Gussteile aus Kupferwerkstoffen Ressourceneffizienz im Lost-Foam-Verfahren

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1 16. März 2017 Gussteile aus Kupferwerkstoffen Ressourceneffizienz im Lost-Foam-Verfahren EUMICON Enquete 2017, Wien

2 Überblick 1. Herstellung von Bauteilen aus Kupferwerkstoffen 2. Das Lost-Foam-Gießverfahren Bauteil-Design Fertigungsschritte 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Forschungsvorhaben EnerGuss (Förderprogramm BayINVENT) 4. Ausblick und Zusammenfassung Die Arbeiten wurden mit Mitteln des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie im Programm Förderung innovativer Energietechnologien und der Energieeffizienz (BayINVENT) gefördert. Die Wieland-Werke bedanken sich für die gute Zusammenarbeit.

3 1. Herstellung von Bauteilen aus Kupferwerkstoffen Bauteil Funktion Kosten Design Werkstoff Fertigungsverfahren

4 1. Herstellung von Bauteilen aus Kupferwerkstoffen Gießerei-Einsatz Schmelzen und Gießen Warm-Umformen Kalt-Umformen Halbfabrikat Warm-Umformen und Trennen (Zerspanen)

5 1. Herstellung von Bauteilen aus Kupferwerkstoffen Gießerei-Einsatz Schmelzen und Gießen Warm-Umformen smart production?! Kalt-Umformen Halbfabrikat Warm-Umformen und Trennen (Zerspanen)

6 2. Lost-Foam: Bauteil-Design Steckbrief: Gewicht: ca. 100 g bis 100 kg größte Abmessung: ca. 1 m Aufwand für die Endbearbeitung: gering Geometrie: komplex

7 2. Lost-Foam: Fertigungsschritte Bauteilmodell aus Polystyrol Gießtraube flüssiger Überzug Trocknen Sandform Gießen Entleeren Bauteile

8 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz 1. Spezifizierung und Beschaffung von Anlagen 2. Hallen-Layout 3. Installation einer Energiedatenerfassung 4. Prozessdaten-Management 5. Maßnahmen Grundsätzliche Verfahrensentwicklung für Kupferwerkstoffe Optimierung der Maschineneinstellungen Optimierung des Materialeinsatzes für die Bauteile Optimierung der Fertigungsabläufe

9 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Layout-Optimierung Variante Kriterium Produktionsfluss Metallfluss Flexibilität Produktion Absaugung 0 + Metall

10 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Layout-Optimierung und Prozessdaten-Management kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh Fertigungsauftrag: Datum Uhrzeit Tätigkeit Energiebedarf

11 Energiebedarf, kwh 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Optimierung der Maschineneinstellungen am Beispiel Trocknungsofen: 1. Energieeffizienzsoftware 2. Berechnung des Energiebedarfs aus Anlagenparametern auf der Grundlage physikalischer Modelle 3. Optimierter Ofenbetrieb: Energiebedarf 37 % Relative Feuchte im Ofen, %rf Temperatur im Ofen, C

12 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Spezifischer Material- und Energiebedarf: Minimierung des Einsatzfaktors 4 Bauteile je Gießtraube 16 Bauteile je Gießtraube 32 Bauteile je Gießtraube Warenträger Bauteil Einsatzfaktor: 17 : 1 17 kg Schmelze für 1 kg Bauteil 5 : 1 5 kg Schmelze für 1 kg Bauteil 4 : 1 4 kg Schmelze für 1 kg Bauteil

13 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Gießsimulation: Vorhersage der technischen Machbarkeit 4 Bauteile je Gießtraube 16 Bauteile je Gießtraube 32 Bauteile je Gießtraube Poren

14 3. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Wertstromanalyse aus dem LEAN-Management: Minimierung nicht-wertschöpfender Prozess-Schritte (Vermeidung von Verschwendung ) Ausweitung auf den Energiebedarf des Gesamtprozesses Vorgehensweise: 1. Bauteildaten und Gießtraubengeometrie 2. Prozessdaten u. a. spezifischer Energiebedarf pro Bauteil 3. Identifizierung der energieintensivsten Arbeitsschritte 4. Formulierung von Maßnahmen in einem Mitarbeiter-Workshop 5. Quantitative Bewertung der Maßnahmen

15 Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Ergebnis: Energiebedarf des Gesamtprozesses in % % Gießformherstellung, Schmelzen und Gießen von Bauteilen Herstellung von Polystyrol-Modellen 20 Peripherie (Abluftanlage) 0 Ausgangszustand theoretisch optimierter Zustand

16 4. Ausblick: Motivation für die praktische Realisierung 1. Externe Rahmenbedingungen Politische Vorgaben, Gesetze und Normen Energiepreise 2. Kostenreduktion Monetärer Nutzen > Umsetzungsaufwand 3. Unternehmenspolitik Verantwortung gegenüber Natur und Gesellschaft Image und Marketing

17 4. Zusammenfassung 1. Das Lost-Foam-Gießverfahren Endkonturnahe Bauteile Wenige Arbeitsschritte smart production Eignung für Kupfer-Werkstoffe 2. Verbesserung der Material- und Energieeffizienz Theoretische Steigerung der Energieeffizienz um mehr als 40 % Digitale Hilfsmittel: Prozessdatenmanagement Simulationsrechnungen digitalisation

18 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit