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Als '''Autofrettage''' ([[Französische Sprache|frz.]]: ''Selbst beringt'') bezeichnet man ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung von [[Rohrleitung]]en für den Einsatz bei hohen und pulsierenden [[Druck (Physik)|Innendrücken]]. Dabei wird das Rohr erst nach seiner Formgebung einem über dem späteren Betriebsdruck und über der [[Streckgrenze]] liegenden Innendruck ausgesetzt, so dass die Bereiche an der Innenwand [[Plastische Verformung|plastifizieren]]. Nach dem Entspannen entstehen in diesem Bereich [[Eigenspannung|Druckeigenspannungen]], die einer [[Rissbildung]] im späteren Einsatz vorbeugen, so dass die Rohre mit einem höheren Betriebsdruck betrieben werden oder alternativ die [[Wöhlerversuch|Zeitfestigkeit]] bis hin zur [[Dauerfestigkeit]] gesteigert werden kann.
Auch die Beständigkeit gegenüber [[Spannungsrisskorrosion]] erhöht sich.

== Geschichte ==
Die Autofrettage hat ihren Ursprung in der Waffenentwicklung. Das Ziel bei der Konstruktion von Waffenrohren war, immer höhere Gasdrücke zu erreichen, um so schwerere Geschosse oder diese mit höherer Mündungsgeschwindigkeit abfeuern zu können. Zunächst wurde versucht, homogene Rohre durch größere Wanddicken zu verstärken, was aber nur begrenzt wirkt, denn irgendwann hat die Materialstärke des Rohres kaum Einfluss auf die Belastung der Rohrinnenwand. In der Mitte des 19. Jahrhunderts erkannte man, dass äußerer Druck auf das Rohr dem Expansionsdruck der Pulvergase entgegenwirkt. Auf diesem Prinzip entwickelte [[Daniel Treadwell]] in den 1840er-Jahren die ersten [[Mehrlagenrohr]]e. Hier wurden Stahlmäntel (Mantelrohr), Stahlringe (Ringrohr), bzw. Kombinationen von beiden (Mantelringrohr) oder Stahldraht bzw. -band ([[Drahtrohr]]) auf das [[Seelenrohr]] [[Aufschrumpfen|aufgeschrumpft]]. [[Thomas Jackson Rodman]] wählte ab 1847 parallel einen anderen Weg. Er erzeugte die Eigenspannung beim [[Gießen (Metall)|Gießprozess]] der Geschützrohre. Während die äußere Schicht erhitzt wurde, sorgte eine [[Wasserkühlung]] für niedrigere Temperaturen im Inneren. In den frühen 1900er-Jahren machte der französische Artillerieoffizier L. Jacob Versuche mit Geschützrohren, bei denen die Eigenspannung mittels hohem Druck von innen erzeugt wurde. Der Prozess wurde bereits 1909 von L. B. Turner am [[King’s College (Cambridge)|King’s College]] mathematisch beschrieben. Der Franzose Albert E. Guy veröffentlichte 1920 seine Erkenntnisse zur Autofrettage.<ref name="Guy-Autofrettage-1920" /> Danach wurde die Autofrettage zuerst bei der Geschützfabrikation 1923 in Frankreich eingesetzt und die Methode fand rasch eine weite Verbreitung.<ref name="Autofrettage">Uday S Dixit, Seikh Mustafa Kamal, Rajkumar Shufen: ''Autofrettage Processes: Technology and Modelling.'' [[CRC Press]], 2019, ISBN 978-0-429-75798-3, S. 15–16. [https://books.google.de/books?id=Q0uxDwAAQBAJ&pg=PT15]</ref> In Deutschland wurden in den 1930er-Jahren die Entwicklungen der Rüstungswirtschaft zur Autofrettage maßgeblich auf Basis der wissenschaftlichen Arbeiten von Friedrich Dörge und [[Georg Sachs]] vorangetrieben.<ref name="Autofrettage-Geschütze-1936" /><ref name="Dörge Drahtgeschützrohr" /> Nach dem [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] wurde die Autofrettage zunehmend in zivilen Bereichen zur Rohrfestigkeitssteigerung beispielsweise für Industrieanlagen und für die Einspritzleitungen von [[Dieselmotor]]en eingesetzt.

