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Effizienz in der Motorenfertigung steigern - Reinigungskosten um mehr als zwei Drittel senken

12.03.2013

Monschau, 12. März 2013 - In modernen Motoren- und Getriebefertigungslinien der Automobilindustrie sind Reinigungsanlagen die Systeme mit dem spezifisch größten Energieverbrauch. Ein guter Grund, sich mit effizienten Reinigungslösungen zu beschäftigen.

 

Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz sind in aller Munde. Die Automobilindustrie investiert Milliarden für sparsamere Fahrzeuge und alternative Antriebe, und natürlich auch in eine „grüne“ Produktion. Der Fokus liegt dabei allerdings selten auf dem Prozess Reinigen. Zu Unrecht, denn die teilweise gewaltigen Reinigungsanlagen in der Motoren- und Getriebefertigung sind Energiefresser: Die Werkstücke werden mit großen Mengen aufgeheiztem Reinigungsmedium beaufschlagt, das bei der Trocknung wieder entfernt wird. Zusätzlich kommt es beim Hochdruckentgraten mit Drücken von 300 bis 600 bar zu einem Wärmeeintrag in das Reinigungsmedium, das dadurch gekühlt werden muss. Erfordert der an die Reinigung anschließende Prozess eine definierte Bauteiltemperatur, ist weitere Energie für deren Kühlung erforderlich. Diese aufwendigen Prozesse machen die Reinigungsanlagen zum Hauptenergieverbraucher. Bei der Betrachtung der gesamten Fertigungslinie fällt auf, dass die wenigen Reinigungsanlagen nahezu die gleiche Menge Energie verbrauchen wie alle Werkzeugmaschinen zusammen. Der Kostenanteil für Strom beträgt dabei zwischen 90 bis 95 Prozent der gesamten Energiekosten.

 

Sparen durch energieoptimierte Reinigungssysteme

Daraus resultiert bei OEM und Tier 1 Zulieferern ein Bedarf an energieeffizienteren Anlagen für die Reinigung von Motoren- und Getriebeteilen wie beispielsweise Zylinderköpfen. Gleichzeitig sind durch das weiter fortschreitende Downsizing der Motoren teilweise enorme Sauberkeitsanforderungen zuverlässig und reproduzierbar zu erfüllen – und das bei entsprechend kurzen Taktzeiten. Um diesen Spagat zu meistern, hat die Dürr Ecoclean GmbH, Monschau, die bisher für die Motorenteilreinigung eingesetzten Anlagenkonzepte und Roboterzellen genau unter die Lupe genommen. Dabei wurde ein beachtliches Verbesserungspotenzial zu Tage gefördert, das sich aus verschiedenen Einzelmaßnahmen ergibt. Die Ausstattung der Anlagen mit energieeffizienten Antrieben ist dabei heute eine Selbstverständlichkeit.

 

Effizientere Reinigungsverfahren

Einen weiteren Baustein stellt die Optimierung der eingesetzten Reinigungsverfahren bei gleich bleibender beziehungsweise verbesserter Reinigungsqualität dar. Dazu zählt beispielsweise das Injektionsflutwaschen, das herkömmlich mit einem mittleren Volumenstrom und hohem Druck erfolgt. Umfangreiche Versuche, bei denen identische Bauteile mit gleicher Verschmutzung in der vorgegebenen Taktzeit gereinigt wurden ergaben, dass bei einem um rund 50 Prozent höheren Volumenstrom und deutlich reduziertem Pumpendruck die Pumpenleistung trotzdem signifikant reduziert werden kann. Dies ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen und ein besseres Reinigungsergebnis.

Einen wesentlichen Beitrag dazu leistet die neu entwickelte Düsentechnik, beispielsweise mit der Spaltdüse. Sie lenkt den Reinigungsstrahl im Gegensatz zur konventionell eingesetzten Runddüse über die gesamte Werkstücklänge fokussiert auf die zu reinigenden Bereiche. Eine weitere Neuentwicklung stellt die so genannte Hybriddüse dar, die über eine variable Mischkammer verfügt. Mit dieser innovativen Universaldüse lassen sich sowohl Hochdruck- und Niederdruckanwendungen als auch das Injektionsflutwaschen flexibel in einer Reinigungsstation ausführen. Nebenzeiten für den Transport der Werkstücke innerhalb der Roboterzelle reduzieren sich dadurch spürbar. Dies führt auf den ersten Blick zu keiner nennenswerten Energieeinsparung, die Effizienzsteigerung ergibt sich hier durch verkürzte Taktzeiten.

