Ein Hersteller von Automobilbauteilen im mittleren Westen der USA stand zunehmend unter Druck von OEM-Kunden: strengere Härtetoleranzen, höhere Mengen und strengere Prüfungen.Der alte Box-Wärmebehandlungs-Ofen konnte nicht mehr mithalten., waren die Energiekosten hoch, und die Linie konnte nicht mit der Taktzeit der automatisierten Produktionszellen mithalten.

Um dies zu lösen, beauftragte der Kunde einen speziellen, von unserem Team entworfenen und gebauten speziellen Rohr-Wärmebehandlungs-Ofen (Custom Heat Treatment Furnace, 580kW, 1100°C), der sichSchächte und andere kritische Teile aus Stahl.

Kundenerfahrung und Schmerzpunkte

Das Werk verarbeitet hauptsächlich Automobilgetriebe, -wellen und Differenzkomponenten..Im Laufe der Zeit wurden mehrere Schmerzpunkte kritisch:

• Unbeständige Härte und Mikrostruktur
  Die Temperaturuniformität war schwer zu kontrollieren, was zu spürbaren Variationen von Charge zu Charge führte.

• Hoher Energieverbrauch pro Teil
  Die ineffiziente Isolierung und das nicht optimierte Brenner-/Heizlayout bedeuteten, dass der Ofen viel Energie verbrauchte, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, was die Energiekosten erhöhte.

• Enge Engpässe in einer ansonsten automatisierten Linie
  Der Rest der Produktionslinie wurde weitgehend automatisiert (Roboterladen, Förderbandübertragung, automatische Waschung),aber der alte Ofen erforderte immer noch manuelles Be- und Entladen und häufiges Eingreifen des Bedieners.

• Begrenzter Prozesszeitraum für zukünftige Materialien
  Das bestehende System hatte Schwierigkeiten in der Nähe des oberen Endes seines Temperaturbereichs und bot wenig Spielraum für neue Legierungen oder höhere Temperaturversuche, die von der FuE gefordert wurden.

Diese Probleme führten dazu, dass das Management nach einer Lösung für Rohr-Typ-Wärmebehandlungsöfen suchte, die die Qualität stabilisieren und gleichzeitig die langfristigen Betriebskosten senken könnte.

Hauptanforderungen an den individuellen Wärmebehandlungs-Ofen

Während der gemeinsamen Bewertung und Konstruktion definierte der US-Kunde mehrere nicht verhandelbare Anforderungen:

• Installierte Leistung: 580 kW, um einen hohen Durchsatz zu gewährleisten und gleichzeitig eine stabile Temperatur bei kontinuierlicher Belastung zu erhalten.

• Höchstbetriebstemperatur: 1100°C, um aktuelle Vergasungs-/Normalisierungszyklen und zukünftige Versuche mit hohen Legierungen abzudecken.

• Vollständige Integration in die bestehende Automatisierung ∙ der Ofen muss Teile von Robotern und Fördergeräten mit wiederholbarer Positionierung und reibungsloser Übergabe annehmen.

• Energieeffizienz- und Sicherheitskonformität mit den lokalen US-amerikanischen Strom- und Sicherheitscodes in Einklang gebracht, die zukünftige Zertifizierung durch Dritte unterstützen.

• Rückverfolgbarkeit – der Wärmebehandlungs-Ofen musste mit dem MES der Anlage interagieren, Temperaturkurven, Aufbewahrungszeiten und Rezepte für jede Charge erfassen.

Die 580kW spezielle Rohr-Wärmebehandlungsöfenlösung

Auf der Grundlage dieser Anforderungen lieferten wir einen speziellen kundenspezifischen Rohr-Wärmebehandlungs-Ofen, der wie folgt konfiguriert ist:

1. Mehrzonen-Rohrkonstruktion und Temperaturregelung

   • Eine mehrzonige Rohrkammer mit unabhängig gesteuerten Heizzonen zur Feinabstimmung des Temperaturprofils entlang der Ofenlänge.

   • Maximale Betriebstemperatur von 1100°C, was dem Prozess Raum für die Vergasung, Normalisierung und die Hochtemperatur-Temperung gibt.

   • Hochpräzise Thermoelemente in Kombination mit PID-Steuerung zur Aufrechterhaltung einer strengen Temperaturgleichheit und zur Verringerung der Härteverteilung zwischen den Teilen.

2. Energieoptimierung und Sicherheitsmerkmale

   • Erweiterte Isolierung und optimierte Aufteilung der Heizelemente zur Minimierung des Wärmeverlustes und Verbesserung der effektiven Nutzung der installierten Leistung von 580 kW.

   • Reservierte Schnittstellen für die Schutzatmosphäre und die Abgasbehandlung zur Unterstützung einer sauberen Verarbeitung und Emissionskontrolle.

   • Mehrere Sicherheitsschlösser an Türen, Übertemperatur- und Stromkreisen, um die US-Sicherheitsnormen zu erfüllen und die Genehmigung durch lokale Inspektoren zu erleichtern.

3. Automatisierung und MES-Konnektivität

   • Standardisierte Schnittstellen für Roboter und Rollenförderer am Ein- und Ausgang, die das voll automatisierte Be- und Entladen von Trays/Fixtures ermöglichen.

   • PLC und HMI sind für die Kommunikation mit dem MES der Anlage konzipiert: Die Temperaturkurve, die Aufbewahrungszeit und die Rezepturdaten jeder Charge werden automatisch erfasst.

   • Das Rezeptmanagement innerhalb des kundenspezifischen Wärmebehandlungsöfen ermöglicht das schnelle Wechseln zwischen verschiedenen Komponentenarten ohne manuelle Neuprogrammierung.

Ergebnisse: Qualität, Energie und Durchsatz verbessert

Nach Inbetriebnahme und Aufstockung berichtete der US-Kunde von messbaren Verbesserungen:

• Stabilere Wärmebehandlung
  Die Härtewerte und die Gehäusetiefe für Zahnräder und Wellen wurden in den einzelnen Chargen deutlich konsistenter, die Nachbearbeitung aufgrund einer Wärmebehandlung außerhalb der zulässigen Grenzen sank deutlich.

• Niedrigere Energie- und Arbeitskosten pro Einheit
  Trotz der installierten Leistung von 580 kW reduzierte die optimierte Isolierung und Steuerung den Energieverbrauch pro Fertigteil im Vergleich zum alten Boxöfen.Die manuelle Handhabung wurde weitgehend entfernt, so dass die Betreiber überwachen können, anstatt ständig einzugreifen.

• Bessere Linienbilanz und kürzere Vorlaufzeiten
  Der kontinuierliche Durchfluss durch den Rohr-Wärmebehandlungs-Ofen entspricht nun der Zykluszeit der Vorwärtsbearbeitung und der Nachwärtswaschung und -inspektion, wodurch WIP reduziert und die Gesamtliefergeschwindigkeit verbessert wird.

The plant has since positioned this Custom Heat Treatment Furnace as a template for future line upgrades and is considering similar configurations for new production cells dedicated to higher-value components.