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Vakuumtrocknung: Alles hängt von der Pumpe ab

Viele Produktionsstraßen des Motorenwerks von VW in Salzgitter besitzen integrierte Stationen für die Reinigung von Teilen. Zu jeder dieser Stationen gehört ein System für die Vakuumtrocknung. Das Vakuum in der Vakuumkammer wird durch eine Schrauben-Vakuumpumpe von Elmo Rietschle erzeugt – eine kostengünstige und bewährte Lösung.

Elmo Rietschle case study VW image 1

Bei dem Motorenwerk in Salzgitter handelt es sich um die wichtigste Produktionsanlage für Motoren. Dort montieren die Mitarbeiter täglich bis zu 7000 Otto- und Dieselmotoren für PKWs und Nutzfahrzeuge. Die Motorenauswahl reicht von Reihenmotoren mit drei bis 16 Zylindern, V- und W-Motoren mit einer Leistung ab 55 kW.

In der mechanischen Fertigung der Anlage werden neben den Kernkomponenten von Motoren wie Zylinderkopf, Zylinderkurbelgehäuse, Kurbelwelle, Nockenwelle und Kolbenstange auch Befestigungselemente, Module und kleine Komponenten für die Motoren hergestellt.


Die immer höheren Leistungsanforderungen an moderne Verbrennungsmotoren und ihre zugehörigen Komponenten, die Festlegung strengerer Umweltschutzziele für Produkte und Herstellung sowie Strategien für Energieeinsparung im Konzern erfordern kontinuierlich die Entwicklung neuer Produktionstechnologien für die mechanische Verarbeitung. Zudem spielt die Reinheit der Komponenten für Motoren eine immer wichtigere Rolle.

Hohe Anforderungen an die Bauteilsauberkeit

Der VW-Konzern hat für jede einzelne Komponente sehr hohe Standards im Hinblick auf Bauteilsauberkeit definiert, deren Einhaltung nur mithilfe entsprechender Technologien und Verfahren für Sauberkeit möglich ist.

Das wichtigste in der Anlage in Salzgitter eingesetzte Reinigungsverfahren basiert auf der Reinigung mit Flüssigkeiten. Hier kommen über 130 Reinigungssysteme auf Flüssigkeitsbasis zum Einsatz. Viele dieser Reinigungssysteme werden für Waschprozesse verwendet, bei denen nach der Reinigung mit Flüssigkeiten eine absolute Trockenheit der Komponenten erzielt werden muss.

Bei sehr anspruchsvollen Komponenten wie Zylinderköpfen und Kurbelwellen lässt sich dies nur durch eine Vakuumtrocknung erreichen, die aus technischer und prozessorientierter Sichtweise aufgrund der komplexen äußeren Geometrie der Komponenten mit den zahlreichen Hohlräumen erforderlich wird.

Ebenso wie das Design der Reinigungssysteme ist auch das der Einheiten für die Vakuumtrocknung standardisiert. Mithilfe von Vakuumpumpen wird in der Kammer das erforderliche Vakuum erzeugt. Während der Vakuumtrocknung wird die Komponente, in deren Hohlräume und Gewindeöffnungen sich ebenso wie auf ihrer Oberfläche Restfeuchtigkeit befindet, in einer geschlossenen und versiegelten Kammer einem Vakuum ausgesetzt.

Aufgrund des Vakuumdrucks verringert sich die Siedetemperatur von Wasser. Die Restfeuchtigkeit auf der Komponente verdampft also schon bei niedrigen Temperaturen. Auf diese Weise kann das Wasser aus den Hohlräumen und von der Oberfläche entfernt und die Komponente getrocknet werden. Durch das Verdampfen der Wasserrückstände wird auch die noch in der Komponente verbliebene thermische Energie abgeleitet, wodurch als sekundärer Effekt eine Kühlung der Komponente erzielt wird.

Elmo Rietschle case study VW image 2

Ursprünglich wurden in Waschsystemen Drehschieberpumpen zur Erzeugung des Vakuums eingesetzt. In einem Reinigungssystem für Zylinderköpfe und Kurbelwellen mussten zwei Drehschieber-Vakuumpumpen mit einer ungefähren Leistung von jeweils 7,5 kW eingesetzt werden. Dies war nötig, aufgrund der Geometrie und Größe der Komponenten sowie aufgrund der kurzen Zykluszeiten der einzelnen Waschsysteme.

Peter Tomaschewski von der Wartungsabteilung im Werk in Salzgitter: „Dies führte zu einem hohen Aufwand an Zeit und Kosten, den wir verringern wollten. Vor allem angesichts von Verschleißteilen wie Ölabscheider, die separat entsorgt werden mussten. Abgesehen davon musste für die Durchführung von Wartungsarbeiten immer erst das gesamte System heruntergefahren werden.“

Die Drehschieber-Vakuumpumpen standen aufgrund der niedrigeren Lebensdauer und einer nicht zu gewährleistenden Prozesssicherheit auf dem Prüfstand. Es wurden daher alternative Pumpensysteme in Erwägung gezogen und im Jahr 2007 in der Anlage in Salzgitter getestet, die sich als sehr effizient erwiesen.


