Projekt 26631/01

Ressourcenschonung durch Wiederverwendung komplexer technischer Systeme

Projektträger

SOTEX Sondermaschinen GmbH
Am Jahnsbacher Berg 5
09392 Auerbach
Telefon: 03721/2682-11

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Dieselinjektor als komplexes technisches System wird aus ca. 25 verschiedenen Einzelteilen montiert. Die Tolerierung der Einzelteile liegt dabei im Bereich 5 µm. Eine Ursache für NIO-Injektoren können defekte Komponenten sein. Hauptverursacher für fehlerhafte Injektoren ist jedoch die Montage von Teilen bei denen die Bearbeitungsmaße an der oberen bzw. unteren Toleranzgrenze liegen. Die NIO-Injektoren werden demontiert und sämtliche Einzelteile dem Montageprozess wieder zugeführt. Eine Verbesserung der Fertigung ist nicht möglich, da diese immer gewissen Schwankungen unterliegt. Mit Hilfe einer prozessüberwachten Demontage erhöht sich die Wiederverwendungsquote der Teile um 20% bis 40%. Für eine beschädigungsfreie Demontage müssen bestimmte Prozessparameter eingehalten werden, um die Wiederverwendung der Einzelteile zu gewährleisten. Bei einer Einsparung von 8 Bearbeitungsmaschinen im Jahr, mit einer Leistung von 10 kW je Maschine, können ca. 298 Tonnen CO2 eingespart werden. Das neue Wirkprinzip liefert somit einen wirkungsvollen Beitrag zu ressourcenschonenden Fertigungsmethoden auch bei bereits hochgenauen und hochproduktiven Produktionsprozessen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBeim Lösen der Düsenverschraubung an Dieselinjektoren muss zur beschädigungsfreien Demontage eine Anpresskraft auf die Düse erfolgen. Erst nach dem Aufbringen der Anpresskraft wird die Verschraubung gelöst. Während des Lösens der Verschraubung darf die Anpressvorrichtung auf der feststehenden Düse keine Relativbewegung ausführen. Beschädigungen am Düsengrundkörper und Düsenverschraubung sind irreparabel. Zusätzlich ist es unzulässig die Anpresskraft auf die Düsenverschraubung zu übertragen. Beschädigungen an der Düsenverschraubung führen zu nicht wieder verwendbaren Teilen. Für den Einbau einer Kraftmesseinrichtung muss eine Neukonzeption der Station zum Lösen der Düsenverschraubung erfolgen. Dabei ist es notwendig, die Kraft permanent zu überwachen und zu protokollieren. Jeder Demontagevorgang wird entsprechend registriert, wobei beim Nichterreichen der erforderlichen Anpresskraft der Prozess nicht beginnt. Dadurch können Einflüsse, wie beispielsweise Verschleiß an Führungen und Zylindern und Schwankungen im Druckluftnetz, welche den Prozess negativ beeinflussen, ausgeschlossen werden. Weiterhin ist eine Erhöhung der Taktzeit durch eine permanente Kraftmessung unzulässig.


Ergebnisse und Diskussion

Eine permanente Messung und Auswertung jedes Injektors wurde durch Neugestaltung der Bearbeitungsstation Lösen Düsenverschraubung sowie der Implementierung in die bereits bestehende Anlage realisiert. In Versuchsreihen wurde die Prozessfähigkeit des Gesamtmess- und Auswertesystems nachgewiesen. Es handelt sich um einen fähigen Prozess, wobei die gemessenen Mittelwerte außerhalb der Toleranzmitte liegen. Ursache ist die Auswahl des Pneumatikzylinders, dabei wurde die kleinstmögliche Kolbenfläche gewählt, um den Luft- und Energieverbrauch zu minimieren.

In einer Testphase unter praxisnahen Bedingungen wurden produktionsbegleitende Untersuchungen durchgeführt, wobei die Wiederverwendungsquote um ca. 25% gesteigert werden konnte. Die Erhöhung der Wiederverwendungsquote liegt darin begründet, das Beschädigungen innerhalb des Bauteils durch permanente Überwachung der Anpresskraft ausgeschlossen werden können. Dadurch sind Schädigungen an der Dichtfläche zwischen Düsenverschraubung und Düse sowie bei empfindlichen Bauteilen innerhalb des Piezoaktors ausgeschlossen. Bisher wurde eine hohe Anzahl an Düsenverschraubungen, Düse sowie Piezoaktor nicht in den Wiederverwendungsprozess eingeschleust, da durch eine unkontrollierte Anpresskraft Beschädigungen nicht ausgeschlossen werden konnten. Eine Zuführung von beschädigten Teile in den Wiederverwendungsprozess führt zu überflüssigen Montageprozessen, wobei der komplette Injektor nach der Prüfung wieder in die Demontage gelangt bzw. hochwertige Fertigungsteile bei wiederholten Montageprozessen geschädigt werden.

Das in die Anlage installierte Mess- und Auswertesystem hat sich als wirtschaftlich und technisch sinnvoll erwiesen. Es werden Fertigungskapazitäten eingespart, da jährlich ca. 600.000 Teile zusätzlich in den Wiederverwendungsprozess gelangen. In der Testphase hat sich gezeigt, dass Schwankungen im Druckluftnetz zu einer Unterschreitung der Anpresskraft führte. Modifikationen und Justierarbeiten in der Ansteuerungsstrategie der pneumatischen Einzelantriebe der Maschine und dem Druckluftnetz führten zu einer Verringerung dieser prozessbedingten Schwankungen. Durch diese permanente Überwachung der Anpresskraft können Unterschreitungen der unteren Toleranzgrenze innerhalb des automatisierten Demontageprozesses ausgeschlossen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das hier dargestellte Prinzip wird erstmalig auf der Messe SIT 2010 in Chemnitz vorgestellt. Eine Patentanmeldung wird beabsichtigt.


Fazit

Der innovative Charakter des Projektes ist durch die Implementierung einer Mess- und Auswerteeinheit zur Demontage von Injektoren innerhalb des Wiederverwendungsprozesses gekennzeichnet. Die Wiederverwendungsquote wurde um ca. 25% gesteigert, d. h. bei 800.000 NIO-Injektoren und drei zusätzlichen Teilen werden dem Montageprozess ca. 600.000 Teile aus dem Wiederverwendungsprozess zugeführt. Dadurch können bei einer durchschnittlichen Fertigungszeit von 6 min in einer Produktion in drei Schichten 60.000 Stunden eingespart werden. Für die mechanische Fertigung bedeutet dies eine Einsparung bei 10 Bearbeitungsmaschinen, mit einer durchschnittlichen Leistung von 10 kW je Maschine, von 600.000 kWh. Durch Steigerung der Wiederverwendungsquote um ca. 25% wird der jährliche CO2 -Ausstoß um 372 t reduziert. Ein Wissenstransfer in andere technische Arbeitsgebiete wie Montage- und Demontage der Firma Sotex Sondermaschinen GmbH ist gewährleistet.