Das richtige Material für jede Anwendung

Bevor er vor fünf Jahren dem Unternehmen beitrat, beschränkte sich Lee Rothleutners Erfahrung mit Timken auf die Ranch in Nebraska, auf der er aufgewachsen war. Der schwarz-orangefarbene Karton mit Timken-Lagern war ein vertrauter Anblick in der Werkstatt, wenn er zusammen mit seinem Vater die Lager des Traktors austauschte.

Nach der Aufnahme seiner Arbeit in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung (F&E) Timkens änderte sich Rothleutners Perspektive ziemlich dramatisch. „Ich habe jetzt das Ausmaß der Arbeit erkannt, die Timken leistet“, sagt er. „Ich bin promovierter Metallurge und es gibt nichts Aufregenderes, als Zugang zu Labors zu haben, in denen ich fast jeden Prozess der Wärmebehandlung von Metallen durchführen kann.“

Heute als Leiter der Abteilung für Materialforschung und -entwicklung bringt er diese Einstellung auch in sein Team ein. „Ich nehme dieses riesige Buch aus meinem Regal, ASM Handbook, Band 4“, sagt er. ASM International ist die 108 Jahre alte globale Ingenieurgesellschaft, die dafür bekannt ist, Wissen über Werkstoffe und Materialien zu sammeln und zu verbreiten. Band 4 trägt den Titel „Heat Treating“ (Wärmebehandlung).

„Ich sage ihnen, ich möchte, dass wir zu jedem einzelnen Wärmebehandlungsprozess in diesem Buch Stellung nehmen“, sagt er: „Ob er bei uns funktioniert oder nicht funktioniert und warum. Wenn er funktioniert, möchte ich den Prozess und die Mittel haben, um ihn implementieren zu können.“

Die Bestandteile einer Ingredient Brand

Rothleutner wurde ursprünglich angeheuert, um die Entwicklung des nahtlosen Induktionshärtungsprozesses Timkens für ultragroßbohrige Hauptwellenlager von Windkraftanlagen voranzutreiben. Dort hatte er großen Erfolg und wurde befördert, die Materialumwandlungsgruppe zu leiten, bevor er seine derzeitige Position antrat.

Aufgrund seiner Arbeiten im Bereich Windenergie verbrachte Rothleutner viel Zeit in Rumänien, wo er mit dem Team am Ploiesti Engineering Center of Excellence zusammenarbeitete. Heute spielen er und sein Team auch eine Rolle bei den fortschrittlichen Durchhärtungsprozessen und -technologien im nahegelegenen Werk in Prahova. „Dort verwenden wir ein Verfahren mit dem Namen „Austempering“, bei dem bainitischer Stahl hergestellt wird“, sagt er.

Das Team hat außerdem in den vergangenen Jahren Fortschritte bei Beschichtungstechnologien gemacht und konnte die Kapazität im Jahr 2020 verdoppeln. „Das ist derzeit sehr gefragt, und Vikram Bedekar, unser Gruppenleiter in diesem Bereich, hat hervorragende Arbeit geleistet“, sagt Rothleutner.

Das Materialteam ist auch damit beauftragt, die Aufkohlungsprozesse zu optimieren – eine Technologie, die auf Timkens ursprüngliches Patent aus dem Jahr 1897 zurückgeht. „Wir kennen diese Technologie sehr gut und wissen daher, wo sie passt und wo andere Verfahren besser geeignet sind“, sagt Rothleutner.

Richtiger Bestandteil, richtige Anwendung

Bei von Timken entwickelten Lösungen müssen prinzipiell die richtigen Bestandteile und die richtige Rezeptur für jede Anwendung ermittelt werden. „Kunden kommen mit einer Liste von Eigenschaften zu uns, die sie realisieren möchten“, sagt Rothleutner. „Wir entwickeln dann die Chemie und die erforderlichen strukturellen Merkmale.“

Der Weg dorthin ist eine Teamarbeit, bei der die Anwendungstechniker die Führung übernehmen. F&E wird beteiligt, wenn chemische und strukturelle Lösungen benötigt werden, die über die Standard-Timken-Prozesse hinausgehen. Die Materialauswahl ist jedoch oft von den jeweiligen Anwendungsbedingungen abhängig. Anwendungen, die schwersten Stoßbelastungen und Ablagerungen ausgesetzt sind, wie z. B. Stranggießanlagen in Stahlwerken, erfordern einsatzgehärteten Stahl – den härtesten der Stähle. Bei Anwendungen mit guter Schmierung in weniger extremen Umgebungen kann bainitischer Stahl ebenso gut funktionieren.

