Die optimierte Aluminiumgießerei: Null Verschwendung, Null Ausschuss

Alles, was Sie brauchen, für jeden Prozessschritt

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Die Verwendung von Aluminium ist in den letzten Jahren aufgrund des Leichtbaus in der Automobilindustrie und der zunehmenden E-Mobilität erheblich gestiegen. Hinzu kommen die Fortschritte in der 5G-Technologie und die wachsenden gesellschaftlichen Anforderungen an eine verbesserte Recyclingfähigkeit und die weitgehende Ablehnung von Kunststoffen.

Das Verständnis dafür, wie Anlagen, innovative Services und digitale Lösungen eingesetzt werden müssen, um Prozesse zu verbessern und vernetzt voranzutreiben, ist entscheidend für Ihr Geschäft.

Wenn Sie es richtig anpacken, haben Sie die Chance, Ihre Produktivität zu verbessern und Wettbewerbsvorteile zu erlangen, selbst in unsicheren Zeiten. In diesem umfassenden Leitfaden geht es darum, „es richtig zu machen”.

Er soll Aluminium-Druckgießereien unterstützen, indem er aufzeigt, wie verschiedene Technologien und Lösungen einzeln und gemeinsam eingesetzt werden können, um die Produktion in jeder Phase zu optimieren, um Ausschuss zu vermeiden, die Qualität zu verbessern und die Effizienz durch nahtlose Integration zu maximieren. 

Die Chance Aluminium

Megatrends wie der Leichtbau im Automobilbereich, die zunehmende E-Mobilität und die Fortschritte in der 5G-Technologie, aber auch die wachsenden gesellschaftlichen Anforderungen an eine verbesserte Recyclingfähigkeit und die weitgehende Ablehnung von Kunststoffen haben einen globalen Nachhaltigkeitstrend ausgelöst, der den Einsatz von Aluminium in die Höhe schnellen ließ.

Nachhaltiger Vorteil: Recyclingfähigkeit und Ausschussreduzierung

Ein wesentlicher Grund für den wachsenden Einsatz von Aluminium ist sein Vorteil gegenüber anderen Materialien in Bezug auf die Recyclingfähigkeit und Ausschussreduzierung.

Eine endformnahe Produktion erfordert weniger Bearbeitung und verschwendet weniger Material – die Eigenschaften (einschließlich Formbarkeit) von Aluminium eignen sich besonders, um diesen Vorteil für eine verbesserte Rohmaterialeffizienz zu nutzen.

Druckgussherausforderungen: ressourcen- und energieintensiv

Aluminiumdruckgussprozesse sind bekanntermaßen sehr ressourcen- und energieintensiv. Etwa 25 % der Gesamtkosten bei der Herstellung von Druckgussteilen sind mit dem Energieverbrauch verbunden.

Dies ist eine Frage der Nachhaltigkeit (und Wirtschaftlichkeit), mit der wir uns befassen müssen. Die Kosten für den 24-Stunden-Ofenbetrieb sind ein Schlüsselfaktor. Die hohen Schmelztemperaturen, die bei Metallen wie Aluminium im Vergleich zu Zink auftreten, wirken sich auch auf die Produktionszeit und die Betriebssicherheit aus.

Wie also können Aluminiumgießereien dieses Potenzial an Materialeffizienz ausschöpfen und gleichzeitig den Energie- und Ressourcenverbrauch minimieren sowie kontinuierliche Verbesserungen umsetzen, um eine optimale Teilequalität in einem wettbewerbsintensiven Markt zu gewährleisten?

Keine Ausschuss: weniger verschwenden, mehr produzieren

Die Antwort auf diesen schwierigen Spagat lautet: Null.

Das heißt nicht, nichts zu tun. Es bedeutet, sich auf eine null Verschwendung- (Energie und Ressourcen) und null Ausschuss-Strategie zu fokussieren. Denn dank der Weiterentwicklung der Anlagenfunktionen und neuer digitaler Lösungen kann beides Hand in Hand gehen.

