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Um den globalen Kundenbedürfnissen gerecht zu werden, müssen Automobilhersteller (OEMs) internationale Lieferketten entwickeln. Und wenn ein OEM versucht, eine nachhaltige und effiziente Lieferkette in einem neuen Land zu schaffen – unabhängig davon, ob dieses Land über eine bestehende Produktionsbasis verfügt -, wird er unweigerlich vor Herausforderungen stehen.
Die Herausforderung
Ein Beispiel für einen OEM, der sich solchen Herausforderungen stellt, ist ein europäisches Unternehmen, das kürzlich ein neues Getriebeprogramm für italienische Verbraucher gestartet hat. Das Programm befindet sich derzeit in einer Soft-Launch-Phase, in der das Unternehmen 155.000 Teile pro Jahr produzieren muss. Danach wird das prognostizierte Volumen für fünf Jahre 240.000 Teile pro Jahr erreichen.
Für dieses Programm hat der OEM beschlossen, eine neue Lieferkette in Italien zu entwickeln. Die Herstellung von Automobilen dort, wo sich die Verbraucher befinden, wird dem OEM helfen, die Prozesskontrolle zu verbessern, die Kosten zu senken und die Effizienz zu verbessern. Dies bedeutete auch, dass die Tier-Hersteller in Italien Druckguss, Bearbeitung, Dichtheitsprüfung und Vakuumimprägnierung liefern müssten.
Der OEM erteilte den Auftrag zur Herstellung des Getriebegehäuses an einen europäischen Tier-One-Hersteller. Der Hersteller hatte Erfahrung in allen erforderlichen Prozessen mit Ausnahme der Vakuumimprägnierung. Das Management erkannte, dass das Risiko von Missmanagement aufgrund des Mangels an Imprägnierkenntnissen und lokalen Ressourcen hoch sein würde. Sie haben auch verstanden, dass ein solches Missmanagement zu Fehlern in der gesamten Lieferkette führen kann. Der Hersteller benötigte eine Imprägnierlösung, die einfach zu verwenden ist, komplexe Teile effektiv abdichtet und mit zunehmendem Volumen effizient ist.
Der Lösungsvorschlag
Der OEM brachte den Zulieferer mit Godfrey & Wing in Kontakt. Während weder der OEM noch der Zulieferer Godfrey & Wing-Anlagen verwendet hatten, waren sich beide des Erfolgs ähnlicher Programme bewusst, die die Vakuumimprägniertechnologievon G&W verwendeten.
Godfrey & Wing schlug eine zweiteilige Lösung vor, die mit dem Programm skaliert. Die erste Phase würde während des Softstarts stattfinden. Der Hersteller würde das Advanced Powertrain Imprägnierungssystem (APi) von Godfrey & Wing betreiben (Bild 1).
Bild 1: Der Zulieferer würde eine APi nutzen. Das System erfüllt die Produktionsanforderungen während des Softstarts.
Da das Unternehmen nie eine Imprägnieranlage selber betrieb, war die API-Anlage die beste Möglichkeit diesen Prozess zu erlernen. Der Hersteller würde das System dank seines ergonomischen Designs als sicher und unkompliziert empfinden. Dank des reproduzierbaren Prozesses des Systems wären Bedienereingriffe auf ein Minimum reduziert. Er oder sie schiebt die einfach die Warenträger in das API-System, drückt einen Schalter und läßt die APi die Arbeit erledigen (Bild 2).
Bild 2: Die APi-Anlage ist einfach und sicher zu bedienen. Der Bediener muss nur den Warenträger in das APi-System schieben und den Schalter umlegen, um das System zu starten.
Die kompakte Grundfläche der APi von nur 11 Quadratmetern würde ohne Änderungen der Infrastruktur in die Produktion passen. Das System wäre einfach zu installieren und erfordert nur Einzelpunktanschlüsse für Strom, Wasser und Luft.
Die zweite Phase würde beginnen, sobald das Produktionsvolumen die Fähigkeiten des APi überschreitet. Der Hersteller würde dann auf ein System umsteigen, das von einem Roboter und automatisierten Förderbändern bedient wird – das Continuous Advanced Powertrain Imprägnierungssystem (CAPi) (Bild 3).