Heute stellt beispielsweise ein Hersteller von Bergbau- und Baumaschinen Timken-Differentiallager an Radladern von einsatzgehärtetem auf durchgehärtetem Stahl um. Getriebe für landwirtschaftliche Geräte verwenden ebenfalls zunehmend durchgehärtete Lager.

„Wir nutzen unsere jahrhundertelange Erfahrung mit der Einsatzhärtung, um die Einschränkungen bei verschiedenen Verfahren zu verstehen“, sagt Rothleutner. „Wir verfügen über die entsprechenden Tests und die entsprechenden Daten, so dass wir genau wissen, wo andere Verfahren eine vergleichbare Leistung mit weniger Ressourcen liefern können.“

Bei den Hauptwellenlagern für Windkraftanlagen hätten die Aufkohlungszyklen den Herstellungsprozess um 100 Stunden oder mehr verlängert, während das nahtlose Induktionshärten in etwa zwei Stunden dasselbe bewirkt. „Sie sprechen von einer Verkürzung der Zeit für die Herstellung eines Lagers um etwa 50 %, so dass Kunden es zunehmend Teil ihrer Anforderungen machen“, sagt er.

Ich bin sehr stolz auf meine Arbeit im Bereich der erneuerbaren Energien und ich weiß, dass dies für viele Leute, die ich eingestellt habe, ein großer Treiber war. Freunde in einigen der bekanntesten Unternehmen für erneuerbare Energien der Welt sind erstaunt über die Arbeit, die wir hier mit Windkraftanlagen und diesen fast absurd großen Lagern leisten. Sie kennen die Herausforderungen dort.Lee Rothleutner
Leiter für Materialforschung und -entwicklung

Fortschrittliche Modellierung, schnellere Lösungen

Das Team untersucht auch die Möglichkeiten der additiven 3D-Metallfertigung und verwendet 3D-Drucker, um Prototypen, Demonstrationsobjekte und kundenspezifische Werkzeugkomponenten herzustellen. „3D ist ein heißes Thema in der Branche und wir prüfen, wo genau es zu uns passt“, sagt Rothleutner.

Am rentabelsten sind derzeit die Bemühungen des Teams, die Prozess- und Finite-Element-Modellierung voranzutreiben. „Das Sammeln von Daten über unsere Wärmebehandlungsprozesse hilft uns, vorausschauender zu sein – eine Lösung zu modellieren, bevor wir einen harten Prototyp erstellen, und vorherzusagen, wie sich das Produkt in Zukunft verhalten wird“, sagt er.

Dank der fortschrittlichen Modellierung kann das Team auch direkter mit Kunden kommunizieren, um Anwendungsdetails besser zu verstehen und schneller Lösungen zu finden.

Eine metallurgische Gemeinschaft

Materialforschung ist komplex – aber es ist auch sehr lohnend für eine Gruppe von Menschen, die Spaß daran haben, zu sehen was passiert, wenn man die Chemie, Struktur und Eigenschaften von Werkstoffen in einem Labor kombiniert, in dem jeden Tag ein großer metallurgischer Durchbruch stattfinden könnte.

„Derzeit arbeiten wir an der Optimierung neuer Aufkohlungs- und Plasma-Nitrierhärteverfahren sowie anderer unterhaltsamer Projekte für andere Geschäftsbereiche“, sagt Rothleutner. „Wir schauen uns Getriebe von Windkraftanlagen, bestimmte Aerospace-Legierungen und einige Offroad-Lösungen für extreme Bedingungen an.“

Die sich ständig weiterentwickelnden Arbeitsabläufe und das Gefühl, an Projekten teilzunehmen, die die Effizienz und den Fortschritt fördern, halten sie beschäftigt und sorgen dafür, dass sie jeden Tag wieder ins Labor kommen.

Timkens F&E arbeitete direkt mit Kunden zusammen, um die verschleißfesten ES302-Beschichtungen zu entwickeln. Lesen Sie, wie die Ergebnisse die Lebensdauer für Anwendungen in der Windenergie, der Landwirtschaft, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen drastisch verlängern.

Published: 2021/05/24