwickelt und auf den Markt gebracht. Beachtenswert hierbei ist, dass für mehrere dieser Entwicklungen keine neuen chemischen Zusammensetzungen erforderlich waren. Beispiele hierfür sind: Neue sphärische Titanoxidpulver (TiOx) mit verschiedenen x-faktoren, die Beschichtungen mit außergewöhnlich hoher Auftragseffizienz bei sehr hohen Materialfördermengen ermöglichen, was besonders bei Sputteranwendungen eine wichtige Rolle spielt. Sphärische Keramiken wie Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Titanoxid, die eine schnellere Beschichtung mit geringeren Verlusten bei gleich - zeitiger Erfüllung spezieller Porositätsanforderungen ermöglichen. Kostengünstige Karbidwerkstoffe für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, die eine hervorragende Auftragseffizienz ohne Beeinträchtigung der Verschleißfestigkeit bieten. Das Ziel von Sulzer Metco ist es, den Markt mit anwendungsspezifischen und wirtschaftlichen Beschichtungslösungen anzuführen, die die Bedürfnisse unserer Kunden erfüllen. Temperatur ( C) Montia C. Nestler Sulzer Metco (US) Inc Prospect Ave. Westbury, NY USA Telefon Sulzer Technical Review 1/

14 TESTEN UND QUALITÄT Mit geeigneten Spezialverfahren Verborgenes sichtbar machen und interpretieren Filtern und Fitten Aus den Signalen nur weniger verfügbarer Sensoren konnte Sulzer Innotec erfolgreich die wichtigsten Eigenfrequenzen und Schwingungsformen eines Pumpenlaufrades identifizieren. Die Ergebnisse decken sich weitgehend mit den von Sulzer Pumps durchgeführten FEM- Rechnungen. Es wurde gezeigt, dass die Resonanzschwingungen so gut gedämpft sind, dass sie das Laufrad in keiner Weise gefährden können. 1 Platzierung der Dehnmessstreifen und Accelerometer (Ansicht in axialer Richtung, Bildquelle: Dissertation Stefan Berten). Sulzer Innotec erhielt 2009 von der Division Sulzer Pumps den Auftrag zur Auswertung von Messdaten, die auf einem Pumpenprüfstand aufgenommen worden waren. Die untersuchte Testpumpe ist die Nachbildung der letzten Stufe einer Hochdruck-Kreiselpumpe mit drehzahlvariablem Antrieb. Die Leistungsaufnahme dieser Stufe beträgt im Auslegungspunkt 1,4 MW. Das Laufrad hat sieben Schaufeln und einen Durchmesser von 0,35 m. Durch Rotor-Stator-Interaktionen oder durch Strömungsablösungen können stationäre Teile und das Laufrad zu Schwingungen angeregt werden, die zu Ermüdungsschäden führen könnten. Aufgrund von Betriebserfahrungen entschloss sich SG6 SG7 SG5 SG4 SG8 Acc3 SG1 SG3 Acc = Beschleunigungssensor SG = Dehnmessstreifen Acc1 Acc2 SG2 Sulzer Pumps, die mechanischen und hydraulischen Schwingungen im Teillastbetrieb für diese Pumpenstufe durch Messungen an der EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) näher untersuchen zu lassen. Mithilfe zahlreicher Sensoren für Druck, Dehnung, Beschleunigung und Abstand wurden die entsprechenden Schwingungen auf ge zeich net. Sämtliche Messungen wurden vom Laboratoire de Machines Hydrauliques (LMH) an der EPFL aufgenommen und größtenteils im Rahmen einer Dissertation ausgewertet. Spezialauswertung der Laufrad- Schwingungsformen Die Aufgabe von Sulzer Innotec bestand darin, aus den Messdaten der auf dem Laufrad platzierten Dehnmessstreifen und Accelerometern die Betriebs-Schwingungsformen des Laufrads zu ermitteln, diese zu beurteilen