== Autofrettage-Effekt ==
[[Datei:Autofrettage.svg|mini|a: Rohr im homogenen Ausgangszustand<br />b: pulsierender Druck wird auf die Innenseite bis zur Verformung ausgeübt<br />c: nach dem Druckabbau bleibt Eigenspannung im Material]]
Der Effekt der Autofrettage beruht auf der wechselseitigen Beziehung der plastifizierten inneren und der [[Elastizität (Mechanik)|elastisch]] verformten äußeren Zone. Diese wird von der inneren plastisch verformten Zone daran gehindert, wieder ihre ursprüngliche Form einzunehmen, sie bleibt gedehnt. Dies erklärt die auftretenden [[Zugspannung]]en in der äußeren Schicht. Die innere plastisch verformte Schicht wiederum wird von der zurückfedernden äußeren Schicht zusammengedrückt oder auch -gepresst. Dies erklärt die hier auftretenden Druckspannungen. Einer der Vorteile bei späterem Betrieb mit Innendruck ist nun der, dass die durch den im Betrieb aufgebrachten Innendruck an der Randfaser (= innerste Schicht des Rohres) auftretenden Spannungsspitzen durch die bereits vorhandenen Druckspannungen aus der Autofrettage kompensiert werden.<ref>{{Literatur |Autor= |Titel=Rheinmetall Waffentechnisches Taschenbuch 1977 |Seiten=295–297 |Online=[https://archive.org/details/RheinmetallWaffentechnischesTaschenbuch1977/page/n330/mode/1up online, „Vollrohre mit Autofrettage“]}}</ref>

== Verfahren ==
[[Datei:Wehrtechnische Sammlung der Bundeswehr (39607373882).jpg|mini|Prozesserklärung von [[Rheinmetall]] in der [[WTS Koblenz]]]]
Beim Autofrettage-Verfahren wird das Rohr mit einer Flüssigkeit gefüllt, anschließend werden die Rohrenden dicht verschlossen. Meist geschieht dies mit hochfesten aufgeschraubten Kappen und speziellen [[Hydraulikflüssigkeit]]en. [[Wasser]] wird wegen [[Korrosion]]sproblemen nur vereinzelt verwendet.

Nun bringen [[Pumpe]]n meist über [[Druckübersetzer]] den benötigten Druck auf. Nach kurzer Haltezeit kann wieder entlastet werden. Der Prozess stellt hohe Anforderungen an die Pumpen-, Druckübersetzer- und [[Messtechnik]], da im Einzelfall Drücke bis 15.000 bar sicher erzeugt werden müssen. Weiterhin ist eine genaue Kenntnis des plastischen Verhaltens des [[Werkstoff|Rohrwerkstoffes]] erforderlich, um einerseits den gewünschten Effekt auszureizen, aber andererseits eine Überbeanspruchung oder gar ein Bersten der Leitung zu verhindern.

Alternativ wird heute auch ein Bolzen mit [[Übermaß]] durch das Rohr gepresst oder gezogen, um die Verformung der inneren Oberfläche zu erreichen.

== Anwendungsgebiete ==
Die Autofrettage wurde bereits in den 1930er-Jahren zur Zeitfestigkeitssteigerung von [[Geschütz]]en untersucht und angewandt.<ref name="Autofrettage-Geschütze-1936" /> Später wurde die Autofrettage unter anderem für die [[Direkteinspritzung]] bei [[Dieselmotor]]en und von der Firma [[Rheinmetall]] für die [[Rheinmetall 120-mm-Glattrohrkanone|120-mm-Glattrohrkanone]] des ''[[Leopard 2|Leopard-2]]''-Kampfpanzers angewendet.