Bild 3: Der Hersteller würde während der zweiten Phase auf das CAPi-System umsteigen.
Der modulare Aufbau des CAPi-Systems würde sich direkt in Bearbeitungslinien integrieren lassen, da Teile von einem Roboter ein- und ausgeschleust werden. Die Automatisierung würde es der CAPi ermöglichen, Teile in kurzer Zykluszeit mit minimalem Personalaufwand abzudichten.
Da die CAPi selbstüberwachend ist, würden die Gussteile das System erst verlassen, wenn alle festgelegten Bedingungen erfüllt sind. Wenn dies akzeptabel ist, bewegt der Roboter die Gussteile von der CAPi zum nächsten Prozess (Bild 4).
Bild 4:Durch die Verwendung der Automatisierung innerhalb der CAPi wird die Porosität in kürzerer Zykluszeit und mit minimalem Personalaufwand schneller versiegelt.
Während die vorgeschlagene Lösung realisierbar klang, müsste der Zulieferer auch lernen, wie die Systeme zu bedienen sind. Godfrey & Wing bietet Online- und Vor-Ort-Support, liefert Kontrollpläne, FMEAs und andere Qualitätsdokumente. Nach der Installation erhält der Zulieferer kontinuierliche Schulungen und technischen Support.
Der Start
Nachdem der Zulieferer die Technologie kennengelernt hatte, kaufte er eine APi für den Softstart.
Während des Baus des APi hielten der Hersteller und Godfrey & Wing wöchentlich virtuelle Meetings ab, um den Baufortschritt zu besprechen und alle Qualitäts- und Bedienungsanleitungen zu überprüfen. Nach Fertigstellung installierte Godfrey & Wing die APi-Anlage in zwei Tagen in Italien. Während dieser Zeit haben die Bediener und Techniker ihre neuen Fähigkeiten auf die Maschine angewendet. Sie imprägnierten Teile, prüften das Imprägniermittel und führten unter der Aufsicht von Godfrey & Wing Wartungsarbeiten an den Geräten durch.
Seit der Installation ist die APi 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche in Betrieb. Das System hat die Anforderungen des Herstellers hinsichtlich Benutzerfreundlichkeit und Effektivität beim Abdichten komplexer Teile erfüllt (Bild 5).
Bild 5: Seit der Installation ist die APi 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche in Betrieb.
Auf Basis des Erfolgs der APi hat der Zulieferer eine CAPi für die zweite Phase dieses Programms gekauft. Sobald der CAPi seinen Betrieb aufnimmt, wird der APi als mobiles Imprägniersystem für neue Programme an anderen Standorten verwendet. Der Zulieferer schätzt, dass die Kosten für den Transport, die Installation und den Betrieb des APi geringer sind als die Kosten für die Auslagerung an einen Lohnimprägnierer.
Fazit
Die Anforderungen der Verbraucher werden sich weiterentwickeln. Dabei werden OEMs und ihre Zulieferer weiterhin darum kämpfen, diese Anforderungen durch außerordentlich komplexe globale Lieferketten zu erfüllen. Dank der Vakuumimprägniertechnologie von Godfrey & Wing hat dieser Zulieferer die Kontrolle über seine Anforderungen an die Porositätsversiegelung übernommen. Dieser Hersteller ersetzte seine Unerfahrenheit durch Vakuumimprägnierung durch Einfachheit.
Im Jahr 2008 beschloss ein nordamerikanischer Motorradhersteller, seinen Imprägnierbedarf im eigenen Hause zu decken, um die Herstellungskosten zu senken. Der OEM berücksichtigte mehrere Imprägniermittel- und Anlagentechnologien. Dem Unternehmen wurde eine Imprägnieranlage verkauft, mit der Behauptung den Abwasseranfall zu eliminieren, besser Abdichtraten zu erzielen und minimale Wartungs- und Reparaturkosten zu haben. Die ausgewählte Imprägnieranlage basierte auf einem Recycling-Imprägniermittel.