und mit Ergebnissen von FEM-Rechnungen zu vergleichen. Trifft im Betrieb eine Anregungs - frequenz auf eine schwach gedämpfte Eigenfrequenz des Laufrads, so kann sich eine starke Resonanzschwingung ausbilden. Treten umgekehrt trotz vorhandener Anregung keine starken Resonanzschwingungen auf, kann auf genügend gedämpfte Eigenschwingungen geschlossen werden. Auszuwerten waren die Datensätze zweier Drehzahlrampen, eine davon ansteigend, die andere sinkend. Die insgesamt acht Dehnmessstreifen und drei Accelerometer waren wie in 1 gezeigt auf dem Laufrad platziert. Signalaufbereitung der Dehnmessstreifen Die aufgezeichneten Signale der Dehnmessstreifen waren erheblich verrauscht, teils durch Sensor-Rauschen, teils durch Bit-Rauschen, aber auch durch Einstreuung von Fremdsignalen. Der Vergleich aller DMS-Signale zeigte, dass diese weitgehend in Phase sind und etwa gleiche Amplituden aufweisen. Der Verdacht lag deshalb nahe, dass eine starke Fremdsignal-Einstreuung vorlag, die den Löwenanteil der Signale ausmachte. Deshalb wurde vor der Weiterver - arbeitung von jedem einzelnen DMS-Signal der Mittelwert aller Signale subtrahiert. Dadurch konnte der eingestreute Signalanteil wesentlich verringert werden. In Spektrogrammen traten nun die üblicherweise sichtbaren gefächerten Ordnungslinien als Antwort auf die von 14 Sulzer Technical Review 1/

15 TESTEN UND QUALITÄT Beschleunigung (g) Zeit (s) Auslenkung ( ) Radumfang (º) 2 Zeitsignal Accelerometer (negative Spitzen, teilweise Sättigung). 4 Auslenkung der Schwingungsform zu einem bestimmten Zeitpunkt. Rot: gemessene Werte; blau: theoretische Schwingungsform. der Pumpe verursachten Anregungen bei den Vielfachen der Laufraddrehzahl hervor. Insbesondere sind die 12., die 24. und die 36. Ordnungen deutlich vertreten, wie es bei einem mit 12 Schaufeln bestücken Diffusor zu erwarten ist. Signale der Accelerometer Trotz eines ebenfalls nicht optimalen Zeitsignals 2 mit zahlreichen unplausiblen Ausschlägen in negativer Richtung sowie Sättigung der Sensoren bei ungefähr 50g lieferten die Accelerometer im Frequenzbereich ein klareres Bild als die Dehnmessstreifen und wurden deshalb für die weiteren Untersuchungen herangezogen. Frequenz (Hz) Beispiel 1: f = 1150 Hz (2-Diameter-Mode, Anregung 23. Ord.) Beispiel 2: f = 900 Hz (0-Diameter-Mode, Anregung 21. Ord.) Resonanzen mittels Spektrogrammen auffinden Eine übliche Darstellungsform transienter Schwingungssignale ist das Spektrogramm 3. Dabei werden die Schwingungsamplituden farbcodiert über der Zeit (x-achse) und der Frequenz (y-achse) aufgetragen. Die Laufrad- Eigenfrequenzen sind im Spektrogramm eines Accelerometersignals als horizontale, leicht aufgefächerte gelb-rote Schatten ersichtlich (vgl. rote Pfeil-Markierungen). Die Frequenzbandbreite dieser Resonanzbereiche beträgt über 100 Hz, was auf eine beträchtliche Dämpfung schließen lässt. Das Fehlen scharfer horizontaler Resonanzlinien Zeit (s) 3 Spektrogramm des Accelerometersignals von ACC1 (Rampenfahrt mit sinkender Drehzahl, Eigenfrequenz-Schatten mit Pfeilen markiert, Resonanzen umkreist). 