Das ist auch eine Strategie, die, wenn sie angenommen wird, natürlich andere zentrale Herausforderungen in einem sich schnell entwickelnden Aluminiummarkt angeht:

  1. Erhöhte Nachfrage nach großen, komplexen Aluminiumbauteilen

    Komplexe Bauteile müssen „fehlerfrei“ sein, um höhere Anforderungen an die mechanische Leistung zu erfüllen. Dabei müssen hohe Festigkeit und Steifigkeit mit dem geringstmöglichen Gewicht kombiniert werden. Sie bringen aber auch praktische Herausforderungen mit sich. Wenn Sie beispielsweise Teile manuell zerkleinern müssen, damit sie in Ihren Ofen passen um wieder eingeschmolzen zu werden, kann dadurch Zeit- und Personalaufwand verschwendet werden. Eine Antwort auf diese Herausforderung zu finden war ein Hauptanliegen bei der Entwicklung des BigStruc von StrikoWestofen – ein Schmelzofen speziell für große Bauteile.

  2. Kürzere Entwicklungszyklen und schneller Technologiewandel

    Diese beiden Faktoren führen dazu, dass neue Gießereianlagen oft viel schneller vom Zeichenbrett in die Produktion gehen, so dass jegliche Verschwendung (Ineffizienz) zum Stolperstein wird. In der Zwischenzeit muss alles, was zu Verzögerungen in der Lieferkette führen könnte, einschließlich Qualitätsproblemen, die zu spät erkannt werden, identifiziert und angegangen werden, um die Effizienz zu maximieren. 

  3. Nachhaltige Produktion

    Nachhaltige Produktion bedeutet mehr, als den Energieverbrauch und die Kosten zu senken. Nachhaltige Produktion bedeutet auch, Faktoren zu eliminieren, die die langfristige Produktion gefährden – ungeplante und unnötige Ausfallzeiten fallen in diese Kategorie. Gießereien müssen sich auf Lösungen konzentrieren, die Verschwendung vermeiden, die Betriebszeiten optimieren und die Produktion von Anfang an richtig angehen.

  4. Für Norican und unsere vier Technologiemarken – StrikoWestofen, Italpresse Gauss, DISA und Wheelabrator gilt: Wir betrachten den gesamten Prozess vom Schmelzen bis zur Teilebearbeitung, um Innovationen und Lösungen zu entwickeln, die unseren Kunden helfen, ihre Ambitionen in Bezug auf Null-Verschwendung und Null-Ausschuss zu erreichen.

Kontinuierliche Verbesserung – vom Ofen bis zum fertigen Guss

Die Nutzung der richtigen Ausstattung und digitalen Lösungen kann einen großen Unterschied in der Effizienz und Effektivität des Betriebs ausmachen. Wir haben eine kurze Tour durch die Aluminiumgießerei gemacht, um Ihnen die möglichen Verbesserungen und deren Erreichung aufzuzeigen.

Die komplette Druckgussgießerei

mit Schmelz- und Dosiertechnologie von StrikoWestofen, Druckgusstechnologie von Italpresse Gauss und LBS Durchlauf-Strahlanlagen von Wheelabrator.

1. Abschnitt 1 – Schmelzen und Dosieren

Eliminierung von Energie- und Metallverschwendung: optimierte Ofeneffizienz

Das Schmelzen von Aluminium ist extrem energieintensiv. Allein der Schmelzbetrieb kann bis zu 77 % des Gesamtenergieverbrauchs in einer Druckgießerei ausmachen.

Zudem ist es ein Prozess, der anfällig für Metallverluste ist. Abhängig von der jeweiligen Aluminiumlegierung kann ein Metallverlust von nur 1 % einer jährlichen Schmelzleistung von 5.000 Tonnen zu einem finanziellen Verlust von ungefähr 85.000 USD führen.

Der Einsatz energieeffizienterer Technologien, automatisierter Systeme, die die Produktion agiler und und weniger abhängig von manuellen Eingriffen machen, sowie Lösungen, die speziell zur Maximierung der Metallausbeute entwickelt wurden, stellen daher eine bedeutende Möglichkeit dar, enorme Mengen an Energie und Geld zu sparen.

Mit einem niedrigsten gemessenen Energieverbrauch von nur 489 kWh/t und einer Metallausbeute von nahezu 100 % (99,75) ist der StrikoMelter der effizienteste Schmelzofen auf dem Markt. 