Performance of S-VSI

Dank der hervorragenden Vakuumleistung von S-VSI verringert sich der Zeitaufwand für die Trocknung der gereinigten Teile um 25 %

Comparative costs of dry running screw vacuum pump and oil-lubricated vacuum pump

Vergleichbare Kosten für trockenlaufende Schraubenvakuumpumpen und ölgeschmierte Vakuumpumpen

Kürzere Trocknungszeit, niedrigerer Energieverbrauch

Nach einer detaillierten Überprüfung des Markts und langen Testphasen, die von Gardner Denver intensiv unterstützt worden, fiel die Entscheidung für die Anschaffung der ölfreien Schraubenvakuumpumpe S-VSI 300 von Elmo Rietschle/Gardner Denver.

Die trockenlaufende Pumpe erfüllt ihre Aufgabe ohne jegliche Ölzufuhr und bietet ein maximales Endvakuum von 0,1 mbar (absolut) bei einer Vakuumkapazität von bis zu 360 m3/h. Dies bietet gute Bedingungen für kürzere Evakuierungszeiten, die für eine Trocknung bei der Serienproduktion unverzichtbar sind.

Dank der Technologie für Schraubenvakuumpumpen lassen sich hier deutliche Verbesserungen und Einsparungen erzielen. Die Anzahl der pro System erforderlichen Vakuumpumpen konnte von zwei auf eine Einheit reduziert werden, da die Schraubenvakuumpumpe effizienter und sicherer ist. Somit ließ sich auch der Energieverbrauch auf eine Motorleistung von ungefähr 7,5 kW pro Waschsystem verringern.

Selbst die Gesamtlebensdauer der Pumpen ist sehr zufriedenstellend. Die höheren Anfangsinvestitionen amortisieren sich aufgrund der geringeren Zahl an Ausfallzeiten des Systems und dem erheblich verringerten Wartungsaufwand. Die Schraubenvakuumpumpen besitzen ein Wartungsintervall von 7500 Betriebsstunden, was dem Dreifachen der bisherigen Drehschieberpumpen entspricht.

 

Peter Tomaschewski erwähnt auch weitere Vorteile des neuen Pumpensystems: „Aus Sicht des Umweltschutzes ist ein ölfreier Betrieb von Pumpen sehr wünschenswert, da wir nun nicht mehr große Mengen an verbrauchtem Öl und Ölabscheiderelementen entsorgen müssen. Dank der ölfreien Pumpen hat sich sogar die Luftqualität im Werk deutlich verbessert, was an den nun fehlenden Öldämpfen der bisher verwendeten Drehschieberpumpen liegt.“

Gemeinsame Initiative für Verbesserungen: Pumpen mit Rücklaufkühlung

Pumpe S-VSI 300 mit integrierter Rücklaufkühlung


Die Zusammenarbeit funktionierte so gut, dass Elmo Rietschle auf Bitte von Volkswagen auch eine kundenspezifische Variante der S-VSI 300 entwickelte. Sven Finger von der Planning Cleaning Technology in der VW-Abteilung für Motorplanung in Salzgitter: „Wir suchen immer nach Möglichkeiten zur Optimierung. Normalerweise ist bei Pumpen ein Anschluss für Kühlflüssigkeit erforderlich. Gelegentlich lässt sich dieser allerdings nur sehr schwer realisieren. In diesen Fällen verwenden wir Pumpen mit einer Umlaufkühlung.“

Bei dieser Variante installierte Elmo Rietschle einen Luft-/Wasserkühler, sodass die Pumpe als „Plug-and-Play-Lösung“ ohne externe Kühlmittelzufuhr verwendet werden konnte.

 

Da Volkswagen in allen seinen Anlagen dem Prinzip der „Best Practice“ folgt, wurden die Pumpen von Elmo Rietschle nicht nur im Teilereinigungssystem in Salzgitter installiert. Die Schraubenvakuumpumpen kommen auch in den VW-Werken in China, Mexiko und Polen zum Einsatz.

Mehrwert im Überblick

  • Trockenlaufende Vakuumpumpen ohne Ölzufuhr mit ausreichender Vakuumkapazität und Endvakuum für kürzere Evakuierungszeiten bei Trocknung in Serienproduktion
  • Geringerer Energieverbrauch und niedrigere Wartungskosten, da statt 2 Pumpen nur 1 Schraubenvakuumpumpe pro System erforderlich
  • Längere Wartungsintervalle, nachweisbar weniger Ausfälle und höhere Lebensdauer der neuen Pumpen
  • Kundenspezifische Anpassung durch Installation einer Rücklaufkühlung mit Elmo Rietschle als „Plug-and-Play-Lösung“ ohne externe Kühlmittelzufuhr
  • Modelle mit integrierter Kühlung wurden unternehmensweit gemäß dem Prinzip der „Best Practice“ zum Standard und werden auch in anderen Werken eingesetzt
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