5-D 4-D 3-D 2-D 0-D 1-D zeigt, dass keine schwach gedämpften Resonanzen vorhanden sind. Wo die fächerförmig angeordneten Anregungsfrequenzen der Rotor-Stator-Interaktion auf eine Eigenfrequenz des Laufrads treffen (siehe blau umkreiste Linien), kommt es zwar zu Resonanzen, aber nur zu geringen Amplitudenüberhöhungen, weshalb kaum mit erhöhter Beanspruchung aufgrund von Resonanzen zu rechnen ist. Bestimmen der Schwingungsform Es ist bekannt, dass gewisse Erregungsordnungen der stationären Bauteile nur bestimmte Eigenformen des Laufrads anregen können (Tanaka, 1990). Nachdem die Resonanzfrequenzen des Laufrads aus dem Spektrogramm ermittelt sind, soll anhand von zwei Beispielen erläutert werden, wie gemessene Daten mit theoretisch berechneten Rotorschwingungen angepasst werden können, um die Schwingungsform des Laufrads zu bestimmen. Beispiel 1: 2-Diameter-Mode bei f = 1150 Hz und Anregung durch die 23. Ordnung: Für jene Zeitabschnitte aus dem Spektro gramm, während denen eine Resonanz von der passenden Anregung durch fahren wird, bildet man gemittelte Transfer-Funktionen. Daraus können die Amplitudenverhältnisse und Phasenunterschiede für f = 1150 Hz abgelesen werden; die Kohärenz sollte in dem betreffenden Frequenzbereich einigermaßen gut sein. Mittels Animation der ab gelesenen Amplitudenverhältnisse und Phasenlagen und Einblenden einer (von Hand gefitteten) theoretisch Sulzer Technical Review 1/

16 TESTEN UND QUALITÄT Max. Min (mm) (mm) Resultate der FEM-Rechnung für die 2D- und 3D-Eigenmoden. berechneten Laufrad-Schwingungsform konnte die im Betrieb auftretende Schwingungsform mit zwei Knotendurchmessern nachgewiesen werden. 4 zeigt die entsprechende Auslenkung der Schwingungsform zu einem be - stimmten Zeitpunkt. Beispiel 2: 0-Diameter-Mode bei f = 900 Hz und Anregung durch die 21. Ordnung: Aus der Transferfunktion für die Resonanzschwingung bei f = 900 Hz wurde ersichtlich, dass alle drei Signale in Phase sind und gleiche Amplituden aufweisen. Somit handelt es sich hier um eine Schwingung mit null Knotendurch messern. Hier erübrigt sich ein Vergleich mit der theoretischen Schwingungsform. Vergleich mit Ergebnissen der FEM- Rechnung Zum Schluss wurden die Messergebnisse mit den von Sulzer Pumps selbst durchgeführten FEM-Rechnungen verglichen 5. Als Randbedingungen wurde dabei ein von Wasser umgebener Rotor verwendet. Da die Versteifung infolge Fliehkraft hier nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Eigenfrequenz hat, wurde ein stillstehender Rotor modelliert. 6 zeigt einen Vergleich der gemessenen und der berechneten Eigenfrequenzen. 6 Vergleich der gemessenen und berechneten Eigenfrequenzen. Die Übereinstimmung der Frequenzen war gut, außer für den «Umbrella»- Mode, für den aus den Messdaten eine Frequenz von ca. 900 Hz abgelesen wurde, während die FEM-Rechnung eine Frequenz von 701 Hz ergab. Diese Abweichung könnte auf die Masse des modellierten Wellenstummels zurückzuführen sein. Es bleibt anzumerken, dass die von den zwölf Diffusorleitschaufeln verursachten und periodisch auf das Laufrad einwirkenden Kräfte für die tiefsten relevanten Ordnungen (12 und 24) im Betriebsdrehzahlbereich nur geringfügig unterhalb der Resonanzfrequenzen liegen: 12. Ordnung der max. Pumpen - drehzahl: 1135 Hz Eigenfrequenz 2D-Mode: 1150 Hz 24. Ordnung der max. Pumpen - drehzahl: 2250 Hz Eigenfrequenz 4D-Mode: 2500 Hz Räumliche Unterabtastung Mit sieben rotationssymmetrisch angeordneten Sensoren können theoretisch