Die Vakuumimprägnierung wurde vor über 70 Jahren entwickelt, um Porosität in Metallgussteilen zu versiegeln. Während die Nachfrage nach dieser Technologie in dieser Zeit gestiegen ist, blieb das Verfahren von den 1950er Jahren bis Anfang des 21. Jahrhunderts im Wesentlichen unverändert. Dann kam der Wendepunkt für diese Technologie. In weniger als zwei Jahrzehnten wurden erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Sicherheit und Produktionsqualität erzielt.
Vakuum-Imprägnierung: Eine kurze Geschichte
Die Vakuumimprägnierung wurde in den 1950er Jahren entwickelt, um innere, zusammenhängende Porositäten zu versie-geln, die beim Gießen oder Formen von Metallteilen entstehen. Das Verfahren versiegelt die Porosität, ohne die Abmessungen oder die funktionalen Eigenschaften des Gussteils zu verändern. Das Verfahren ermöglicht die Verwendung von Teilen, die sonst verschrottet würden. Das Verfahren hat sich in verschiedenen Branchen schnell durchgesetzt, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Es wurde zur bevorzugten Methode, um das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen unter Druck zu verhindern.
Bei der herkömmlichen Vakuumimprägnierung wird ein Stapelsystem verwendet, bei dem die Arbeiter mehrere Teile zur Bearbeitung in große Körbe laden (Bild 1). Dieser Ansatz hat in der Regel eine Zykluszeit von 30–40 Minuten. Um die Produktivität zu erhöhen, können die Bediener die Prozessausrüstung vergrößern, was jedoch häufig mit einer Verringerung der Qualität des Endprodukts und der Prozesssicherheit einhergeht.
Wie Vakuumimprägnierung funktioniert
Zur Versiegelung von Gussporositäten durchläuft das Vakuumimprägnierverfahren vier Stationen:
- Imprägnierkammer. Der Bediener schliesst die Kammer und zieht ein Vakuum. Dadurch werden die Luft in der Porosität und der Leckagepfad in der Gusswand entfernt. Dann werden die Teile mit dem Imprägniermittel bedeckt, und es wird Überdruck angelegt. Es wird mehr Energie benötigt, um die Porosität mit dem Imprägniermittel zu durchdringen, als um die Luft zu evakuieren. Anschließend lässt der Bediener den Druck ab und entleert die Kammer.
- Rückgewinnung überschüssigen Imprägniermittels. Der Bediener entfernt überschüssiges Imprägniermittel durch Schwerkraft, Rotation oder Zentrifugalkraft.
- Wasch-/Spülstation. Anschließend wäscht der Bediener das restliche Dichtmittel von den inneren Durchgängen, Gewindebohrungen, Taschen und Merkmalen des Teils ab.
- Aushärtungsstation. Zum Schluss polymerisiert der Bediener das eingebrachte Imprägniermittel im Leckagepfad.
Sicherheits- und Qualitätsaspekte
Im Laufe der Jahre wurde die Vakuumimprägnierung standardisiert, während andere Fertigungsverfahren (z. B. Bearbeitung, Dichtheitsprüfung und Montage) modernisiert wurden. Diese anderen Arbeitsgänge wurden zellularer, automatisierter, ergonomischer, sicherer für die Bediener und effizienter. Die Vakuumimprägnierung blieb jedoch ein manueller Prozess mit erheblichen Sicherheitsbedenken.
Einige der Sicherheitsbedenken:
- Aus offenen Tanks treten heiße Dämpfe mit erhöhten VOC-Werten aus, die gesundheitliche Probleme verursachen können.
- Systemkomponenten wie Ketten von Hebezeugen, Tankdeckel, Verriegelungsringe und Kettenantriebe können Verletzungen verursachen.
- Teilekörbe sind sperrig und schwer, und ihr Transport kann den Körper des Bedieners belasten oder bei falscher Handhabung zu Verletzungen führen.
- Offene Module können die Sicherheit des Bedieners gefährden. Ein Bediener könnte zum Beispiel mit Imprägniermittel bespritzt werden oder in einen offenen 800-Gallonen-Behälter mit 90 °C heißem Wasser fallen.
Probleme mit der Qualität
Batch-Imprägniersysteme sind auch anfällig für Qualitätsprobleme. Dazu gehören:
- Komplexe Gussteile sind schwer zu imprägnieren. Große Chargen können nicht ausreichend gewaschen und gespült werden, was zu einer erhöhten Verunreinigung mit Imprägniermitel führt, wodurch viele Teile unbrauchbar werden oder ihre Verwendung in der Montage gefährdet ist.
- Die Wahrscheinlichkeit menschlichen Versagens ist hoch. Der Bediener könnte den Korb falsch packen oder Verarbeitungsschritte auslassen, wodurch die Teile möglicherweise beschädigt werden.