StrikoWestofens Part Load Efficiency Control (Teillast-Effizienz-Steuerung) steigert die Effizienz des Schmelzprozesses – insbesondere bei geringer Auslastung – durch Optimierung des Schmelzens und Warmhaltens über längere Zeiträume und Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 20 %. 

Zusammen helfen diese Lösungen Kunden, Geld und Zeit zu sparen und das Maximum aus ihren Ressourcen herauszuholen. 

 

Monitizer | Refill Monitor: Diese digitale Lösung von StrikoWestofen verwendet sensorgenerierte Echtzeitdaten, um sicherzustellen, dass Aluminium-Dosieröfen nie trocken laufen und immer zur richtigen Zeit die richtige Legierung und Menge erhalten. Dies verhindert unnötige Füllvorgänge, vermeidbare Unterbrechungen und garantiert, dass die Dosier- und Schöpföfen immer mit voller Kapazität arbeiten. 

Die Produktivität der Metallversorgung kann um bis zu 15 % steigen. Dank der Reduzierung der Ausfallzeiten und der optimierten Nachfüllzyklen wird im Durchschnitt eine Gesamtproduktivitätssteigerung zwischen 0,5 % und 1 % erzielt. Weniger Ausfallzeiten, höhere Genauigkeit, rentablere Produktion. 

Dosierung, auf die Sie sich verlassen können: Zuverlässigkeit statt Risiko

Die nächste Aufgabe besteht darin, die Risiken zu minimieren, die direkt während des Dosierprozesses auftreten können. Es gibt viele Faktoren, die diesen wichtigen Prozess beeinflussen können. Beispielsweise kann die Produktion von „hochwertigem Aluminium“ durch Oxide gefährdet werden, die während des Dosiervorgangs in die Schmelze gelangen – ein häufiges Problem bei Systemen auf Pumpenbasis. Dies kann zu Metallverlust und unerwünschten Ausschussraten führen. Ebenso wie Temperaturschwankungen. Schon geringfügige Abweichungen können Schmelzfluss- eigenschaften, Dosiergenauigkeit und Formfüllung beeinflussen. Die Auswahl eines pfannenfreien (tiegelfreien) druckgesteuerten Dosierofens mit Steigrohr, der flüssiges Metall stets von unterhalb der Badoberfläche entnimmt, hilft, das Risiko einer Metallverunreinigung und der damit verbundenen Auswirkungen auf die Qualität zu vermeiden - und spart gleichzeitig Energie.

Der tiegellose Dosierofen Westomat von StrikoWestofen verbraucht nur ein Drittel der Energie, die ein klassisches Löffelsystem benötigt, und begrenzt den Metallverlust auf nur 0,06 %. Er reduziert Temperaturschwankungen auf ein Minimum und hat aufgrund minimalem Wartungsbedarf und seiner Langlebigkeit eine Verfügbarkeitsrate von bis zu 98 %.

Klicken Sie hier, um zu erfahren, wie Sie Energieverschwendung beim Schmelzen von Metall und Transport von Flüssigaluminium reduzieren können.

2. Aluminiumdruckgussleistung

„Null Verschwendung, null Ausschuss” ist nicht nur ein Mantra mit Vorteilen für den Schmelzbetrieb. Um die Nachfrage größerer, häufig komplexerer Bauteile bewältigen zu können, sind Hochdruckgussmaschinen (HPDC) mit größeren Schließkräften im Bereich von 3.500 bis 5.700 Tonnen erforderlich. Das Problem ist, wenn zusätzlicher Platz für diese Riesen benötigt wird, kann dies den Produktionsfluss und die Produktionskapazität beeinträchtigen. Verschwendeter Platz kann effektiv mit verlorenem Potenzial gleichgesetzt werden.
Außerdem müssen solche Maschinen extrem dichte Formschlüsse aufweisen, um Ausschuss und vermeidbare Grate zu eliminieren und eine hohe Wiederholgenauigkeit der Teile (null Ausschuss) zu gewährleisten.

Die kompakte Lösung ohne Kniehebel

Italpresse Gauss bietet kompakte, digitalfähige HPDC-Maschinen ohne Kniehebel mit starren, dichten Schließeinheiten und einem Schließkraftbereich von 1000 bis 5700 Tonnen – mit dem Vorteil größerer Kraft und größerer Platten, ohne zusätzlichen Platz in der Gießerei zu beanspruchen. 