nur die Schwingungsformen mit null bis drei Knotendurchmessern korrekt erfasst werden. Für die übrigen Schwingungsformen (mit vier und mehr Knotendurchmessern) ergibt sich wegen der zu wenig dichten Anordnung der Sensoren Knotendurchmesser f [Hz] f [Hz] Bemerkungen Anregungsordnungen Grob abgelesen Berechnet aus FEM Im Spektrogramm sichtbar Umbrella-Mode Rocker-Mode Nicht berechnet Nicht berechnet eine räumliche Unterabtastung. Zum Bespiel können die Schwingungsformen mit 1 oder 6 Knotendurchmessern nicht unterschieden werden, da beide Schwingungsmoden an den Messpunkten identische Signale liefern. Nimmt man die Resultate der FEM- Rechnung zu Hilfe, kann trotzdem die Schwingungsform meist eindeutig zugeordnet werden, selbst mit nur drei Sensoren. Ohne die Kombination mit den FEM-Resultaten wäre für eine eindeutige Identifikation der Schwingungsform eine wesentlich dichtere Anordnung der Sensoren notwendig. Interpretation Die während des Betriebs gemessenen Schwingungen zeigen, dass das Laufrad zwar Resonanzen bei den durch die FEM-Rechnung vorausgesagten Eigenfrequenzen aufweist. Die Resonanzschwingungen sind aber so gut gedämpft und bleiben so klein, dass sie das Laufrad in keiner Weise beschädigen werden. Literatur Berten, S., Thesis EPFL No. 4642, Tanaka, H., Vibration behaviour and dynamic stress of runners of very high head reversible pump-turbines, IAHR Symposium 1990, special session, Belgrade Ulrich Moser Sulzer Markets and Technology AG Sulzer Innotec Sulzer-Allee Winterthur Schweiz Telefon Hans Rudolf Graf Sulzer Markets and Technology AG Sulzer Innotec Sulzer-Allee Winterthur Schweiz Telefon Sulzer Technical Review 1/2011

17 SULZER-ANALOGIE Gifte prüfen In der Pflanzenwelt lauern zahlreiche Gifte, die beim Konsum zu schweren Schäden oder sogar zum Tod führen. Menschen müssen immer erst probieren, um festzustellen, ob etwas giftig ist. Woher wissen eigentlich Tiere, welche Pflanzen bekömmlich sind und vor welchen sie sich hüten müssen? Smellme Dreamstime.com Schwarzer Brüllaffe: Verzehrt unbekanntes Pflanzenmaterial vorerst nur in kleinen Mengen, um eine allfällige Vergiftung zu vermeiden. Strukturformel des Alkaloids Morphin, das Friedrich Wilhelm Sertürner 1806 in Reinform aus Schlafmohn extrahierte. Der Kampf in der Natur ums Überleben spielt sich keineswegs nur zwischen dem jagenden Löwen und der fliehenden Gazelle ab. Auch das scheinbar friedliche Nebeneinander von Pflanze und Tier ist ein unablässiges Wettrüsten mit dem Ziel, nicht unterzugehen, bevor die eigenen Gene einer nächsten Generation weitergereicht werden. Da Pflanzen nicht wegrennen können, müssen sie sich mit andern Mitteln gegen die Mäuler der Tiere wehren. Stacheln, Dornen und borstige Haare bieten mechanischen Schutz. Schlechter Geruch mag vom Konsum abhalten. Am wirkungsvollsten aber sind Pflanzengifte, die einen Übergriff mit körperlichen Beschwerden oder dem Tod bestrafen. Allein die Dosis macht das Gift Die Pflanzenwelt hat eine schier unglaubliche Fülle an chemischer Abwehr entwickelt. Tannine sind stark adstringierend. Sie ziehen die Zunge zusammen, trocknen Gaumen und Hals aus und stören schließlich die Verdauung. Den größten Giftschrank liefern indes die Alkaloide, die in 20% aller Blütenpflanzen zu finden sind. Wer den bitteren