Bis Mitte der 1980er Jahre wickelten die meisten Automobilhersteller das Vakuumimprägnierverfahren im eigenen Haus ab. Angesichts der schlechten Sicherheits- und Qualitätsbilanz von Batch-Systemen lagerten viele OEMs den Prozess an Drittanbieter aus. Auf diese Weise konnten die OEMs das Risiko mindern und sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren.
Neuausrichtung der Vakuumimprägnierung
In den frühen 2000er Jahren versuchten viele Erstausrüster, die Vakuumimprägnierung ins Haus zu holen, um die Nachfrage nach leichteren Aluminiumteilen zu befriedigen, die nach der Verschärfung der Vorschriften zur Kraftstoffeffizienz und dem daraus resultierenden Druck, kraftstoffeffizientere Fahrzeuge zu produzieren, in großem Umfang zunahm.
Die Vakuumimprägniersysteme wurden daher modernisiert, um den Anforderungen der neuen Produktionsumgebung gerecht zu werden. Anstelle großer, von oben beladener Chargensysteme sind die neuen Anlagen so konzipiert, dass sie von vorne beladen werden können. Sie können auch nur einzelne Teile oder eine kleine Anzahl von Gussteilen verarbeiten.
Die Roboterhandhabung ermöglicht eine kontinuierliche Bewegung der Teile zwischen den einzelnen Stationen. Die Robotertechnik verkürzt die Zykluszeiten und verbessert die Gesamtzykluszeit und das Produktionsvolumen.
Die automatisierte Imprägnierungstechnologie hat zur Entwicklung kompakter, manuell betriebener Systeme geführt. Dadurch können Erstausrüster die Vakuumimprägnierung zu einem Bruchteil der Kosten im eigenen Haus durchführen. Diese neuen Systeme sind kleiner als Batch-Systeme, und der modulare Aufbau ermöglicht es, sie in andere Produktionsabläufe zu integrieren.
Der Bediener eines modernen Vakuum-Imprägniersystems ist sicherer als je zuvor, da er durch in sich geschlossene Module vor dem Kontakt mit Dichtungsmitteln und heißen Flüssigkeiten geschützt ist. Absaugungen fangen den Wasserdampf in der Abluft auf und leiten ihn durch eine Leitung zur Wiederverwendung zurück. Dank der verbesserten Ergonomie kann der Bediener eine leichte Fixtur auf einer Plattform in jedes Modul schieben, wodurch die Verletzungsgefahr beseitigt wird.
Verbesserte Produktion und Qualität
Die Neugestaltung der Vakuumimprägniersysteme hat auch die Rückgewinnungsraten und Zykluszeiten verbessert. Die alten Grosssysteme sind kleineren, effizienteren Systemen gewichen, was zu einer höheren Produktivität und Qualität geführt hat.
Die neuen Anlagen wurden so konzipiert, dass sie mit einem automatisierten und wiederholbaren Prozess arbeiten. Mit Hilfe von Robotern können die Teile automatisch imprägniert werden, was die Möglichkeit menschlicher Fehler verringert. Die Stationen sind in der Lage, die Anforderungen der neuen Fertigungsumgebung an die Bediener zu erfüllen. Anstelle großer, von oben beladener Chargensysteme sind die neuen Anlagen so konzipiert, dass sie von vorne beladen werden und nur einzelne Teile oder eine kleine Anzahl von Gussteilen verarbeiten.
Die Roboterhandhabung ist inte-griert, und die Roboterarme ermöglichen eine kontinuierliche Bewegung der Teile zwischen den einzelnen Stationen. Die Robotertechnik verkürzt die Zykluszeiten und verbessert die Gesamtzykluszeit und das Produktionsvolumen.
Die Weiterentwicklung der automa-tisierten Imprägniertechnik umfasst die Entwicklung kompakter, manuell bedienbarer HMI und Zyklusstatusleuchten, die Prozessdaten und Fehlerdiagnosen in Echtzeit anzeigen.
Zusammenfassung
Im 21. Jahrhundert werden die Unternehmen weiterhin mit anspruchsvollen Designstandards, weniger Ressourcen und kürzeren Zykluszeiten zu kämpfen haben. Diejenigen, die erfolgreich sind, werden dies durch die Steigerung von Produktivität, Qualität, Durchsatz und Kostensenkung erreichen.
Batch-Vakuumimprägniersysteme werden in einigen Bereichen der Indus-trie immer noch eingesetzt, aber sie sind bei hohen Stückzahlen und in modernen Umgebungen nicht mehr wettbewerbsfähig. Die heutigen Vakuum-Imprägniersysteme werden den Bedienern weiterhin Sicherheit bieten, mit steigenden Produktionsmengen und der anhaltenden Wirksamkeit bei der Versiegelung von Gussporosität.