Německé inovace ocelí 2012

Od roku 1989, kdy byla Stahl-Innovationspreis vyhlášena poprvé a jako trienale, se již deváté ocenění stalo významným marketingovým nástrojem se stále stoupajícím počtem uchazečů, a to jak od velkých výrobců, tak od malých a středních podniků, z akademického výzkumu i od designérů. Letos 658 proti 644 v roce 2009.

V loňském roce bylo podle údajů World Steel Association ve světě vyrobeno 1 514,7 mil. tun surové oceli, v EU 177,4 mil. tun a v Německu 44,3 mil. tun. S touto produkcí je Německo na 7. místě ve světě. Největším německým výrobcem je ThyssenKrupp Stahl s 16,4 mil. tun na 14. místě výrobců; Salzgitter s 5,2 mil. tun je na 38. místě. Česká republika je s produkcí 5,6 mil. tun na 28. místě ve světě; Slovensko se 4,2 mil. tun je na 34. místě. V měsíci předcházejícím udělení ceny, se ve světě vyrobilo 131 mil. tun surové oceli (+0,7 % 2012/2011), v Německu 3,7 mil. tun (–9,7 % 2012/2011), v ČR 0,49 mil. tun (–4,2 % 2012/2011) a na Slovensku 0,39 mil. tun (+18,4 % 2012/2011). Ve spotřebě oceli na hlavu 2011 je Německo se 480 kg na 5. místě a Česká republika na 3. místě s 596 kg.

Pro Německo je cena roku 2012 za inovace oceli významným oceněním, neboť s výrobou, vývojem a využitím oceli je zde spojena zaměstnanost 3,5 mil. osob, 300 mil. eur investic do vývoje a vznik 1 000 patentů ročně, prodeje za 1 000 mld. eur ročně a na výrobkových inovacích závislých 50 % exportu.

V nejobsazenější kategorii aplikací u výrobků z oceli byly nejvýše oceněny mobilní protipovodňové zábrany firmy Howatec z Netphenu, navržené ve spolupráci s ústavem Institut für Wasser und Umwelt z Univerzity v Siegenu. Mají snadnou a rychlou montáž jednou osobou a skládají se z podpěr a stěnových modulů. Jsou vhodné pro dveře, vjezdy a prostupy zdí. Těsné vyduté zábrany z pozinkovaného plechu jsou doporučeny pro tlak vody při výšce hladiny 70 cm, mají spodní a boční pryžové těsnění a jsou stabilní při nárazech proudu vody a neodplavitelné i při přeplavení hladinou 130 cm.

Druhou cenu získalo společné řešení a vývoj setrvačníkového kola firem Schaeffler, Herzogenaurach, a LuK, Bühl, pro snížení vibrací spalovacích motorů, vyrovnávající protipohybem závaží proti směru otáčení nežádoucí kmitání při nízkých otáčkách a nízkých stupních řazení. Dovoluje využití jízdy s nízkými otáčkami při nižší spotřebě a nižších emisích moderních motorů.

Nová konstrukce vačkové hřídele Torqueboost CamInCam firmy Mahle ze Stuttgartu byla oceněna 3. cenou. Spočívá ve snadno nastavitelném časování ventilů na vačkové hřídeli u víceventilových motorů nezávislém na otáčkách, které je konstrukčně jednoduché a umožňuje úsporu paliva u benzinových motorů až o 6 % a u dieselových až o 3 %.

V kategorii stavebních aplikací oceli získala 1. cenu originální konstrukce lávky pro pěší a cyklisty přes kanál Rýn-Herne v Oberhausenu s minimální spotřebou oceli nazvané Slinky springs to fame (Slinky podle poválečné americké hračky ze spirály) autorů Beratende Ingenieure im Bauwesen z Berlína a Studio Tobias Rehberger z Frankfurtu nad Mohanem. Řešení tvoří válcová hliníková spirála průměru 2,67 m pro délku mostovky 406 metrů se 469 závity, se zavěšenou vnitřní lávkou z barvených betonových desek tloušťky 120 mm nesenou 2 napnutými pásy z jemnozrnné oceli S690 profilu 460 x 30 mm. Šikmé tlakem namáhané podpěry mostu na březích jsou provedeny z oceli S355 a tahem namáhaná táhla kotvená do břehu z oceli S460. Lehké zábradlí je řešeno trubkami z nerezavějící oceli a výplní z nerezavějícího pletiva. Originální LED osvětlení mostu je instalováno do spirály.