Geschmack nicht als Warnung ernst nimmt, muss erfahren, wie diese Nerven - gifte wirken. Vom Atropin in der Tollkirsche, vom Chinin in der Chinarinde bis zum Nikotin im Tabak und zum Koffein im Kaffee sind diese Gifte auch dem Menschen bekannt. Wie fast jedes Gift sind auch die Alkaloide in kleinen Dosen durchaus verkraftbar und können eine belebende oder berauschende Wirkung haben. Mensch und Tier haben auch gelernt, dass geringe Mengen von Alkaloiden nur den Mikroben und Insekten schaden und somit den Körper vor gewissen Infektionen und Plagegeistern schützen. Woran merkt nun das Tier, was giftig ist? Um keine Risiken einzugehen, hält sich der Panda ausschließlich an die harmlosen Bambuspflanzen, wobei er aber von dem wenig nahrhaften Gewächs Unmengen verzehren muss. Ganz anders die Ratte. Sie ist ein Allesfresser und hat sich dank ihrer Flexibilität die ganze Welt erobert. Da aber überall Gifte lauern, verhält sich die Ratte Neuem gegenüber äußerst misstrauisch. Trifft sie auf unvertrautes Futter, frisst sie erst eine Miniportion. Nur wenn sie keine Beschwerden bekommt, konsumiert sie die Neuentdeckung in größeren Mengen. Und wenn die Ratte merkt, dass ein für sie neues Futter von anderen Ratten ohne Nachteile konsumiert wird, macht sie sich ebenfalls über das Angebot her. Giftkurs für Rattenembryonen Der Giftkurs beginnt bei den Ratten schon in der Gebärmutter, indem bereits der Embryo Aversionen gegen schädliche Gerüche und Vorlieben für sichere Geschmacksnoten entwickelt. Bei den Säugetieren lernen die Jungen mit der Muttermilch, wie gute Nahrung riecht und schmeckt. Und wenn der Kleine seiner Mama das Futter aus dem Maul holt, ist dies nicht nur Bequemlichkeit, sondern lebenswichtige Qualitätsschule. Wer wie die Brüllaffen im Uferwald von Costa Rica von vorwiegend giftigem Blattzeug umgeben ist, muss sich eine besonders subtile Fressstrategie einfallen lassen. Je häufiger eine Baumart, desto eher wird sie von den Affen gemieden, denn üppig gedeihen kann nur, was für Pflanzenfresser unbekömmlich ist. Wird ein Baum als akzeptabel beurteilt, suchen sich die Tiere die jungen und kleinen Blätter sollte das Gewächs trotzdem Giftstoffe produzieren, wären diese im frischen Pflanzenmaterial erst in kleinen Mengen enthalten. Und indem die Brüllaffen vom Blatt nur den Stiel fressen, halten sie sich an die Pflanzenteile mit dem geringsten Gift - gehalt. Herbert Cerutti 4331 Sulzer Technical Review 1/

18 TESTEN UND QUALITÄT Messtechnik auf neuestem Stand der Technik Entscheidend für die Produktentstehung Der Produktentstehungsprozess der Sulzer Mixpac AG eine Geschäftseinheit der Division Sulzer Chemtech hat Parallelen zum Wettkampfvorbereitungsprozess eines Spitzensportlers. In einem definierten Prozess werden die Eigenschaften von neuen Produkten aus Kunststoff mit neuester Analytik verifiziert. Zuerst legt der Sportler den Prozess fest: wo, bis wann, aber auch wozu. Wenn die Rahmen parameter erreichbar scheinen, beginnt der Spitzensportler mit dem Trainingsplan. Ein aussichtsreicher Trainings plan beginnt mit kleinen Trainings einheiten und steigert sich in Etappen. Wenn das Ziel ein Marathonlauf ist, misst der Spitzensportler zuerst bei kurzen Strecken beim Training die Zeit und den Puls und steigert sich sukzessive. Somit kommt der Sportler vom Soll auf dem Trainingsplan zum Ist in der Trainingsrealität. Von der Produktidee über die ersten Prototypen zum Werkzeugbau 1 und anschließender Spritzgussproduktion 2 1 Die Herstellung von Werkzeugen für die Spritzgussproduktion erfordert hohe Präzision. 18 Sulzer Technical Review 1/

