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Pantatec / Eggersmann Strahlen und Entfetten in einem Arbeitsgang

| Autor / Redakteur: Katrin Köppen / M.A. Frauke Finus

Strahlen mit metallischem Strahlmittel in Schleuderrad-Strahlanlagen wird von jeher als Standardverfahren in der Oberflächenbehandlung von Metallen eingesetzt. Pantatec beschäftigt sich mit dem Aspekt, der Strahlverfahren von Beginn an stören und negativ beeinflussen kann: Kontamination des Strahlprozesses durch Öle und Fette.

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Oberflächen, die mit Betriebshilfsstoffen (Öl, Kühlschmiermittel) verunreinigt sind, führen beim Strahlen zu Schwierigkeiten.
Oberflächen, die mit Betriebshilfsstoffen (Öl, Kühlschmiermittel) verunreinigt sind, führen beim Strahlen zu Schwierigkeiten.
(Bild: Pantatec)

Strahlen mit metallischem Strahlmittel in Schleuderrad-Strahlanlagen wird zum Beispiel für folgende Anwendungen genutzt:

  • Reinigungsstrahlen zur Oberflächenvorbereitung für Korrosionsschutzbeschichtungen
  • Herstellung des Oberflächenfinishs im Bereich Gießerei, Härterei und Umformung
  • Oberflächenbehandlung zur Kaltverfestigung von Metallen

Beim sogenannten Pantatec-Verfahren werden durch die einfache Zugabe eines Additivs störende Öle und Fette von metallischen Oberflächen abgelöst, gebunden und aus dem Prozess ausgeschieden. So können auch fettige Metalloberflächen problemlos gestrahlt und sogar direkt beschichtet werden.

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Neben diesem Ziel, sehr saubere metallische Oberflächen herstellen zu können, haben sich in der Praxis der vergangenen Jahre weitere Effekte gezeigt. Diese sind ab und an sogar ausschlaggebend für die Implementierung des Pantatec-Verfahrens geworden.

Betrachtung der OEE ist ein wichtiger Faktor

Die Gesamtanlageneffektivität (GAE oder auch OEE-Overall Equipment Effectiveness) ist bei der betriebswirtschaftlichen Bewertung von Fertigungsprozessen ein sehr wichtiger Faktor. Dies gilt natürlich auch für die Betrachtung der Strahlprozesse als Teilverfahren bei der gesamten Oberflächenbehandlung. Konkret geht es im Bereich Strahlprozesse um die Vermeidung von Verlusten bei der Qualität der Strahlergebnisse, zum Beispiel erreichbarer Strahlgrad und Rauhtiefe, der Abtragleistung der Strahlanlage, zum Beispiel Arbeitsgeschwindigkeit der Linie oder Zykluszeiten, und der Verfügbarkeit der Strahlanlagen zur Produktion. Die unkontrollierte Einschleppung von öligen, fettigen Hilfs- und Schmierstoffen aus vorangegangenen Fertigungsschritten stört Strahlprozesse und ihre Ergebnisse erheblich.

Herkömmliches Strahlen kann jedoch Öle und Fette nicht entfernen. Diese schmierigen Rückstände reichern sich im Strahlmittel und in der Strahlanlage an oder verbleiben auf den gestrahlten Oberflächen. Es entstehen beim Strahlen ölig-klebrige Strahlstäube, die vorzeitig die wichtigen Filterelemente der Staubabsaugung verstopfen. Die Reinigungsleistung von Windsichter und Staubabsaugung sinkt dramatisch und kollabiert schließlich. Schmutz, Staub und Unterkorn werden nicht mehr ausgeschieden. Das Betriebsgemisch wird immer feiner, schmutziger und schmieriger.

Zuviel Staub und Körnung führt zum Verlust der Strahlleistung

Zuviel Staub und Körnung kleiner 0,2 mm im Betriebsgemisch, zum Beispiel von ursprünglich S330, 0,8 bis 1,25 mm, führt zum Verlust der Strahlleistung um bis zu 90 %. Der Verbrauch an elektrischer Energie bleibt jedoch gleich hoch. Die Strahlzeiten müssen verlängert werden. Die Stückkosten steigen deutlich. Es ist schwierig beziehungsweise unmöglich den erforderlichen Reinigungsgrad (zum Beispiel SA 2,5) und die erforderliche Rauhtiefe sicher einzuhalten. Der Anlagenverschleiß steigt mit erhöhtem Feinst- und Staubanteil im Betriebsgemisch erheblich. Erfahrungswerte zeigen, dass 2 % mehr Staub im Betriebsgemisch zu etwa 50 % mehr Verschleiß führen. Die Problematik unnötiger Kosten für zu häufigen Stillstand der Strahlanlage aufgrund von Wartungsarbeiten und für zu viele Ersatzteile ist hinlänglich bekannt. Darüber hinaus entsteht eine sehr hohe Brand- und EX-Gefahr durch viel öligen Strahlstaub, was die Betriebssicherheit weiter verschlechtert. Normales Strahlen entfernt nur Zunder, Schmutz, Oxidschichten, Rost, etc. Also müsste eigentlich vor dem Strahlen gründlich gereinigt werden (Waschen und Trocknen).

