System ALUVATION

ALUVATION: Integrierte Wärmebehandlung für Automotive-Komponenten auf Basis modularer und mobiler Anlagen

Aufgrund des intensiveren Einsatzes von Aluminium-Komponenten in den aktuellen Automobilen und denen der Zukunft, wird der Umfang der Wärmebehandlung bei der Herstellung der verwendeten Aluminium-Komponenten zunehmen. Gleichzeitig steigt die Bedeutung des Prozessschrittes Wärmebehandlung aufgrund der immer komplexeren Anforderungen an die Komponenten.

Hier setzt das Unternehmen ALUVATION Technology Center Paderborn GmbH an - ein im Oktober 2016 von Markus Belte gegründetes Technologieunternehmen. ALUVATION  interpretiert die integrierte Wärmebehandlung neu, in dem das Unternehmen ein komplettes Paket für die Wärmebehandlung von Automobil-Komponenten anbietet. Dies umfasst Prozessentwicklung, Anlagenbereitstellung, Datenerfassung und Datenaufbereitung.

Mobilität und Modularität der Anlagen

Die Idee zu dieser Neuinterpretation setzt ursprünglich bei den üblicherweise erforderlichen Materialtransporten auf der Straße an. So wird die Aluminium-Komponente an einem Ort gegossen, dann zum Wärmebehandler gefahren, dort behandelt, wieder verladen und zur mechanischen Bearbeitung geschickt. Der Aufwand für die Transporte ist erheblich. Zusätzlich ist zur Sicherung der Prozesskette an jeder Stelle immer ein Zwischenlager erforderlich, das Kapital bindet. Zur Reduzierung des Aufwandes bietet das System ALUVATION  mit den zugehörigen mobilen Anlagenmodulen eine durchgreifende Lösung.

Der Prozessschritt "Wärmebehandlung" lässt sich mit ALUVATION sowohl beim Gießer als auch im Hause der mechanischen Bearbeitung anordnen. An beiden Stellen sind weder separates Wärmebehandlungs-Know-how noch Datenhaltung und –analyse erforderlich. Beides wird im Gesamtpaket von ALUVATION zur Verfügung gestellt. Der Transport zum Wärmebehandler klassischer Prägung entfällt, genauso wie alle damit verbundenen Aufwendungen.

Prozessentwicklung

Das ALUVATION Technology Center (ATC) am Standort Paderborn bietet die Möglichkeit der frühzeitigen Entwicklung von individuellen Wärmebehandlungsprozessen zusammen mit dem Kunden. Gleichzeitig werden diese Prozesse wiederum auf standardisierten Anlagen entwickelt, so dass nach Abschluss der Konstruktionsphase für eine Komponente der gesamte Prozess einschließlich der Anlagentechnik für die Produktion zuverlässig festgelegt ist.

Der gesamte Prozess vom Lösungsglühen, Abschrecken, Auslagern bis zum Richten und Prüfen wird auf den Anlagen des ATC entwickelt inklusive des Entwurfs der Warenträger. Bereits während der Prozessentwicklung werden die Aluminium-Komponenten auf den serienreifen Anlagen des ATC eingesetzt, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Das Labor des ATC validiert die Ergebnisse, damit die unmittelbare und kontinuierliche Beobachtung einer Serienproduktion in der Hochlaufphase möglich ist.

 

Anlagentechnik

Das System ALUVATION sieht für die Wärmebehandlung ein mobiles und standardisiertes Modulsystem vor. So können durch Kombination von unterschiedlichen Modulen prozessangepasste Produktionsanlagen zusammengesetzt werden. Dabei ist die Abmessung der Warenträger (1.700mm x 1.700mm x 1.700mm) immer gleich, alle anderen Größen können dem jeweiligen Prozess bzw. dem Warenträger angepasst werden.

Die einzelnen Module sind in Form von straßentransportfähigen Containern konzipiert und aufgebaut. Dies ermöglicht die höchste Flexibilität für den Einsatz der Anlagen.

Die Module der Ofenanlagen werden von Tenova LOI Thermprocess konstruiert und gebaut. Sie arbeiten mit einem Rollenherd und können sowohl als Chargenöfen als auch als Durchlaufanlagen eingesetzt werden. Die elektrische Erwärmung erfolgt durch eine sehr homogene Luftumwälzung mit speziell hierfür entwickelten Luftleitsystemen.

Durch die Verwendung von immer gleichen Bauteilen und Modulen kann nahezu jedes Modul mit jedem anderen kombiniert werden. Dies ermöglicht die flexible Abstimmung der Anlagenleistung an die jeweilige aktuelle Produktionsmenge. So kann die Anlage während der Hochlaufphase in Stufen erweitert und nach Abklingen der Produktionszahlen auch wieder zurückgebaut werden.

Weiterhin können die Module jederzeit im Produktionsfluss örtlich neu positioniert werden, da die Anlagen gebäudetechnisch nicht gebunden sind. Diese Verschiebung kann erforderlich werden, wenn zusätzliche Prozessschritte eingefügt werden oder aber welche entfallen und dadurch die Anordnung im Produktionsablauf insgesamt anders konfiguriert werden muss.

Als Module stehen mehrere Batch- und Continuous-Ofenmodule, ein AirQuench-Modul und ein MedienQuench-Modul zur Verfügung.