 

Design to Part

Entsprechend dem Motto „viel hilft viel“ orientiert sich die Auslegung von Reinigungsanlagen auch heute noch oft am maximal Möglichen. Verbunden damit ist natürlich auch ein maximaler Energiebedarf. Mit dem Design to Part-Konzept verfolgt Dürr Ecoclean die Strategie, den Energieverbrauch durch eine bauteil- und aufgabenspezifische Auslegung der verschiedenen Anlagenkomponenten wie beispielsweise Behandlungsstationen, Pumpen und Behälter zu minimieren. Denn üblicherweise werden in der Getriebe- und Motorenfertigung nur sehr ähnliche Bauteile in einer Linie produziert.

Voraussetzung ist eine modulare Bauweise der Reinigungsanlage sowie die Bereitschaft des Anlagenherstellers, entsprechende Baugrößen verfügbar zu haben. Damit ist auch die Flexibilität gesichert, die Anlage an veränderte Aufgabenstellungen anpassen zu können. Eine Umrüstung, beispielsweise auf ein anderes Werkstück, schlägt bei Roboterzellen mit durchschnittlich 10 bis 15 Prozent der Investitionskosten zu Buche, während bei Durchlaufanlagen rund 50 Prozent zu veranschlagen sind.

 

Reduzierte Abluftmengen und Temperaturen

Um zu verhindern, dass Dampf aus Reinigungsanlagen in die Umgebung gelangt, sind Durchlaufanlagen an den Ein- und Auslassöffnungen mit Absaugeinrichtungen ausgestattet. Dies führt zu einer gleich doppelten Energievernichtung. Einerseits wird mit dem Dampf Wärme abgesaugt, die für einen effektiven Reinigungsprozess wieder kostenintensiv zugeführt werden muss. Andererseits ist für den Betrieb der Absaugeinrichtungen Energie erforderlich. Beides entfällt bei geschlossen konzipierten Anlagen wie beispielsweise den Roboterzellen der EcoCFlex-Serie.

Weitere Energieeinsparungen ergeben sich hier durch die Möglichkeit, die Temperatur der Reinigungsmedien zu verringern, beispielsweise von 60 bis 65 °C auf 50 bis 55 °C. Dazu tragen auch neue und optimierte Entwicklungen der Chemikalienhersteller bei.

 

FU-geregelte Motoren und intelligente Softwarelösungen

Bestandteil des Energiesparkonzepts von Dürr Ecoclean sind auch mit Frequenzumrichtern ausgestattete Antriebe für den Teillastbetrieb von Aggregaten mit größerer Leistungsaufnahme. Sie ermöglichen, dass beispielsweise Pumpen in Zeiten, in denen sie keine oder weniger Leistung zu erbringen haben, herunter geregelt werden und die Energieaufnahme dadurch minimiert wird. Um sicherzustellen, dass durch den Frequenzumrichter nicht mehr Energie verbraucht als eingespart wird, prüft der Monschauer Anlagenhersteller den Einsatz für jedes einzelne Aggregat.

Entwickelt wurden auch intelligente Softwarelösungen für bestehende und neue Anlagen, die ähnlicher einer Start-Stopp-Automatik Energie nur auf Anforderung liefern. Diese Softwaretools sorgen beispielsweise dafür, dass beim Hochfahren der Anlage nach einer Produktionspause nicht alle Aggregate gleichzeitig anlaufen, sondern entsprechend ihrem Einsatz mit der erforderlichen Energie versorgt werden. Andererseits schalten sie energieintensive Aggregate wie Vakuumpumpen nach einer definierten Zeit ohne Bauteilverfügbarkeit automatisch in einen Standby-Modus. Steuern lässt sich mit der Software auch, dass die Anlage erst anfährt, wenn eine entsprechende Werkstückmenge für die Reinigung zur Verfügung steht.

 

Enorme Einsparung durch effizienzoptimierte Roboterzellen

Umgesetzt hat Dürr Ecoclean diese Einzelmaßnahmen in der neuen effizienzoptimierten, kompakten EcoCFlex-Serie. Diese Roboterzellen ermöglichen im Vergleich zu den bisherigen Anlagen Einsparungen bei den Stromkosten von rund 25 Prozent. Noch deutlicher fällt das Einsparpotenzial gegenüber anderen am Markt verfügbaren Anlagen aus. Hier beträgt die Verringerung des Stromverbrauchs bis zu zwei Drittel.