Ziehen Sie automatisierte Gießzellen in Betracht

Die Einsparung von kostbarem Platz bei gleichzeitiger Steigerung der Produktivität und Flexibilität ist entscheidend, um die schiere Vielfalt an Teilen zu bewältigen, die heute in Aluminium gefragt werden. Das ist eine Herausforderung, die von vollautomatisierten Lösungen im Hochdruck-, Niederdruck- und Schwerkraftdruckguss gut gemeistert wird.

Neben der engen Kopplung des Dosier-, Injektions- und Gussextraktionsprozesses, kann die Automatisierung von Gusszellen erweitert werden, um untergeordnete Aufgaben wie Metallgießen, Sprühen des Schmiermittels, Einsetzen der Auskleidung, Extrahieren und Markieren von Teilen zu erledigen – alles ganz nach Bedarf.

Zusammen mit den Möglichkeiten, die digitalen Überwachungs- und Prozessoptimierungslösungen (siehe Abschnitt 4) bieten, kann dieser End-to-End-Ansatz den Aluminiumdruckguss beschleunigen und gleichzeitig Fehlerquellen beseitigen.

Die komplette Aluminiumgießerei

Die automatisierten Arbeitszellen von Italpresse Gauss wurden so konzipiert, dass sie die Zykluszeit und die Gussqualität bei geringerer Energieverschwendung optimieren und Peripheriegeräte wie den Westomat Dosierofen von StrikoWestofen nahtlos integrieren. 

Der Westomat benötigt nur ein Drittel der Energie, die automatische Löffelsysteme verbrauchen, und reduziert gleichzeitig den Metallverlust um etwa 80 % im Vergleich zu einem Warmhalteofen mit Löffel.

Nach dem Gießen folgt die Oberflächenbearbeitung.

 

Grünsandguss für Aluminium

Nicht nur Druckgussgießereien können von einem Null-Verschwendung- und Null-Fehler-Ansatz beim Aluminiumguss profitieren. Es gibt auch eine Fülle von Möglichkeiten für Grünsandgießereien, die ihren Betrieb optimieren möchten.

Wenden Sie sich an DISA, um Ratschläge zur Optimierung von Aluminiumgrün sandguss zu erhalten, egal, ob Sie Schwerkraft- oder Niederdruckgussverfahren anwenden. Unabhängig von Produktionsvolumen und Geschwindigkeit.

3. Kugelstrahlen von Aluminium

Oberflächenbearbeitungs- und Reinigungsvorgänge stehen nicht immer im Vordergrund, wenn nach Verbesserungsmöglichkeiten für Aluminiumdruckgussvorgänge gesucht wird. Aber warum sollten Sie Ihren optimierten Prozess auf der Zielgeraden vernachlässigen und nicht das volle Potenzial ausschöpfen? Insbesondere wenn sich mehr Vorteile in Bezug auf Null Verschwendung, Null Ausschuss erzielen lassen.
In der Aluminiumproduktion sind leichtere, flexiblere und kompaktere Strahlanlagen gefragt. Die gewählten Lösungen sollten speziell darauf ausgelegt sein, große Strukturbauteile aus Aluminium mit komplexen Innenflächen effizient zu reinigen. Leichte Aluminiumteile können auch dünne Wandstärken aufweisen, wodurch sie anfällig für Verformungen sind. Unabhängig davon, ob Sie einen Luft- oder Radstrahlprozess verwenden, ist eine präzise Steuerung unerlässlich, um Schäden zu vermeiden.

Die Strahlanlagen von Wheelabrator für Aluminium lassen sich in enge Zellenlayouts integrieren und bieten ein kompaktes, nahtloses Material- und Werkstückhandling mit einer flexiblen Konstruktion, mit der Anlagen schnell bewegt und an sich schnell ändernde Produktionsanforderungen angepasst werden können.

Die Stellfläche wird maximiert, Ausfallzeiten werden minimiert und dank innovativer Technik, die auf präzises Strahlen, Entzundern, Entgraten und Reinigen von Aluminiumteilen zugeschnitten ist, wird die Qualität der fertigen Teile optimiert.

