Flansche und Ermüdungstests

Ramiz Selimbasic fragt, was nicht geschweißte Flanschverbindungen mit der Flugsicherheit zu tun haben.

Die Statistik ist eindeutig: Flugzeuge gehören auch heute noch zu den sichersten Fortbewegungsarten überhaupt. Aus diesem Grund arbeiten Flugzeughersteller intensiv daran, die Sicherheitsstandards während des gesamten Flugprozesses aufrechtzuerhalten. Um die Flügel eines Flugzeugs zu testen und riesige Prüfstände aufzubauen, spielen die Hochleistungsflansche (HPF) und F37-Flanschsysteme von Parker eine Schlüsselrolle.

Für den Flugzeugbau ist es wichtig, strenge Vorschriften und Zertifizierungen einzuhalten, um die Sicherheit des Flugzeugs zu gewährleisten. Eine der herausragendsten Komponenten eines Flugzeugs sind die Flügel. Diese haben eine Breite von bis zu 36 m und müssen enormen Kräften beim Rollen, Start, Flug und Landen standhalten.

Aus diesem Grund werden bei einem der weltweit größten Flugzeughersteller mit Sitz in Großbritannien Ermüdungstests an den Flugzeugflügeln verschiedener Flugzeugtypen durchgeführt. Im Rahmen der umfangreichen Tests werden die Flugzeugflügel auf einem hydraulisch betriebenen Prüfstand montiert, um die im Betrieb auf die Flügel wirkenden Kräfte zu simulieren. Die Tests werden dann kontinuierlich über mehrere Wochen oder sogar Monate hinweg durchgeführt.

Zur Kapazitätserhöhung wurde 2018 eine neue schlüsselfertige Anlage mit einer Größe von ca. 10.000 m² und insgesamt vier Testbereichen eröffnet. Der Bau des Hydrauliksystems zur Stromversorgung der Prüfstände wurde von der Fluid Power Group durchgeführt, die auf die Konstruktion, Herstellung, Installation und Wartung von Hydraulik-, Druckluft-, Kraftstoff- und Schmiersystemen spezialisiert ist. Das Unternehmen verfügt über interne Konstruktions- und Baukapazitäten, kombiniert mit Installation, Wartung und Support vor Ort für spezialisierte Industrie- und Mobilhydraulik-OEMs und darüber hinaus für ein breites Spektrum industrieller Endbenutzer.

Das Team war für die Konstruktion, Herstellung, Montage und Inbetriebnahme der Hydrauliksysteme vor Ort bei diesem Projekt verantwortlich, das einige besondere Herausforderungen und einen engen Zeitplan mit sich brachte. Das Ziel bestand darin, ein schlüsselfertiges Hydrauliksystem zu liefern, das mehrere Jahrzehnte lang zuverlässig funktionieren würde. Das über zwei Anlagenräume verteilte 2,4-MW-Aggregat musste in der Lage sein, die Durchflussrate von 4.200 Litern pro Minute bei 300 bar über vier Ringleitungen mit Rohren von 3 Zoll bis 10 Zoll Außendurchmesser und einer Gesamtlänge von 1,9 km intelligent zu verteilen von Rohrleitungen mit großem Durchmesser. Rohrleitungen mussten Druckspitzen während des Betriebs ohne Leckagen standhalten, um die Testzyklen nicht zu unterbrechen, und stellten daher eine der größten Herausforderungen dar.

Das Projektteam der Fluidpower Group konzentrierte sich bei der Auswahl der Unternehmen, mit denen es bei der Komponentenlieferung zusammenarbeiten wollte, auf Zuverlässigkeit und Innovation. Durch die Medien erfuhr das Team vom Parker F37 Parflange, dem HPF und dem Complete Piping Solutions (CPS) Center. Anschließend lernte das Team bei einem mehrtägigen Besuch des Parker CPS in Augustdorf, Deutschland, die technischen Details beider Flanschsysteme ausführlich kennen und verließ das Unternehmen mit der Gewissheit, dass die Parker-Lösung und das Team des CPS die richtige Wahl sein würden und Partner für dieses Projekt.

Die Entscheidung für die beiden Parker-Flanschsysteme bot erhebliche Vorteile gegenüber dem klassischen Schweißen von Hydraulikrohren. Dazu gehörte eine Zeitersparnis gegenüber dem herkömmlichen Schweißen, da dickwandige Rohrverbindungen mehrere Schichten erfordern und von qualifizierten Schweißern hergestellt werden müssen. Alle Schweißnähte müssen einer Röntgenprüfung unterzogen werden und die Rohrsysteme müssen aufgrund der hohen Verschmutzung durch den Schweißprozess durchgespült werden. Im Rahmen des Projekts zum Aufbau des Prüfstandes für Flugzeugflügel konnte der Installationsprozess mit dem Parker-System aufgrund der von Anfang an hohen Qualität und Sauberkeit der Komponenten von Tagen auf Stunden reduziert werden. Das HPF- und F37-System war außerdem umweltfreundlicher, da der Bördelprozess keine schädlichen Gase verursacht und die Brandgefahr eliminiert. Dadurch verringerte sich auch der Bedarf an Genehmigungen für Heißarbeiten.

