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Dornstange ist nicht gleich Dornstange
Die Deutschen Edelstahlwerke produzieren auch Dornstangen mit Buttressgewinde
Erdöl und Erdgas sind mitunter die wichtigsten Energielieferanten unserer modernen Welt. Ob zur
Erzeugung von Elektrizität oder als Treibstoff für Fahrzeuge – die Nutzung dieser fossilen
Energieträger ist vielfältig. Um Erdöl und Erdgas sicher und verlustarm zu fördern und von den
Förderstätten zur Weiterverarbeitung zu transportieren, kommen Nahtlosrohre zum Einsatz.
Hergestellt werden sie in hochmodernen PQF- (Premium Quality Finishing Mill) und FQM- (Fine
Quality Mill) Rohrwalzanlagen mithilfe einer Dornstange. Diese wird mittels eines Spezialgewindes
(Buttressgewinde) zusammen mit zwei Hilfswerkzeugen (Verlängerungs- und Endteil) an der
Anlage fixiert. Damit Innen- und Außengewinde formschlüssig ineinanderpassen, ist äußerste
Präzision beim Gewindeschneiden gefragt. Die Deutsche Edelstahlwerke GmbH stellt aus
Warmarbeitsstählen Dornstangen mit passgenauen Buttressgewinden her – von der
Stahlerschmelzung über die Anarbeitung bis zum einbaufertigen Werkzeug. Dabei kommt es vor
allem auf den richtigen Werkstoff, einen einwandfreien Herstellungsprozess und Präzision an.
Die Nachfrage nach Dornstangen mit Buttressgewinde beläuft sich bei den Deutschen
Edelstahlwerken auf rund 500 Stück pro Jahr. Das Stahlunternehmen stellt sie mit einem
Durchmesser zwischen 100 und 330 Millimetern und einer Länge zwischen zehn und 14 Metern
her. Dabei ist der Verschleißwiderstand des Materials von entscheidender Bedeutung. „Die
Dornstange ist bei PQF- und FQM-Anlagen das eigentliche Arbeitswerkzeug, auf dem ein
vorgewärmter und vorgelochter Stahlblock über drei Rollen zur Luppe ausgewalzt wird. Dagegen
handelt es sich bei Verlängerungs- und Endteil nur um weniger stark beanspruchte
Hilfswerkzeuge“, erklärt Ulrich Walkenhorst, technischer Kundenberater im Vertrieb
Warmarbeitsstahl.
Anders als beim Stoßbankverfahren, bei dem rund 30 Dornstangen abwechselnd die Stahlblöcke
zu Luppen auswalzen, handelt es sich bei der Dornstange in PQF- und FQM-Anlagen um ein
gehaltenes Werkzeug. „Diese ist im Rohrwalzwerk permanent im Einsatz und durch spezifische
Walzkräfte einer ständigen Wechselbeanspruchung und hohen thermischen Belastungen
ausgesetzt. Bis zu 800 Grad Celsius können während des Walzvorgangs an der Oberfläche
entstehen“, erläutert Walkenhorst.
Nur spezielle Warmarbeitsstähle können unter diesen Belastungen für eine lange Lebensdauer des
Werkzeugs sorgen. Die Deutschen Edelstahlwerke verwenden für die Produktion der Dornstangen
für PQF- und FQM-Anlagen den Werkstoff Thermodur 2342.
„Dieser Werkstoff weist ein ideales Mengenverhältnis der karbidbildenden Elemente Kohlenstoff,
Chrom, Molybdän und Vanadin auf. Einerseits sorgt eine ausreichende Carbidmenge für einen
hohen Verschleißwiderstand und eine hohe Warmfestigkeit des Stahls. Andererseits ist die
Carbidmenge so ausgelegt, dass sich die Carbide nicht an den Korngrenzen ablagern, wodurch
eine Versprödung des Werkstoffs verhindert wird“, so Walkenhorst. Sollte aufgrund der intensiven
Beanspruchung die Dornstange vor dem Verlängerungs- oder Endteil verschleißen, macht die
Dreiteilung des Werkzeugs den problemlosen Austausch der Dornstange möglich – der Kunde
spart dadurch Zeit und Materialkosten. Zudem ermöglicht der Werkstoff es, die verschlissene
Dornstange auf einen kleineren Durchmesser nachzuarbeiten. Dadurch kann sie erneut in der PQFund FQM-Anlagen eingesetzt werden.
Damit der Werkstoff und die daraus entstehende Dornstange tatsächlich die gewünschten
Eigenschaften besitzen, sind viel Know-How und ein einwandfreier Herstellungsprozess notwendig.