Weitere Anwendungsgebiete sind:
* Chemieanlagenbau
* bestimmte [[Gasflasche]]n
* [[Common-Rail-Einspritzung]]
* Verrohrung von [[Wasserstrahlschneidanlage]]n
* Hochdruck-[[Hydraulik]]leitungen
* [[Lauf (Schusswaffe)|Lauf]] von Schusswaffen

== Siehe auch ==
* [[Kugelstrahlen]]

== Literatur ==

* Thomas Enke: ''Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik.'' Walhalla Fachverlag, 4., aktualisierte Auflage, Regensburg, 2023, ISBN 978-3-8029-6198-4, S. 144 ff.

* {{Literatur |Autor=R. Germershausen, E. Schaub et al. |Titel=Waffentechnisches Taschenbuch |Auflage=3 |Hrsg=[[Rheinmetall]] |Verlag= |Ort=Düsseldorf |Datum=1977 |OCLC=664599417 |Seiten=}}
* {{Literatur |Autor=Albert E. Guy |Titel=Auto-frettage |Auflage= |Hrsg=National Defense Industrial Association, US-Army Ordnance |Verlag= |Band=Vol. 1 |Nummer=No. 3 November–December|Ort= |Datum=1920 |OCLC=9110282948 }}
* {{Literatur |Autor=Sebastian Rogowski |Titel=Simulation der Dauerfestigkeit einer autofrettierten Kraftstoffverteilerleiste |Auflage=3 |Hrsg= |Verlag=Springer |Ort=Düsseldorf |Datum=2020 |ISBN=3-658-29482-5 |Seiten=}}
* {{Literatur |Autor=A. K. Roy, S. M. Kamal, R. U. Patil, V. V. Rao |Titel=Practicing Hydraulic Autofrettage for Strengthening a Gun Barrel: Critical Issues and Challenges |Sammelwerk=Engineering pedagogy : a collection of articles in honor of Prof. Amitabha Ghosh |Auflage= |Hrsg= |Verlag=Springer |Ort=Singapur |Datum=2023 |ISBN=9789811980152 |Seiten=}}

== Weblinks ==
* [https://dieckers.de/leistungen/autofrettage/ Autofrettage-Problembeschreibung und Lösungsansätze] bei www.dieckers.de
* [https://www.thiot-autofrettage.com/ Autofrettage in der Defense-Industrie] bei www.thiot-autofrettage.com
* [https://poppe-potthoff-maschinenbau.com/de/autofrettage-maschine/ Autofrettage bis 15.000 bar für Common Rails und Einspritzleitungen] bei www.poppe-potthoff-maschinenbau.com

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Autofrettage-Geschütze-1936">
{{Literatur |Autor=Friedrich Dörge |Band=15 |Hrsg=Zentralverband der Deutschen Metall-Walzwerks - und Hütten-Industrie |Titel=Metallwirtschaft, Metallwissenschaft, Metalltechnik |Verlag=Georg Lüttke Verlag |Ort=Berlin |Datum=1936 |ISBN= |Online=[https://books.google.de/books?id=lJ3mAAAAMAAJ_sC&dq Google-Books] |Seiten=23}}
</ref>
<ref name="Dörge Drahtgeschützrohr">
{{Literatur |Autor=Friedrich Dörge |Band=27 |Hrsg= |Titel=Die Geschichte des Drahtgeschützrohres Von Direktor Dr. - Ing . Friedrich Dörge VDI, Berlin |Sammelwerk=Technikgeschichte: Beiträge zur Geschichte der Technik und Industrie |Verlag=VDI-Verlag G.m.b.H. |Ort=Berlin |Datum=1938 |ISBN= |Online=[https://books.google.de/books?id=uJMMAQAAIAAJ Google-Books] |Seiten=30 ff.}}
</ref>
<ref name="Guy-Autofrettage-1920">
{{Literatur |Autor=Albert E. Guy |Titel=Auto-frettage |Datum=1920 |OCLC=9110282948 |Seiten=126–129}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Stoffeigenschaften änderndes Fertigungsverfahren]]
[[Kategorie:Rohre]]
[[Kategorie:Fachsprache (Waffentechnik)]]

Autofrettage - Versionsgeschichte

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