19 TESTEN UND QUALITÄT muss ein Produktentstehungsprozess einige Etappen zurückzulegen. Als letzter Meilenstein vor dem ersten «Marathon» steht in der Produktent - stehung die sogenannte Serienfreigabe. Dieses Beispiel soll veranschaulichen, dass die Prozessplanung (Trainingsplan), die Festlegung der Prozessschritte (das Training), aber auch die Messung (Soll/Ist) entscheidend für den Erfolg der Produktentstehung sind 3. Prozesse und deren gewünschte Resultate sind zunächst zu definieren, bevor sie gemessen werden können. Als Selbstverständnis bei Sulzer Mixpac gilt: «Wenn etwas verbessert werden soll, muss man es erst einmal messen.» Sulzer Mixpac ist ein «Spitzensportler» in der Kunststoffbranche. Dort wiederum richtet sich das Unternehmen nicht auf alle Kunststoffe aus. Der Schwerpunkt liegt in der Welt der teilkristallinen Thermoplaste. Teilkristalline Thermoplaste werden aufgrund ihrer Eigenschaften immer häufiger eingesetzt. Zugleich verschärfen sich aber auch die Auflagen und gesetzlichen Vorschriften für die Industrien. Sowohl gesetzliche Anforderungen als auch das tägliche Streben nach optimalen Prozessen setzt eine solide, auf dem letzten Stand von Wissenschaft und Technik basierende Mess- und Analysetechnologie voraus. Diese Technologien werden genutzt für die Forschung und Entwicklung, Qualitätsprüfungen, Prozess- und Produktoptimierungen sowie für die Schadensfallanalysen. Eine große Bandbreite von physikalischen und analytischen Methoden ist notwendig, um den gesamten Produkt - enstehungsprozess messbar abzubilden. Sulzer Mixpac verfügt in den eigenen Labors sowohl über die erforderliche instrumentelle Ausrüstung als auch über jahrelange Erfahrung und das für die Polymeranalytik notwendige Knowhow. Thermische Analytik Mithilfe der thermischen Analytik können viele für den Kunststoffspritzguss wichtige Eigenschaften der Ausgangsmaterialien, aber auch der Endprodukte bestimmt werden. DSC (Differential Scanning Calorimetry): Mit der DSC-Analyse wird die nötige Wärmemenge gemessen, die bei der physikalischen Umwandlung des Kunststoffes gebraucht wird oder entsteht. Als Beispiele können die Reaktionswärme, die Zersetzungstemperaturen, aber auch die Glasübergangs- und Schmelzbereiche genannt werden. TGA (Thermogravimetrische Analyse): Durch das «kontrollierte Verdampfen» von Kunststoffen können Rückführungen auf deren Zusammensetzung und Füllstoffe analysiert werden. Hierzu werden die Materialien bis zu 1100 C erhitzt. Rheologie Die Rheologie beschreibt die Fließeigenschaften von Stoffen. In der Kunststoffindustrie ist diese Eigenschaft für die Verarbeitung der verschiedenen Kunststoffe, aber auch für die einzelnen Chargen von gleichen Kunststoffen ein sehr wichtiger Messparameter. MFR/MVR (Melt Flow Rate/Melt Volume Rate): Als Endergebnis liefert der Schmelzfließindex (MFR) das Fließverhalten des Kunststoffes bei bestimmten Temperatur- und Druckverhältnissen. Die Viskosität der Kunststoffschmelze wird bei diesem