Digitale Transformation für den Druckguss

Industrie 4.0 nutzen

Industrie 4.0 und IIoT-Technologien bieten eine neue Möglichkeit, Daten aus mehreren Quellen zu sammeln und zu synchronisieren, um einen vollständigen Überblick über den Gießereibetrieb zu erhalten, und anschließend die Gießereiprozesse so zu koordinieren, dass sie perfekt harmonieren, um die Produktivität zu steigern.

In der Tat berichten die Berater von McKinsey, dass eine gießereiweite digitale Sichtweise zu zweistelligen Produktivitätssteigerungen führen kann. Eine noch bessere Nachricht ist, dass die Übernahme solcher Technologien nicht schwierig sein muss. Die Möglichkeit, „mehr mit Daten zu machen”, steht allen Aluminiumgießereien offen, unabhängig von der vorhandenen Ausstattung und digitalen Infrastruktur.

Bereit und (digital) fähig

Die meisten neuen Gießereiausrüstungen – von Öfen und Druckgussmaschinen bis zu Oberflächenveredelungsanlagen – verlassen die Fabrikhalle jetzt digital befähigt, d. h. bereit sich zu vernetzen um Daten zu sammeln, zu analysieren und zu überwachen.

Bestehende Anlagen, bei denen das noch nicht der Fall ist, können ihr Potenzial zum Datenaustausch ebenso freischalten. Hier kommt eine Gateway-Technologie, wie unsere eigene NoriGate- Lösung, zum Einsatz, mit der jede Maschine „IIoT-fähig” werden kann, um eine bessere Datenqualität zu liefern. Ohne in neue Anlagen investieren zu müssen, haben alle Aluminiumgießereien die Möglichkeit, Prozessdaten von lokalen Maschinen und Sensoren zu erfassen. Die Grundlage jeder Datenreise.

Überwachung vor Ort oder an mehreren Standorten

Anhand der gesammelten Daten können Aluminiumgießereien die Daten dann visualisieren und analysieren, um ein Echtzeit-Verständnis wichtiger Prozesse und Leistungsstufen zu erlangen – wodurch Vergleiche zwischen verschiedenen Maschinen, Gießzellen und Gießereistandorten möglich werden. Auch datenbasierte Entscheidungen für Interventionen und die Umsetzung von Verbesserungen werden so ermöglicht.

NoriGate-Technologie und unsere Cloud-basierten Monitizer Lösungen bedeuten, dass Echtzeitdaten von jedem Element Ihres Aluminiumbetriebs (ob von einer einzigen Gießerei oder einem Netzwerk von Standorten) zentral analysiert und an den von Ihnen festgelegten KPIs gemessen werden können und zwar von jedem Standort aus. Mit anderen Worten, die richtigen Leute haben jederzeit die richtigen Informationen, die sie benötigen, um die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Automatisierte Verbesserungen zur Steigerung der Rentabilität

Mit KI-gestützten Analysen und automatisierten Prozesssteuerungslösungen können auch Aluminiumgießereien ihre digitale Reise voranbringen. Solche Lösungen ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung in Echtzeit und automatische Verfahrenskorrekturen, bevor sich potenzielle Probleme entwickeln können. Mit anderen Worten, das gesamte Aluminiumgussverfahren kann kontinuierlich optimiert werden, um einen hohen Qualitätsstandard und ein hohes Produktivitätsniveau aufrechtzuerhalten.

Monitizer® | PRESCRIBE nutzt die Möglichkeiten der künstlichen Intelligenz, um alle Gießereiprozesse zu optimieren, Ausschuss zu reduzieren und den Gewinn zu steigern. Es findet die Einstellungen, die die höchste Ausbeute und die stabilste Produktion liefern, und behält dann Ihre gesamte Produktionslinie mithilfe von Echtzeitempfehlungen zu den Prozessparametern in diesem optimalen Bereich.

Mit solchen digitalen Werkzeugen können Aluminiumgießereien Störungen beseitigen, Ausschuss drastisch reduzieren und Ausfallzeiten minimieren. Alles dank der einen Sache, die alle Gießereien bereits im Überfluss haben. Daten. Es geht nur darum, deren Potenzial voll auszuschöpfen.

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