Stahlwolle aus rostfreiem Edelstahl als Auskleidungsmaterial für Schalldämpfer

Weniger Lärm auf deutschen Straßen

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Stahlwolle in Schalldämpfern leistet einen wesentlichen Beitrag zur Lärmminderung auf Deutschlands Straßen. Optimaler Werkstoff für diesen Zweck ist der Edelstahl Acidur 4113, der sich durch gute Zerspanbarkeit, Korrosions- und Hitzebeständigkeit bei guter Wirtschaftlichkeit auszeichnet.

Der Beitrag stammt von der Deutschen Edelstahlwerke GmbH, Hagen

Lärm ist das Umweltproblem Nummer 1. Er macht insbesondere die Menschen krank, die an vielbefahrenen Straßen wohnen. Und auf denen brummt es gewaltig: 2007 waren rund 55,5 Mio. Pkw in Deutschland gemeldet, Tendenz steigend. Das gilt damit auch für die Lärmbelastung. Entscheidend dabei ist die Menge, denn jedes neue Auto verfügt heute über moderne Schalldämpfersysteme, meist eine Kombination von Reflexions- und Absorptionsschalldämpfern. Zusammen sind sie in der Lage, die Motorgeräusche um etwa 20 bis 30 % zu reduzieren. Den Hauptanteil daran trägt der Absorptionsschalldämpfer, bei dem der Schall aus einem gelochten Abgasrohr in eine schalldämpfende Schicht gelangt. Diese besteht entweder aus Glas- oder gängiger aus Stahlwolle.
Einer der Hersteller des Vormaterials dieser Stahlwolle sind die Deutschen Edelstahlwerke. Das Unternehmen fertigt Edelstahldraht mit einem Durchmesser von 3,1 bis 3,25 mm. Bei dessen Herstellung müssen die einzelnen Prozesse optimal aufeinander abgestimmt sein, denn in diesem Abmessungsbereich gibt es bisher keine technischen Möglichkeiten, das Endprodukt einer abschließenden Fehlerprüfung zu unterziehen.
In der Automobilindustrie muss der Edelstahldraht, aus dem später die Stahlwolle geschabt wird, bestimmte Anforderungen erfüllen. Schließlich befindet sie sich innerhalb des Abgassystems in einer Umgebung, die von extremen Temperatur- und Korrosionsbeanspruchungen gekennzeichnet ist. „Wir haben speziell für diesen Verwendungszweck den Werkstoff Acidur 4113 entwickelt“, erklärt Karl-Heinz Heuser, Leiter Forschung und Entwicklung Draht bei den Deutschen Edelstahlwerken. „Es handelt sich um einen ferritischen Chromstahl mit Schwefel und Zusatz von Molybdän, der sich durch hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit, aber auch durch gute Zerspanbarkeit auszeichnet.“ Letzteres ist vor allem für die Kunden entscheidend, die den Draht auf großen Zerspanungsmaschinen zur Edelstahlwolle verarbeiten: Je besser der Draht zerspanbar ist, umso geringer sind die Restsegmente auf den Maschinen und umso höher ist deren Lebensdauer. „Natürlich eignen sich auch höher legierte Werkstoffe, aber der 1.4113 bietet das beste Preis-Leistungsverhältnis ohne qualitative Einbußen“, erläutert Heuser.
Vom Schrott zum Edelstahldraht
Bis sich die Stahlwolle jedoch im Schalldämpfer befindet, ist es ein weiter Weg. Er beginnt am Standort Siegen. Im dortigen Stahlwerk wird Schrott in einem 130-t-Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und unter Zugabe der Legierungselemente sekundärmetallurgisch behandelt. Dazu zählen Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Schwefel, Chrom, Molybdän. Beim 1.4113 ist es vor allem das richtige Verhältnis von Chrom, Schwefel, Mangan und Molybdän, das die gewünschten Werkstoffeigenschaften herbeiführt. „Fügt man der Stahlschmelze beispielsweise Schwefel zum falschen Zeitpunkt zu, können Einschlüsse entstehen, die später dazu führen, dass der Draht schneller reißt“, so Karl-Heinz Heuser.