Messverfahren ermittelt. Rotationsviskometer: Die Probe wird auf eine beheizbare Platte gelegt und eine drehbare und motorisch angetriebene Platte bzw. Kegel auf die Probe gedrückt. Während des Drehvorganges wird die benötigte Reibungskraft (Drehmoment) für die Überwindung des Fließwiderstandes gemessen. Das 2 Spritzgussproduktion in Haag (CH). gemessene Ergebnis ist z.b. die Scherviskosität der Probe. Dabei gilt es deren Kennwerte bezüglich der Verarbeitbarkeit bzw. Mischgüte von Kunststoffen oder gemischten Klebstoffen zu ermitteln. Spektroskopie Mittels der Spektroskopie ist es möglich, die Struktur bzw. die Identität des Kunststoffes zu bestimmen. In der Farbanalytik ist es damit möglich, subjektive Farbwahrnehmungen in reproduzierbare Messwerte zu zerlegen. FTIR (Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer): Mit diesem Messgerät ist es möglich, sehr schnell Identifizierungen (Charakterisierungen) an organischen Werkstoffen durchzuführen. Die Probe wird in die ATR-Einheit eingespannt und somit in den Strahlengang eines lasergesteuerten Infrarotstrahls gesetzt. Die Strahlung regt durch ihre Durchdrängung die Atomgruppierungen der Schmelze an (Schwingungen). Daraus lässt sich nun das Absorptionsspektrum messen. Die Lage und Intensität dieser Spitzen sind für bestimmte Atomgruppierungen charakteristisch. Durch den Abgleich mit der in der Datenbank vorhandenen «Normspektren» können z.b. Materialcharakterisierung und Verunreinigungen an Kunststoffen rasch und einfach festgestellt werden. Spektralphotometer: Um eine Farbe genau zu bestimmen, verwendet man das Spektralphotometer. Hiermit wird das gesamte Farbspektrum von Ultraviolett bis Infrarot erfasst und anschlie- Sulzer Technical Review 1/

20 TESTEN UND QUALITÄT 3 Ingenieure von Sulzer Mixpac bei der computergestützten Produktentwicklung. ßend zerlegt. Das Ergebnis ist der Wert für die Helligkeit (L*) in Verbindung mit dem Farbton (a*b*). Es ist zusätzlich möglich, Reflektions- und Transmissionsfarbenmessungen durchzuführen. Physikalisch-chemische Analyse Durch die Anwendung physikalischchemischer Analysen ist es möglich, einen Blick in die bzw. zwischen die Molekularstruktur von Kunststoffen zu werfen. Die Verarbeitungseigenschaften oder aber auch Verarbeitungs- und Konstruktionsfehler können hier gemessen werden. Karl-Fischer-Titration (Wassergehaltsbestimmung): Bei bestimmten Kunststoffen ist die Endqualität des Pro - duktes abhängig vom Wassergehalt im Kunststoffgranulat vor dem Spritzgussprozess. Die Anwendung der Karl-Fischer-Methode erlaubt es, durch Titrationsverfahren den Wassergehalt quantitativ zu bestimmen. Ober - flächenwasser und Wasser, welches zwischen den Molekülketten ge bun - den ist, kann quantifiziert werden. Dünnschliff-Mikroskopie: Dünnschliffmikroskopie ist die «Pathologie» an Kunststoffen. Ein Bauteil wird eingebettet, gesägt und auf ca. 30 µm Dicke geschliffen (zum Vergleich: ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von ca. 50 µm). Unter dem Mikroskop können nun Spannungsrisse (mittels polarisierten Lichts) sichtbar gemacht werden. Strukturelle Fehler oder Glasfaser verteilungen und Orientierungen werden hier ebenfalls visualisiert. GC (Gas-Chromatographie): Bei der Herstellung von Polymeren (Kunststoffgranulat) können