Die Herausforderung
Im Laufe der Zeit stellte der Hersteller fest, dass sich das, was verkauft wurde, von der Realität unterschied. Sie fanden heraus, dass sich die Chemie des recycelbaren Imprägniermittels im Laufe der Zeit verändert hat, ebenso wie die erzielten Abdichtraten. Während des Imprägnierprozesses wird das Imprägniermittel mit Wasser vermischt. Während das Imprägniermittel zunächst rein war, verlor es durch den Kontakt mit Wasser seine Eigenschaften und kehrte nie zu seiner ursprünglichen Formulierung zurück.
Außerdem war eine zusätzliche WaschWasserChemie erforderlich, um die Funktion des Imprägniermittels aufrechtzuerhalten. Diese zusätzliche Chemie musste jedoch täglich und in einem genauen Verhältnis zugesetzt werden.. Wenn das Verhältnis nicht korrekt war, wurde das Imprägniermittel instabil. Der Hersteller stellte fest, dass überschüssige Chemikalien, die in die Wasch- und Härtungsmodule verschleppt wurden, die Kontamination der Teile erhöhten und das Anlagensystem beschädigten (Bild 1).
Bild 1: überschüssiges Imprägniermittel, welches in die Wasch- und Aushärtestation gelangt, bedingt Bauteilkontamination
Das Imprägniersystem erwies sich als bemerkenswert teuer. Der Hersteller verbuchte Ausgaben in Höhe von über 1.000.000 USD aufgrund von Ausschuß, Reparaturen, Wartung, Arbeitsaufwand, Verbrauchsmaterialien für Imprägniermittel und weiterer benötigter Chemie. Die Kosten für die Verwaltung des Systems überstiegen die Kosten für die Auslagerung des Imprägnierungsprozesses.
Die Erkenntnis bestand darin, dass sich die Strategie der Vakuumimprägnierung ändern musste, und sie hatten die Gelegenheit, dies zu Beginn eines neuen Kurbelgehäuse-Programms zu tun. Das Unternehmen entwarf ein neues, leichteres Kurbelgehäuse, bei dem 100% der Teile abgedichtet werden mussten. Basierend auf früheren Erfahrungen und Daten stellte das Unternehmen fest, dass bei der Auswahl eines neuen Imprägniersystems drei Hauptherausforderungen zu bewältigen sind.
- Wartungskosten – Die alte Imprägnieranlage hatte einen hohen Bedarf an Ersatzteilen. Der Hersteller benötigte ein einfacher zu betreibendes System mit weniger Wartungs/Reparaturaufwand.
- Imprägniermittelmanagement – Das Recycligharz musste übermäßig getestet und gewartet werden. Der Hersteller benötigte ein Imprägniermittel, das seine ursprüngliche Formulierung beibehielt und keine tägliche Wartung durch mehrere Abteilungen erfordert.
- Schlechte Abdichtrate – Das alte Imprägniersystem produzierte einen Teileausschuß von ca. 14%. Alle nicht abgedichteten Werkstücke wurden verschrottet. Die Kosten für die verschrotteten Gussteile beliefen sich auf ungefähr 967.000 USD. Der OEM musste mehr Gussteile zurückgewinnen.
Die Lösung
Godfrey & Wing empfahl sein CFi-System (Continuous Flow Impregnation) das DVP-Verfahren (Dry Vacuum & Pressure) und das rückgewinnbares Dichtmittel 95-1000AA.
Das CFi-System basiert auf dem DVP-Imprägnierungsverfahren (Dry Vacuum and Pressure), von Godfrey & Wing, welches ein schnelles, tiefes Vakuum nutzt, um die Luft aus der Porosität zu entfernen. Nach dem Einbringen des Imprägniermittels in die Kammer wird das Imprägniermittel mittels aktiven Überdrucks tief in das Gussgefüge eingebracht (Bild 2).
Bild 2: Godfrey & Wing empfahl eine CFI-Imprägnieranlage (Continuous Flow Impregnation) um die Herausforderungen zu lösen.