Mit dem Pantatec-Verfahren erledigt man direkt während des Strahlprozesses zusätzlich die Entfernung von öligen und fettigen Rückständen von metallischen Oberflächen, vom Strahlmittel und von der Strahlanlage. Diese Verunreinigungen werden abgelöst, gebunden und über die Windsichtung mit Staubabsaugung und Filter aus dem Prozess entfernt. Eine sehr gute Reinheit ist erreichbar, bis hin zur vollflächigen Benetzbarkeit der gestrahlten Oberflächen mit Wasser, das heißt eine Oberflächenspannung 70 mN/m.

Dieser getunte Strahlprozess wird jetzt definiert, stabil und wiederholbar ausgeführt. Die wichtigen Parameter sind die ausreichende Konzentration des Additivs im Betriebsgemisch und eine vollständige Strahlbedeckung auf Werkstückoberflächen. Eigentlich die gleichen Anforderungen wie bei einer guten Waschmaschine zu Hause; ausreichend Waschmittel und richtige Menge Wasser.

Auswirkung uaf die Gesamt-Anlagen-Effektivität

Im Folgenden soll die Auswirkung des Pantatec-Verfahrens auf die Gesamt-Anlagen-Effektivität und auf die betriebswirtschaftlichen Ergebnisse an einem konkreten Beispiel aus der Praxis betrachtet werden.

Die Eggersmann GmbH aus Wardenburg entwickelt und realisiert Anlagen sowie mobile und stationäre Sondermaschinen für die Abfallwirtschaft und Wertstoff-Rückgewinnung. Bei der Maschinenproduktion werden die Bauteile und Schweißbaugruppen teilweise vor und nach der stahlbaulichen Fertigung gestrahlt. Das geschieht auf den vier eigenen, jedoch verschiedenen Strahlanlagen, sowohl auf Schleuderrad-Strahlanlagen als auch im Freistrahl-Verfahren mit Druckluft. Alle Systeme werden heute automatisch durch einen Dosierer mit dem Reinigungsadditiv versorgt. So ist sichergestellt, dass diese Produktionsanlagen stets sehr gute Betriebsbedingungen haben. Diese lassen sich hervorragend durch den Kennwert der Gesamt-Anlagen-Effektivität beschreiben, überwachen und vergleichen.

Kosteneinsparung durch effizienteren Oberflächenprozesses

Die Gesamt-Anlagen-Effektivität (GAE oder auch OEE-Overall Equipment Effectiveness) wird definiert durch drei Hauptfaktoren:

1. Leistungsfaktor, wird mitbestimmt durch: Die Kornverteilung des Betriebsgemisches, den Bedeckungsgrad beim Strahlen, die mögliche übertragbare kinetische Energie, die Wirksamkeit von Sichtung, Staubabsaugung und Filter

2. Qualitätsfaktor, wird bestimmt durch: So wenig wie möglich Reststaub, saubere Oberflächen ohne Fett, erreichbare Soll-Rauhtiefe

3. Verfügbarkeitsfaktor, wird bestimmt durch: Die Strahlanlage als solche, Verfügbarkeit „der Strahlergebnisse wie gewünscht“ auf Knopfdruck, Stillstand durch Reparatur, Wartung, Ausfall, Brand und EX.

Der Kennwert der Gesamt-Anlagen-Effektivität wird durch die Multiplikation der Einzelfaktoren gebildet und kann schließlich als Prozentangabe zur Beurteilung von Produktionsanlagen benutzt werden. Verbesserungspotentiale können so einfach und eindrücklich identifiziert werden. Für eine der bestehenden vier Strahlanlagen hatte man bei Eggersmann einen Maschinenstundensatz von etwa 95 Euro pro Stunde ermittelt. Diese Anlage war die erste im Betrieb und wurde anfänglich auf herkömmliche Weise, also ohne das Pantatec-Verfahren betrieben.

Die geforderte Qualität der gestrahlten Oberflächen konstant erreichen

Der Betrieb dieser Strahlanlage war gekennzeichnet durch die vorher beschriebenen Beeinträchtigungen und deshalb nicht zufriedenstellend wirtschaftlich. Es gab Schwierigkeiten die geforderte Oberflächenqualität herzustellen. Die Werkstücke durchliefen die Anlage mit teilweise um 50 % reduzierter Geschwindigkeit. Außerdem gab es Unterbrechungen der Produktion, um technische Schwierigkeiten zu beseitigen, wie verstopfte Bunkerausläufe, Austausch verklebter Filterpatronen oder Wechsel von vorzeitig verschlissenen Elementen der Schleuderräder.