Die sparsamen EcoCFlex Roboterzellen stehen als S- und M-Ausführungen zur Verfügung, die kundenspezifisch ausgelegt werden. Die S-Variante ermöglicht die Reinigung von bis zu 470 x 200 x 200 mm (L x B x H) großen und 10 kg schweren Bauteile. In der M-Variante lassen sich bis zu 70 kg wiegende Werkstücke mit maximalen Abmessungen von 750 x 500 x 500 mm reinigen. Die kompakten Roboterzellen decken damit rund 95 Prozent der in der Motoren- und Getriebefertigung anfallenden Reinigungsaufgaben ab. Die Durchsatzleistung liegt bei bis zu 120 Werkstücken pro Stunde je nach Aufgabenstellung.

 

Sauberkeitskontrolle integriert

Bei der Effizienz von Reinigungsprozessen spielen auch Überwachung und Dokumentation der Einhaltung partikulärer Restschmutzvorgaben nach VDA 19 eine Rolle. Dies erfolgt bisher abgekoppelt von der Fertigung in Labors. Dadurch kommt es zu einem Zeitverzug, der die Gefahr beinhaltet, dass bereits montierte Teile nachgereinigt oder ausgelieferte Werkstücke zurückgerufen werden müssen. Mit dem EcoCLab steht nun ein Inline-Messsystem für das automatisierte Monitoring des Herstellungs- und Reinigungsprozesses hinsichtlich der Partikelsauberkeit nach VDA 19 zur Verfügung. Das modular aufgebaute, kompakte „Sauberkeitslabor“ lässt sich direkt in die Reinigungsanlage oder an anderer Stelle in den Fertigungsprozess integrieren und führt die Restschmutzprüfung innerhalb weniger Minuten vollautomatisch durch. Kontrollen können dadurch wesentlich engmaschiger erfolgen und Abweichungen werden schneller festgestellt. Diese erhöhte Prozesssicherheit leistet ebenfalls einen wichtigen Beitrag zur Effizienz und Kostensenkung.

 

Kontakt:

Dürr Ecoclean GmbH,

Manfred Hermanns, Sales Director

Tel +49 2472 83-0

Fax +49 2472 83-215

[email protected]

www.durr-ecoclean.com

 

Als führender Anbieter beliefert Dürr Ecoclean Automobilhersteller und -zulieferer sowie den breit gefächerten industriellen Markt mit modernster Reinigungstechnik. Auch die dazugehörigen Lösungen für Filtration und Automation sowie Montage- und Prüfsysteme werden von der Ecoclean-Gruppe angeboten und integriert. Mit individuell angepasster Technik von Dürr Ecoclean erschließen Kunden Einsparpotenziale, zum Beispiel bei Stückkosten, Energieverbrauch und Prozessdauer. Dürr Ecoclean ist Mitglied des Dürr-Konzerns und verfügt weltweit über zehn Standorte in acht Ländern mit rund 1.000 Mitarbeitern.

 

Dürr ist ein Maschinen- und Anlagenbaukonzern, der in seinen Tätigkeitsfeldern führende Positionen im Weltmarkt einnimmt. Gut 80% des Umsatzes werden im Geschäft mit der Automobilindustrie erzielt. Darüber hinaus beliefert Dürr die Flugzeugindustrie, den Maschinenbau sowie die Chemie- und Pharmaindustrie mit innovativer Produktions- und Umwelttechnik. Die Dürr-Gruppe agiert mit vier Unternehmensbereichen am Markt: Paint and Assembly Systems plant und baut Lackierereien und Endmontagewerke für die Automobil- und Flugzeugindustrie. Application Technology sorgt mit ihren Robotertechnologien für den automatischen Lack-, Dichtstoff- und Klebstoffauftrag. Maschinen und Systeme von Measuring and Process Systems kommen unter anderem beim Auswuchten und Reinigen, im Motoren- und Getriebebau und in der Fahrzeugendmontage zum Einsatz. Der vierte Unternehmensbereich Clean Technology Systems beschäftigt sich mit Verfahren zur Verbesserung der Energieeffizienz und der Abluftreinigung. Weltweit verfügt Dürr über 52 Standorte in 23 Ländern und beschäftigt rund 7.800 Mitarbeiter. Dürr erzielte im Geschäftsjahr 2012 einen Umsatz in Höhe von 2,4 Mrd. €.