Das rückgewinnbare Imprägniermittel 95-1000AA bleibt während des gesamten Prozesses rein. Das Imprägniermodul der CFI dient zur Rückgewinnung des Imprägniermittels in seiner ursprünglichen Formulierung. Sobald das Bauteil imprägniert ist, bewegt es sich zu einer Zentrifuge, um nicht verwendetes Imprägniermittel zurückzugewinnen. Das so zurückgewonnene Imprägniermittel wird für zukünftige Zyklen in den Imprägniermittelvorrat zurückgeführt. Durch die Beibehaltung des reinen Imprägniermittels kann der Kunde die Bauteil-Rückgewinnung ohne zusätzliche Chemie oder übermäßige Wartung maximieren.
Nach der Imprägnierung bewegt sich das Bauteil zu den Wasch- und Härtungsstationen der CFi. Da kein überschüssiges Imprägniermittel mehr vorhanden ist, bleibt das Waschwasser sauber. Dadurch kann das Teil ordnungsgemäß gewaschen und die Bauteilsauberkeit erhöht werden (Bild 3).
Bild 3: Das saubere Waschwasser ermöglicht eine perfekte Bauteilsauberkeit.
Hauptaugenmerk bei der Entwicklung der CFi lag auf einfacher Wartung und schnellem Service. Die internen Komponenten sind so positioniert, dass eine einfache Wartung möglich ist, ohne die Produktion zu unterbrechen. Das Wartungsteam kann die Hauptkomponenten über die hinteren Zugangsklappen warten. Schnellkupplungen werden verwendet, damit sie ohne Spezialwerkzeug von Hand gewartet werden können (Bild 4). Jedes Modul verfügt über einen Netztrennschalter, sodass bei Wartungsarbeiten nicht das gesamte System für Wartungsarbeiten heruntergefahren werden muss.
Bild 4: Das Wartungsteam kann die Anlage ohne Spezialwerkzeug schnell und einfach warten.
Während die Anlagentechnologie und das Imprägniermittel nach der perfekten Lösung klangen, wollte der Kunde mehr aus erster Hand über die Technologie und das Imprägnierharz erfahren. Godfrey & Wing brachte den Hersteller in Kontakt mit einem Lohndienstleister, welcher eine CFi mit einem rückgewinnbaren Imprägniermittel betreibt.
Der Hersteller konnte das Lohnimprägniercenter besichtigen, um mehr über die Technologie zu erfahren. Die Tour hat gezeigt, dass der Prozess und das rückgewinnbare Imprägniermittel rein bleiben und keine ständige Wartung oder Benutzereingriffe erfordern. Der Hersteller war vom Durchsatz, der Effizienz und der Einfachheit der CFi beeindruckt. Basierend auf dieser Erfahrung und den vorgelegten Daten kaufte der Hersteller eine CFi-Anlage.
Das Ergebnis
Das CFi-System wurde installiert, Bediener und Wartung geschult und das System imprägnierte umgehend Teile. Seitdem erfüllt das CFI-System die Herausforderungen des Herstellers.
- Reduzierte Wartungskosten – Der Betreiber wird vorraussichtlich ca. 35.000 USD pro Jahr an Wartungs- und Ersatzteilkosten einsparen.
- Effizientes und einfaches Imprägniermittel – Der Betreiber muss keine WaschWasserChemie mehr kaufen, und die Wartung und Überwachung des Imprägniermittel wird erheblich reduziert. Der Hersteller spart jährlich ca. 20.000 USD an Imprägniermittelkosten.
- Verbesserung der Abdichtrate – Die First Time Through (FTT) -Rate des CFi-Systems beträgt 99%. Durch diese Erhöhung um 14 Punkte gegenüber der vorherigen Abdichtrate werden jährlich ca. 630.000 USD an wiedergewonnenen Gussteilen eingespart.
Insgesamt wird erwartet, dass die Kosteneinsparungen und die verbesserte Rückgewinnung dem Hersteller etwa 685.000 USD pro Jahr einsparen, sodass die Rückerstattung der Kapitalkosten weniger als 24 Monate betragen wird. Die Produktivität und Wartungsfreundlichkeit des CFi-Systems hat den Eindruck des Herstellers zur Vakuumimprägnierung verändert.