Za minimální spotřebu materiálu získala 2. cenu samonosná ocelová skořepinová střecha, provedená jako prohnutá deska obdélníkového půdorysu o ploše 1 000 m² na 4 podpěrách, z 323 tenkostěnných a CNC obrobených, laserem svařených a sešroubovaných desek tloušťky 5 mm z pozinkované oceli. Stavba kryje archeologické pozůstatky vysoké pece St. Antony-Hütte v Oberhausenu, první hutě v Porúří, zapálené v roce 1758. Stavbu navrhli architekti Ahlbrecht Felix Scheidt Kasprusch, Essen, a Schülke Wiesmann Ingenieurbüro, Dortmund.

Digitální návrh a 3D tváření velkoplošných ocelových desek bylo oceněno 3. cenou za střechu kostela Martin-Luther-Kirche v rakouském Hainburgu, kterou podle návrhu Coop Himmelb(l)au zpracovala firma Ostseestaal ze Stralsundu, zkušená ve výrobě lodních monocoque. Střecha o průměru 10 m a hmotnosti 28 t byla dílensky tvářena, zpracována a svařena z 264 desek o ploše 1 m². Jako celek byla dovezena na staveniště vzdálené 1 300 km.

V kategorii výzkum a vývoj oceli byl nejvýše oceněn vývoj žáruvzdorné oceli Crofer 22H pro části palivových článků SOFC (Solid-Oxide-Fuel-Cell) pracujících při teplotě 900 °C. Ocel Crofer 22H byla vyvinuta ve výzkumném centru Forschungszentrum Jülich a je vyráběna licenčně v ThyssenKrupp VDM, Werdohl. Feritická ocel typu X1CrWNbTiLa 22 (W.-Nr. 1.4750) na bázi 22 % chromu obsahuje vedle přísad titanu a lanthanu přesné obsahy niobu, wolframu a křemíku, které za vysokých teplot tvoří intermetalické fáze přispívající k výraznému zvýšení pevnosti za tepla a pevnosti v tečení oceli. V modifikaci Crofer 22APU je určena pro konstrukci tepelně náročných dílů pomocných a startovacích proudových motorů (Auxiliary Power Unit).

Druhou cenu dostal tvářecí proces 3D profilového ohýbání s indukčním ohřevem z ústavu Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL) Technické univerzity Dortmund. Výkonné a nákladově výhodné 3D ohýbání tvarově komplexních otevřených a uzavřených tenkostěnných profilů má význam v lehkém konstruování automobilu – zvláště na bezpečnostní prvky kabiny. Proces TSS ohýbání (Torque Superposed Spatial) využívá ve volném ohýbání prostorového přesazení torzních momentů pomocí posuvu profilu mezi kyvně uloženými válci stolice.

Třetí cenu obdržela regulace laserového svařování v reálném čase, která optimalizuje laserové svařování úpravou kolísání paprsku během milisekund a výrazně ovlivňuje výkon a jakost svarového spoje včetně přesného řízení hloubky průvaru u přeplátovaných svarových spojů. Podstatně zlepšuje optiku spoje u automobilových dílů. Inovace je společným vývojem ústavů Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM), Freiburg, Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) Univerzity Stuttgart a Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik (IEE), Technické univerzity v Drážďanech.

Uznání bez ocenění získala další práce na ocelích typu Lean-Maraging-TRIP-Steel, jíž pokračuje vývoj v ústavu Max-Planck-Institut für Eisenforschung v Düsseldorfu, oceněný v roce 2009. Úsporně legované martenziticky vytvrditelné bezkobaltové oceli se sníženým obsahem niklu na 2 až 3 %, při obsahu manganu 12 %, mají ve srovnání s konvenčními typy zlepšenou kombinaci pevnosti až 1 500 MPa s 15 až 20 % tažnosti, která již dovoluje tváření za studena, především pro využití v automobilovém a leteckém průmyslu. Zpevnění je zde výsledkem vytvrzení intermetalickou Heuslerovou fází Ni2MnAl. Koncepcí legování s vypuštěním obsahu 11 % Co, snížením obsahu Ni ze 17 na 2 % a Mo ze 3 na 1 %, přísadou levnějších 9 až 15 % Mn a využitím efektu TRIP (Transformation-Induced-Plasticity) vznikla vysoce ekonomická ocel s velkou perspektivou.