Nach der Erschmelzung und Sekundärmetallurgie wird der flüssige Stahl in der Bogen-Strangguss-Anlage zu 138-mm-Vierkant-Knüppeln vergossen, die anschließend in Hagen im Hubherdofen erhitzt werden. Nach rund 1 h Durchlaufzeit erreichen sie die vorgegebene Walztemperatur von 1100 °C.
Das Walzen beginnt in einem reversierenden 3-Walzengerüst mit 10 Stichen. Nachdem das Material die Zwischenstraße durchläuft, wird es auf den mit 3200 kW angetriebenen 8-gerüstigen Drahtfertigblock fertig gewalzt. Hier hat der Draht einen Durchmesser von 5,5 mm.
Eine Zutat: Die Sonderwärmebehandlung
Anschließend unterziehen die Deutschen Edelstahlwerke die Walzdrahtcoils einer Sonderwärmebehandlung, denn nur durch eine ganz bestimmte Abfolge einzelner Wärmebehandlungsschritte lassen sich die gewünschten Draht-Eigenschaften einstellen. „Für unseren Verwendungszweck ist die Zähigkeit des Drahtes von besonderer Bedeutung. Um diese auch bei hoher Festigkeit zu erreichen, wenden wir eine spezielle Kombination von Erwärmen, Glühen und Abschrecken an“, erklärt Heuser die Prozesse stark vereinfacht.
Um den Draht zu entzundern, wird er nach der Wärmebehandlung gebeizt. Der Standort Hagen verfügt über eine Mischsäurebeizanlage, die mit unterschiedlich temperierten und konzentrierten Salpeter-/Flusssäuregemischen befüllt ist. Der Metallfaserdraht wird dabei in bis zu elf verschiedene Becken getaucht. Nach der Beize erhält er seinen endgültigen Durchmesser von 3,1 mm. Dazu durchläuft er eine Mehrfachziehmaschine mit bis zu 11 Ziehsteinen, wo er einen Umformgrad von rund 50 % erfährt. Klingt einfacher als es ist, denn der Vorgang erfordert höchste Aufmerksamkeit.
Das weiß auch Ernst Haiss, Geschäftsführer der Ernst Haiss GmbH. Das Haslacher Unternehmen produziert seit 1924 Stahlwolle in zahlreichen Feinheiten. Seit 1973 bezieht Haiss für die Spezialität „rostfreie Edelstahlwolle“ das Vormate- rial vom Hagener Edelstahlstandort. „Damals begann die Automobilindustrie, rostfreie Edelstahlwolle in Schalldämpfern zu verbauen. Die langjährige Erfahrung des Edelstahlproduzenten in der Metallfaserherstellung überzeugte uns“, erzählt Ernst Haiss. Auf dieses Know-how vertraut er noch heute: „Die Anforderungen der Automobilindustrie an unsere Stahlwolle sind streng: Der Draht muss einen Durchmesser zwischen 3 und 3,1 mm habe. Das erfordert höchste Aufmerksamkeit des Drahtziehers. Er muss rechtzeitig den Ziehstein wechseln, damit der Draht im Querschnitt nicht oval wird und die Durchmesser-Vorgabe an jeder Stelle eingehalten wird. Fehlstellen dürfen nicht vorkommen, denn sie führen zum frühzeitigen Brechen des Materials während der Zerspanung“, so Haiss.
Ein Fall, der mit hohem Aufwand verbunden wäre. Denn nachdem der Draht das Hagener Werk verlassen hat, wird er in den Betrieben von Haiss auf etwa 30 m lange sowie 3 m hohe und breite Maschinen zerspant. In einem Drehverfahren, bei dem sich das Material über die Spanwerkzeuge bewegt, wird er der Länge nach aufgespalten. Würde er dabei brechen, müsste der komplette Draht nach der Bruchstelle entfernt und neu aufgezogen werden. Das kostet viel Zeit und Geld. „Mit Hilfe moderner Prüfverfahren lassen sich heute lediglich Löcher von mindestens 10 Millimetern Länge erkennen. Da es für kleinere Fehlstellen noch keine technische Prüfverfahren gibt, ist es umso wichtiger, dass bei unserem Lieferanten die Prozesse von Anfang an fehlerfrei sind“, betont der Geschäftsführer.
Deutsche Edelstahlwerke; Telefon: 02302 29-2216; E-Mail: melanie.biskup@dew-stahl.com
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