Autofrettieren

Als Autofrettage (frz.: Selbstschrumpfung) bezeichnet man ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung von Rohrleitungen für den Einsatz bei hohen und pulsierenden Innendrücken. Dabei wird das Rohr bereits nach seiner Herstellung einem über dem späteren Betriebsdruck und über der Streckgrenze liegenden Innendruck ausgesetzt, so dass die Bereiche an der Innenwand plastifizieren. Nach dem Entspannen entstehen in diesem Bereich Druckeigenspannungen, die einer Rissbildung im späteren Einsatz vorbeugen und somit die Zeitfestigkeit bis hin zur Dauerfestigkeit steigern. Die Rohre können mit dieser Behandlung entweder bei einem höheren Betriebsdruck oder/und längere Zeit betrieben werden, als ohne Autofrettage-Behandlung.

Autofrettage-Effekt

Der Effekt der Autofrettage beruht auf der wechselseitigen Beziehung der plastifizierten inneren und der elastisch verformten äußeren Zone. Diese wird von der inneren plastisch verformten Zone daran gehindert, wieder ihre ursprüngliche Form einzunehmen, sie bleibt gedehnt. Dies erklärt die auftretenden Zugspannungen in der äußeren Schicht. Die innere plastisch verformte Schicht wiederum wird von der zurückfedernden äußeren Schicht zusammengedrückt oder auch -gepresst. Dies erklärt die hier auftretenden Druckspannungen. Einer der Vorteile bei späterem Betrieb mit Innendruck ist nun der, dass die durch den im Betrieb aufgebrachten Innendruck an der Randfaser (=innerste Schicht des Rohres) auftretenden Spannungspitzen durch die bereits vorhanden Druckspannungen aus der Autofrettage kompensiert werden.

Durchführung

Die Durchführung erfolgt, in dem das Rohr mit einer Flüssigkeit mit möglichst geringer Kompressibilität gefüllt und die Rohrenden dicht verschlossen werden. Meist geschieht dies mit hochfesten aufgeschraubten Kappen und speziellen Hydraulikflüssigkeiten. Wasser wird wegen Korrossionsproblemen nur vereinzelt verwendet.

Nun bringen Pumpen meist über Druckübersetzer den benötigten Druck auf. Nach kurzer Haltezeit kann wieder entlastet werden. Der Prozess stellt hohe Anforderungen an die Pumpen-, Druckübersetzer- und Messtechnik, da im Einzelfall Drücke bis 15.000 bar sicher realisiert werden müssen. Weiterhin ist eine genaue Kenntnis des plastischen Verhaltens des Rohrwerkstoffes erforderlich, um einerseits den gewünschten Effekt auszureizen, aber andererseits eine Überbeanspruchung oder gar ein Bersten der Leitung zu verhindern.

Anwendungsgebiete

Die Autofrettage wurde bereits sehr früh zur Zeitfestigkeitssteigerung von Geschützen verwendet, später u. a. von der Firma Rheinmetall für die 120-mm-Glattrohrkanone des Leopard 2-Kampfpanzers.

Weitere Anwendungsgebiete sind:

• Chemieanlagenbau
• bestimmte Gasflaschen
• Common-Rail-Einspritzung
• Verrohrung von Wasserstrahlschneidanlagen

Weblinks

• Problembeschreibung und Lösungsansatz
• Wirkungsprinzip, Vorlesungsskript (S. 57)