Mezi finalisty kategorie vývoje ocelí postoupila inovace cementační oceli se zvýšenou čistotou pro části převodovek z ústavů Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK) a Institut für Bildsame Formgebung (IBF) z RWTH Aachen, podle níž se dosahuje vyšší životnosti vyšší čistotou oceli. Novou koncepcí dezoxidace s omezeným použitím hliníku se snižuje obsah hliníkových oxidických vměstků, který spolu s řízenou tvorbou jemných nitridů hliníku při tepelném zpracování vede k tvorbě jemnozrnné struktury oceli a brání zhrubnutí zrna při nauhličování. U typické cementační oceli 25CrMo4 je navíc jemnozrnná struktura stabilizována přísadou niobu. Opatření se osvědčilo u převodovek větších průměrů, např. větrných elektráren.

Za lehkou ocelovou konstrukci postoupila do finále teleskopická výšková plošina Steiger TB 270 firmy Ruthmann pro práce až do výšky 27 metrů. Plošina je vhodná pro práce bez lešení ve stísněném prostoru. Lehká a jednoduchá konstrukce umožňuje montáž na levnější užitková vozidla s max. přípustnou hmotnosti do 3,5 tuny, kde k řízení postačuje řidičský průkaz skupiny B. Výložník je vyroben ze dvou laserově svařených polovin nového tenkostěnného U profilu z oceli o minimální mezi kluzu 1 200 MPa s jedním podélným svarem s požadovanou bezpečností svaru.

Cenu za ekologický přínos k ochraně klimatu získala firma Pumpen Strebe, Wusterhausen, za originální řešení tepelného čerpadla Venturiho sondou, provedenou z nerezavějící oceli X5CrNiMo 17-2-2 (W.-Nr. 1.4401). Sonda tvoří koaxiální trubku, jejíž vnitřní trubka je opatřena Archimedovým čerpacím šroubem. Koaxiální trubka sahá do hloubky s teplotním rozdílem proti povrchu min. 3 °C. Vnitřní trubkou se na dno sondy čerpá teplonosné médium, které se po ohřátí čerpá šroubem vzhůru. Aby bylo dosaženo Venturiho efektu, šroub nepřiléhá k vnější trubce, čerpaná voda stéká po vnějším povrchu vysokou rychlostí, sbírá teplo ze stěny a dna a tlačí se vzhůru. Vysoká účinnost sondy, pracující jako tepelný výměník, vyžaduje pouze poloviční hloubku vrtu proti běžně užívané U trubce. Vynález je chráněn evropským patentem.

Na závěr zůstala neoceněna vtipná novinka v podobě uzávěru nápojových plechovek Cliqloc DrinkSafe, který umožňuje uzavření nedopité plechovky. Uzávěr kolínské firmy Cliqloc je vhodný pro plechovky obou běžných průměrů od obsahu 0,25 l do 0,568 l a opakovaně použitelný. Víčko z nerezavějící oceli s kroužkem z tenkého bílého plechu, těsněním z elastomeru a tlakovým ventilem těsní ve všech polohách zvenku i zevnitř a odpovídá hygienickým předpisům. Patentovaný uzávěr lze potiskovat fotorealistickým tiskem. Do výroby je připraven v Blechwarenfabrik Limburg.

Podobně jako před třemi lety i letos soutěž potvrdila nastoupený trend ocenění inovací využívajících CAD konstruování a směřujících k moderním lehkým konstrukcím s vyšší energetickou účinností a vývoj nových a úsporných materiálů s nižší surovinovou náročnosti v podmínkách udržitelného životního prostředí.

Alexandr Abušinov

abusinov@seznam.cz