Die Module können innerhalb weniger Tage aufgesetzt und betriebsbereit gemacht werden (normaler Hallenboden ohne spezielle Fundamente). Aufgrund der vorhergehenden Prozessentwicklung und der standardisierten Module entfällt hier die bei üblichen Anlagen erforderliche Einfahrphase zur Abstimmung der Prozesse. Einzig die Zusammenarbeit der Module mit der lokalen Produktion muss eingespielt werden.

Warenträger

Die Warenträger (Maße: 1.700mm x 1.700mm x 1.700mm) können als komplette Einheit ausgebildet sein oder aber sie bestehen aus mehreren übereinander angeordneten Trägern, deren Gesamthöhe der maximal möglichen Warenträgerhöhe entspricht - der individuellen Gestaltung der Aufnahmen für die Komponenten sind keine Grenzen gesetzt.

Die Bedüsungen in den Öfen und in der AirQuench, sowie die MedienQuench sind so gestaltet, dass sie für eine sehr große Bandbreite unterschiedlicher Geometrien gleichwertig anwendbar sind.

Alle Warenträger sind mit einem eindeutigen Code gekennzeichnet, der den Warenträger und die darauf befindlichen bauteilspezifischen Einbauten identifiziert. So kann der Weg des Warenträgers und seiner Charge nachverfolgt und registriert werden. Das Wärmebehandlungsprogramm ist auf den Warenträger und seiner Charge entsprechend abgestimmt. Passt die Charge des eingehenden Warenträgers nicht zum aktuell eingestellten Prozess, so kann die Anlage die Annahme eines nicht passenden Warenträgers verweigern.

Digitale Transformation und Vernetzung

Der innovative Ansatz des System ALUVATION umfasst eine Gesamtheit von Prozessentwicklung, Prozesskontrolle, Anlagenkonzept, Anlagenbereitstellung und Anlagenüberwachung. So ist als Kooperationspartner die Relayr GmbH, München, eingebunden, die ein spezielles System zur Überwachung der Anlagen entwickelt. Dieses ermöglicht die individuelle, vorausschauende Instandhaltung der Anlagen und sorgt für integrierte Datenhaltung. Die Relayr-Datenmodule können an jeder Anlage eingesetzt werden. Sie sorgen dafür, dass Abweichungen vom Normal und aktuelle Ist-Daten von weltweit installierten Anlagen zentral zu erfassen und zu analysieren sind.

Die Überwachung der Anlagen erfolgt zentralisiert unmittelbar aus dem ALUVATION Technology Center (ATC) in Paderborn. Die erforderliche Prozessdokumentation wird erstellt und von hier für die anfordernden Stellen aufbereitet und digital bereitgestellt. Anpassungen der Prozesse, die eventuell während der Produktionsphase erforderlich oder gewünscht sind, auch kurzfristige, können durch die zentrale Daten- und Rezeptspeicherung für alle gleichen Komponenten gleichzeitig durchgeführt werden. Dies auch dann, wenn sie an unterschiedlichen Orten weltweit auf ALUVATION-Modulen wärmebehandelt werden.

Mobile Wärmebehandlung

ALUVATION bietet maßgeschneiderte Lösungen für die Wärmebehandlung aller Aluminium Komponenten auf Basis seiner mobilen Wärmebehandlungsanlagen. Durch die zentrale Anlagen- und Prozessüberwachung ist am Aufstellungs- und Betriebsort keine Infrastruktur für die Dokumentation der Prozesse erforderlich. Alle Daten können - zentral gesammelt und zu Chargenprotokollen verarbeitet - an den Kunden weitergeleitet werden.

Aufgrund der integrierten Modulbauweise der Anlagen ist es möglich, sowohl Vorserien als auch Produktionsspitzen bei Einhaltung der Prozessbedingungen auf andere Anlagen zu verlagern oder auch an vorläufigen Aufstellungsorten abzuarbeiten.

Sobald die Produktionszahlen eines Kundenauftrags eine eigenständige Produktionsanlage erfordern, kann diese z.B. direkt neben der Gießerei aufgebaut und die Wärmebehandlung vor Ort ohne weitere Vorbereitungsschritte und spezifische Entwicklung des Wärmebehandlungsprozesses durchgeführt werden.

Fazit

Durch die standardisierten Module der mobilen integrierten Wärmebehandlungsanlage ist es mit dem System ALUVATION möglich, Prozesse bis zur Serienreife zu entwickeln ohne die endgültige Produktionsanlage aufgebaut zu haben. So werden die sonst üblichen Entwicklungszeiten wesentlich gekürzt. Die Anlagen können in gleicher Zusammensetzung an unterschiedlichen Orten aufgesetzt werden und liefern immer gleiche Wärmebehandlungsergebnisse.

Die mobile Wärmebehandlungsanlage bietet, unter Beibehaltung der aus üblichen Produktionsanlagen bekannten Zuverlässigkeit und Qualität, die Möglichkeit, Transportwege und Kosten zu reduzieren und damit Ressourcen zu schonen.

Mit der integrierten digitalen Überwachung, zentraler Datenanalyse und zentraler Erstellung des Chargenreports weist das Konzept auch in Richtung Industrie 4.0.

Transparente Stückkostenermittlung und das kapitalschonende Konzept der Vermietung der Modulcontainer an den Kunden - zusammen mit den flexiblen Einsatzmöglichkeiten - weisen den Weg in die neue Zeit der dynamischen Wärmebehandlung mit ALUVATION.

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