Zusammenfassung
Die Wahl des richtigen Imprägnierprozesses und des richtigen Imprägniermittels ist entscheidend für den Kauf von Vakuumimprägnieranlagen. Sobald die Entscheidung getroffen wurde, kann sie nicht mehr rückgängig gemacht werden. Durch die sorgfältige Analyse seiner Daten wählte dieser Hersteller die richtige Ausrüstung und Imprägniermittel für seine Anforderungen aus. Die CFi im Zusammenspiel mit rückgewinnbarem Imprägniermittel veränderte den Imprägnierungsprozess des Herstellers, indem er die Kosten senkte, die Qualität erhöhte und die Effizienz verbesserte.
Die Definition von Porosität ist jede Lücke oder jedes Loch in einem Gussstück. Diese Definition beschreibt jedoch nicht die eigentliche Ursache der Porosität. Die Gussporosität kann durch Gasbildung oder Verfestigungsschrumpfung verursacht werden, während das Metall flüssig ist.
Wenn ein Gussteil druckdicht sein muss, kann die Porosität dazu führen, dass Gas und Flüssigkeiten aus dem Bauteil austreten. Darüber hinaus kann die Porosität das Gussteil schwächen. In diesem Blog werden wir den Unterschied zwischen Gas- und Schrumpfporosität und die beste Lösung zur Versiegelung der Porosität diskutieren.
Gasbedingte Porosität
Was ist Gasporosität?
Gasbedingte Porosität wird durch eingeschlossene Gase im Flüssigmetall verursacht. Luft befindet sich im Druckgusswerkzeug und kann leicht eingeschlossen werden, wenn das flüssige Metall den Hohlraum füllt.
Wie sieht Gasporosität aus?
Gasbedingte Hohlräume sehen im Allgemeinen aus wie Blasen mit einem glatten Innenraum. Das Gas ist immer schwimmfähig und befindet sich in der Nähe der Oberseite des Gussteils.
Schwindungsbedingte Porosität
Was ist schwindungsbedingte Porosität?
Wenn sich ein Gussteil im Inneren des Werkzeugs verfestigt, wird es immer kleiner. Schwindungsbedingte Porosität wird durch Abschnitte eines Gussteils verursacht, die sich später als die umgebenden Abschnitte verfestigen und nicht genügend Metall in den Abschnitt fließen lassen, um ihn vollständig auszufüllen.
Wie sieht schwindungsbedingte Porosität aus?
Die Schrumpfporosität hat ein gezacktes oder lineares Aussehen. Die Schwindungsporosität tritt normalerweise entweder im Deck- oder im Widerstandsbereich des Gussteils und unter der Oberfläche auf.
Probleme durch Porosität
Wenn die Porosität in einem Aluminium- oder Eisengussstück zunimmt, kann sie miteinander verbunden werden und einen Leckagepfad bilden. Die Porosität macht das Gussteil unbrauchbar, um den Druck in Anwendungen wie Pumpen, Kompressoren, Getrieben und Armaturen zu halten.
Porosität in Sintermetallteilen kann zu ernsthaften Beschichtungsproblemen führen, wenn die Beschichtungschemikalien in den Poren eingeschlossen sind. Die eingeschlossenen Beschichtungschemikalien dehnen sich mit ausreichender Kraft aus, und verursachen Flecken bei der Beschichtung.
Wie kann man Porositäten in Gussteilen bekämpfen?
Der wirtschaftlichste und erfolgreichste Ansatz, um die Gußporosität zu stoppen, ist die Vakuumimprägnierung. Die Vakuumimprägnierung ist eine Methode, die die Porosität im Gussteil abdichtet. Das Imprägniermittel wird durch Vakuum- und / oder Druckverfahren in die Hohlräume innerhalb der Wandstärke des Gussteils eingebracht. Dieses Verfahren ist eine kostengünstige und dauerhafte Lösung gegen Porosität. Die Größe der Gussteile, die imprägniert werden können, ist unbegrenzt. Da der Imprägnierungsprozess innerhalb des Teils stattfindet, verformt, verfärbt oder beeinflusst der Vakuumimprägnierprozess das Gussteil nicht.
Die Vakuumimprägnierung erzielt die Ergebnisse, die Gießtechniker seit Jahrhunderten anstreben: ein leckagefreies und druckdichtes Gussteil, das wirtschaftlich und für alle erforderlichen Anwendungen einsetzbar ist.