In den kommenden Wochen fanden zahlreiche Projektbesprechungen statt, bei denen Parker die Idee aufgreifen konnte, eine maßgeschneiderte Lösung und einen Entwurf für die gesamte Rohrleitungsinfrastruktur für die Fluidpower Group zu entwickeln. Nach einigen Test- und Reengineering-Zyklen wurden die gebrauchsfertigen Produkte geliefert. Die Fluidpower Group war dann in der Lage, die gesamte Rohrleitungsinfrastruktur selbst zu installieren.

Die Fluidpower Group schloss das Projekt vorzeitig und ohne Probleme ab und konnte die Kundenspezifikationen erfüllen. Heute dienen die neu gebauten Prüfstände dazu, die Belastungen und Kräfte zu simulieren, die über mehrere Millionen Zyklen auf die Tragflächen einwirken, zusammen mit den anderen Flugzeugkomponenten, die strengen Tests unterliegen. Insgesamt laufen täglich mehr als 2.500 HPF- und F37-Flansche zuverlässig in der Anlage.

Über die bloße Auswahl ihrer Produkte hinaus hat die Fluidpower Group eine intensive Zusammenarbeit mit dem Parker CPS-Team gestartet und ist offizieller Rohrleitungspartner geworden. In dieser Partnerschaft haben sich die Ingenieure von Parker als innovative Designer erwiesen und können ihre langjährigen Erfahrungen aus anderen Projekten zum Nutzen der Fluidpower Group weitergeben.

Darüber hinaus entschied sich das Unternehmen, Rohr- und Flanschkomponenten für andere Projekte im Complete Piping Solution Center in Augustdorf produzieren und vor Ort liefern zu lassen. Die Fluidpower Group kaufte außerdem HPF- und Parflange F37-Maschinen für die Rohrbearbeitung. Hierfür bot Parker umfangreiche Schulungen an, darunter auch die Bedienung der Maschinen und zeigte Rohrherstellungs- und Montagetechniken, die eine endgültige Rohrfertigung und sichere Montage vor Ort ermöglichten.

Parker und die Fluidpower Group bauen ihre Beziehung weiter aus und arbeiten zum Nutzen des Endkunden eng zusammen, mit einem Ziel: der Aufbau einer Win-Win-Zusammenarbeit für alle Beteiligten.

Der HPF wurde als abreißsicheres System konzipiert, das Arbeitsdrücken bis 500 bar für Rohrdurchmesser von 25 bis 150 mm und Wandstärken bis 20 mm standhält. Es ist auch für Flanschlochmuster gemäß ISO 6162-1 (SAE J518, Code 61), ISO 6162-2 (SAE J518, Code 62) und ISO 6164 ausgelegt.

Das HPF-Design basiert auf Vorlagen aus der Natur. Die Bördelung des Rohres erinnert an die Basis eines Astes, wo dieser auf den Stamm eines Baumes trifft: Eine hydraulische Axialpresse wird verwendet, um die aufgeweitete Basis des Rohres zu erzeugen. Der geformte Bereich des Rohres erzeugt eine Parabel, die von 10° bis 37° verläuft. Der flache Beginn der Formfläche schafft einen zusätzlichen Schutz gegen starke Anlagenschwingungen.

Das Parflange F37-System verfügt über einen ähnlich vergrößerten Bereich im Rohr. Nachdem ein F37-Flansch auf ein nahtloses Rohr gezogen wurde, wird das zu verbindende Rohrende mithilfe eines speziellen orbitalen Bördelverfahrens aufgeweitet, bei dem die Oberfläche des Rohrendes durch Rollenrändeln komprimiert wird. Dadurch erhält das Rohrende eine trichterartige Form mit einem Winkel von 37°, was seinen Namen erklärt.

Anschließend wird in das aufgeweitete Ende des Rohres ein Einsatz aus Stahl oder Edelstahl eingesetzt, dessen Geometrie an das trichterförmige Ende des Rohres selbst angepasst ist. Dieser Einsatz verfügt auf der trichterförmigen Seite über einen O-Ring, der gegen die Rohrwand abdichtet. An der Vorderseite des Einsatzes befindet sich außerdem eine Nut, in die eine F37-Dichtungsprofildichtung aus einem Material wie Polyurethan eingelegt wird. Alternativ kann der Einsatz mit einer flachen Front oder einer Stahl- oder Edelstahl-Verbunddichtung mit einer NBR- oder FKM-Elastomer-Dichtlippe ausgeführt werden. Für Rohr-zu-Rohr-Verbindungen gibt es eine spezielle Einsatzform mit trichterförmigen Konturen und beidseitiger O-Ring-Dichtung.

Das System Parflange F37 ist für Druckstufen bis 420 bar zugelassen. Es können Rohre mit einem Außendurchmesser von 16 bis 273 mm (Flanschgröße 1/2 bis 10 Zoll) verbunden werden.

Ramiz Selimbasic ist dabeiParker Hannifin HPCE