Von der Erschmelzung zur Anarbeitung
Die Fertigung der Dornstange beginnt am Standort Witten der Deutschen Edelstahlwerke, wo im
130-Tonnen-Elektrolichtbogenofen selektierter Schrott zusammen mit den erforderlichen
Legierungselementen erschmolzen wird. Im Fall der Warmarbeitsstähle ist es ein bestimmtes
Verhältnis der Elemente Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadin und Kobalt.
Abhängig vom Einsatzzweck werden so die gewünschten Werkstoffeigenschaften, wie
Zerspanbarkeit, Anlassbeständigkeit und Warmfestigkeit, herbeigeführt. Nach der
sekundärmetallurgischen Behandlung wird der Stahl in Kokillen zu Blöcken oder in der
Stranggießanlage senkrecht vergossen – eine Spezialität der Deutschen Edelstahlwerke. Weiter
geht es mit der Warmumformung. Die Blöcke bzw. Stranggussriegel werden entweder im Wittener
Walzwerk gewalzt oder in Krefeld auf der RF 70, einer der größten Langschmiedemaschinen der
Welt, zum Stab geschmiedet. Mit welchem Verfahren der Block umgeformt wird, hängt einerseits
von den Kundenvorschriften, andererseits vom Durchmesser des gewünschten Arbeitsteils ab.
Anschließend wird der Stab in Durchlauföfen vergütet, indem man sie härtet und anlässt, um die
gewünschten Gefüge- und Gebrauchseigenschaften einzustellen.
In der Schälerei des Standorts Witten wird dann aus dem Stab das eigentliche Werkzeug gefertigt.
An den Fertigbearbeitungsaggregaten wird die Oberfläche der Dornstange, abhängig vom
Kundenwunsch, zunächst geschält. Danach kommt die ASV 1000, eine vollautomatische
Feinrichtpresse zum Einsatz, an der die Dornstange innerhalb von nur 30 Minuten auf die
kundenspezifischen Toleranzen gerichtet wird.
Spezialwerkzeuge für passgenaue Spezialgewinde
An zwei modernen CNC Drehmaschinen erfolgt schließlich einer der wichtigsten Arbeitsschritte auf
dem Weg zur fertigen Dornstange: die Endenbearbeitung. Ulrich Walkenhorst: „Mithilfe eines
Spezialwerkzeugs, dem Drehstahl, wird ein innen liegendes Buttressgewinde in die Dornstange
geschnitten. Dieses kegelförmige Trapezgewinde ist nach API (American Petroleum Institut)
standardisiert, die Größe der Kegel- und Trapezform kann aber den Kundenvorgaben entsprechend
variieren. Daher ist äußerste Präzision beim Gewindeschneiden gefragt, damit beim Endprodukt
das Innengewinde der Dornstange mit dem Außengewinde des Verlängerungsteils formschlüssig
ineinanderpassen“. Dabei schneidet der feststehende Drehstahl das Gewinde in die sich drehende
Dornstange. Um die Passgenauigkeit des Gewindes dauerhaft zu garantieren, müssen die
Mitarbeiter regelmäßig die Funktionsfähigkeit der Werkzeuge überprüfen.
Abschließend erfolgt die Kontrolle des Buttressgewindes mit einem so genannten Prüfdorn, einem
gegensätzlichen Außengewinde. Schließen beide Gewinde formschlüssig ab, lassen sich auch
beim Kunden Dornstange und Verlängerungsteil problemlos verbinden.
Nach dem Schleifen verschicken die Deutschen Edlestahlwerke die in schützende Holzkisten
verpackten Dornstangen an Verchromer in Italien und der Schweiz. Um eine öl- und fettfreie
Oberfläche zu erhalten, werden sie hier nochmals überschliffen und in einem horizontalen
Chrombad verchromt. Zum Schutz der Oberfläche kann nach Kundenwunsch das Buttressgewinde
zusätzlich phosphatiert werden. „Diese Firmen verfügen über die besten Anlagen und die
jahrzehntelange Erfahrung bei der Verchromung unserer Dornstangen“, so Gerhard Westen,
Mitarbeiter Vertrieb Werkzeugstahl bei den Deutschen Edelstahlwerken.
Die fertigen Dornstangen liefert das Stahlunternehmen an PQF- und FQM-Rohrwalzwerke in
Indien, China, USA, Russland, Mexiko und Brasilien. „Mit einem geeigneten Schmiermittel
versehen, können mit nur einer Dornstange über 3.000 Rohrluppen ausgewalzt werden. Eine
beachtliche Zahl – kein Wunder, dass Qualität und Präzision da stimmen müssen“, schließt Ulrich
Walkenhorst.