Die Ergänzung des Strahlprozesses durch das Additiv-Verfahren führte bereits nach sehr kurzer Zeit zu einer erheblichen Verbesserung der Betriebsparameter. Die eingeschleppten Verunreinigungen wurden schnell und effektiv durch das Zusammenspiel des Additivs mit der Absauganlage aus dem System entfernt. Die Strahlanlage konnte nunmehr mit dem gleichbleibend definierten und sauberen Betriebsgemisch die maximale installierte Abtragleistung erbringen. Die geforderte Qualität der gestrahlten Oberflächen in Strahlgrad, Rauhtiefe und Reinheit wurden in der vorgesehenen Durchlaufzeit konstant erreicht. Der technisch saubere Zustand der Anlage führte zu erheblich längeren Standzeiten der Komponenten und damit zu einer verbesserten Verfügbarkeit. Mithilfe der Kennwerte zur Gesamt-Anlagen-Effektivität (GAE) konnte man die betriebswirtschaftliche Verbesserung sehr gut deutlich veranschaulichen. Die GAE bildet eine wesentliche Grundlage für die Berechnung der Produktionskosten pro Stück.

Durch die Ergänzung mit dem Pantatec-Verfahren in den Strahlprozess erhöhte sich zwar der Maschinenstundensatz von rund 95 Euro pro Stunde um 10 % auf knapp 104 Euro pro Stunde. Jedoch führte dies dazu, dass die Gesamteffektivität der Anlage um mehr als 70 % verbessert wurde. Besonders durch die deutlich höhere und gleichmäßigere Abtragleistung der Strahlanlage (Leistungsfaktor) konnten die Durchlaufzeiten verkürzt werden, beziehungsweise in gleicher Zeit mehr Gutteile (Qualitätsfaktor) produziert werden.

Enorme Verbesserung der betriebswirtschaftlichen Resultate

Das war auch die Kernfrage bei der betriebswirtschaftlichen Bewertung, die sich die Kostenverantwortlichen in dem Produktionsbetrieb stellten: Wie viele Gutteile bekomme ich aus einer Strahlanlage für den von mir gezahlten Maschinenstundensatz von 95 oder 104 Euro Maschinenstundensatz? Sind es 50 oder 80 Gutteile mit den geforderten Resultaten und Eigenschaften? Wieviel von der installierten Produktionsleistung meiner Investition (Strahlanlage) kann ich jeden Tag zuverlässig zur Wertschöpfung nutzen? Dennoch durfte man auch nicht aus dem Blick verlieren, dass die Erhöhung der Gesamt-Anlagen-Effektivität nicht zum Selbstzweck wird. Der zusätzliche Aufwand muss natürlich klar geringer sein als der sicher erreichbare Zusatznutzen. Bei der Implementierung des PantaTec-Verfahrens ist diese Bedingung sehr leicht vorherzusehen und kann später immer wieder bestätigt werden.

Bei diesem Anwendungsfall bei Eggersmann waren die Stückkosten ohne die Verwendung des Pantatec-Verfahrens um rund 57 % zu teuer. Bei einem Produktionsvolumen von 1000 Stunden Strahlarbeit pro Jahr ergab sich eine jährliche Kosteneinsparung von fast 94.000 Euro. Es zeigt sich also eine enorme Verbesserung der betriebswirtschaftlichen Resultate für diesen Produktionsbereich innerhalb der Oberflächentechnik. Durch diese Untersuchung konnte sehr einfach nachgewiesen werden, dass die Investition in die Ertüchtigung des Strahlprozesses durch das Pantatec-Verfahren schlicht eine betriebswirtschaftliche Notwendigkeit darstellt. Die Verantwortlichen bei Eggersmann haben das erkannt und konsequent mittlerweile alle Strahlanlagen des Unternehmens entsprechend ausgerüstet. Das betrifft eine Hängebahn-Durchlaufanlage mit zwölf Schleuderrädern, eine Rollbahn-Anlage mit sechs Rädern und ein Freistrahlhaus mit zwei Kesseln und Strahlrohren.

Der Geschäftsführer von Pantatec Thorsten Evert erklärt: „Das Pantatec-Verfahren ist mittlerweile im zehnten Jahr für die Anwender von Strahlanlagen verfügbar. Neben dem großen Anwendungsbereich der Oberflächenvorbereitung für Beschichtungen, finden sich mittlerweile viele weitere Anwendungen, zum Beispiel in den Bereichen Produktion von Massenteilen wie Federn, Schrauben und Befestigungstechnik. In der Oberflächenbearbeitung für die Umformtechnik und der Wärmebehandlung, ebenso wie in vielen Anwendungen der Gießerei, wird das Verfahren zur Ertüchtigung und damit zur Kostensenkung der Strahlprozesse genutzt. Diese Ergebnisse sind für Außenstehende außerordentlich, für uns jedoch Tagesgeschäft bei der Implementierung in bestehende Strahlprozesse.“

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