unerwünschte Bestandteile (z.b. Monomere, Weichmacher, Phtalate) im Granulat zurückbleiben. Diese können unter Umständen gesundheitsschädlich sein und müssen erkannt und ausgeschlossen werden. Mittels Gas- Chromatographie ist es möglich, einen «Fingerprint» dieser unerwünschten Substanzen zu erhalten und diese zu quantifizieren. Mechanische Analytik Eine Vielzahl von gewünschten Bauteileigenschaften kann mittels zerstörender mechanischer Bauteilprüfungen einfach geprüft werden. Zug-und-Druck Prüfung: Produkte werden an diesen Messgeräten mittels Druck bzw. Zug beaufschlagt. Die benötigte Kraft bis zum Bauteilver - sagen wird gemessen und analysiert. Aussagen bezüglich Dehnung, Bruchstellenform und Berstwerten sind wichtige Informationen für die Entwicklung (z.b. Auswahl neuer Werkstoffe), aber auch für die periodischen In-Prozessprüfungen während der Serienproduktion. Torsionsmessungen: Verdrehkräfte sind oft subjektive Wahrnehmungen. Ob ein Verschluss an einer Kartusche schwer aufsetzbar ist oder eher leicht, darf nicht von der Tagesverfassung des jeweiligen Anwenders abhängig sein. Es ist wichtig, reproduzierbare Kräfte für die Montage durch den Anwender sicherzustellen. Dazu wird mittels Torsionsmessgeräts die Produktentwicklung als auch die Serienproduktion laufend überwacht. Metrologie und Tribologie Vor dem finalen Freigabeschritt zur Serien produktion ist die dimensionelle Übereinstimmung der Kunststoffprodukte oder Werkzeuge mit der Zeichnungsvorgabe zu überprüfen. Dabei kommt es darauf an, möglichst viele Messpunkte der Geometrie erfassen und analysieren zu können. Auch in diesem Bereich sind die Anforderungen hinsichtlich dimensioneller Genauigkeit in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Die Grundlage dafür ist die Verwendung der Messgeräte in einem vollklimatisierten Messraum. CNC-3D-Koordinatenmessgeräte: Um mittels «berührender» Messung die genauesten Messergebnisse zu erzielen, setzen wir auf hochpräzises Highspeed- Scanning-Verfahren. Damit ist es möglich, über die Vielpunktmessung selbst komplexeste Produkt- bzw. Werkzeuggeometrien zu erfassen. Die Messgenauigkeit liegt hier unter 1µm. CNC-3D-Optisches Messgerät (mit Fasertastertechnologie): Bei der CNC-3D Koordinatenmesstechnik sind aufgrund der Antastkräfte die zu messenden Durchmesser bei 0,3 mm begrenzt. Alles, was kleiner als 0,3 mm ist, wird auf den Sulzer-Mixpac-CNC-3D-Optischen Messgeräten erfasst. Auch hier liegt die Messgenauigkeit im µm-bereich. Rauheits-, Welligkeits- und Profilmessung: Werkzeugoberflächen sind Entscheidend für die Oberflächengüte der daraus hergestellten Kunststoffprodukte. Es ist Sulzer Mixpac möglich, über hochgenaue Rauheitsmessungen diese Oberflächen zu messen und ggf. Korrekturen frühzeitig einzuleiten. CT-(Computer-Tomographie-)Auswertungen: Um ein vollständiges Bild der gesamten Werkstückgeometrie zu er - halten, ist es z.b. in der Schadensanalyse nötig, die Computer-Tomographie anzuwenden. Hier macht ein externer Partner von Sulzer Mixpac die Erfassung mittels CT, und im Sulzer Mixpac Labor wird die Auswertung der erfassten Daten durchgeführt. Um die Abläufe aus Sicht der «internen Kunden» einfacher zu gestalten, 20 Sulzer Technical Review 1/2011

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