Die Ingenieurin

16. Januar 2023 – Um der wachsenden Nachfrage von Fahrzeugherstellern nach seinen speziellen Stanznieten und -werkzeugen gerecht zu werden – und um die Kontinuität der Produktion rund um die Uhr in seinem Produktionswerk in Deeside sicherzustellen – hat Atlas Copco Industrial Assembly Solutions eine Stickstofferzeugung vor Ort installiert System, das den Betrieb des Wärmebehandlungs- und Härtungsprozesses speist und die Abhängigkeit von der Gasversorgung durch den Lieferanten überwindet.

Da Automobilmontageanwendungen immer komplexer werden und neue, schwer zu verbindende und nicht schweißbare Materialien zum Einsatz kommen, bieten selbststanzende Nieten und Werkzeuge die Antwort. Mit einer Jahresproduktion in der Größenordnung von 1 Milliarde Artikeln ist es für Atlas Copco Industrial Assembly Solutions (früher bekannt als Henrob) von entscheidender Bedeutung, die Integrität und kontinuierliche Leistung seiner Niethärteöfen aufrechtzuerhalten, die für die Qualität des Endprodukts von entscheidender Bedeutung sind. Die zuverlässige Versorgung mit Stickstoff und dessen Reinheitsgrad spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Bis vor kurzem wurde flüssiger Stickstoff in großen Mengen vom Lieferanten an den Standort geliefert und dann verdampft, um ihn an die Wärmebehandlungsöfen in der Produktion zu liefern. Der Reinheitsgrad des zugeführten Stickstoffs betrug 99,999 %, Berechnungen ergaben jedoch, dass eine Einstellung der Stickstoffzufuhr auf eine Reinheit von 99,8 % die Betriebskosten für ein sehr hochreines Gas senken würde, das für den Prozess nicht erforderlich ist.

Ein Argument für die Stickstofferzeugung vor Ort

Neben anderen Faktoren war es diese Anomalie, die das Produktionsmanagementteam davon überzeugte, sich für ein Stickstofferzeugungssystem vor Ort zu entscheiden, das von der Schwesterorganisation des Unternehmens, Atlas Copco Compressors, geliefert werden sollte.

NGP+-Generatoren vor Ort liefern Stickstoff mit einer Reinheit von 95–99,999 %. Sie bieten eine nachhaltigere Lösung mit viel geringeren Betriebskosten als die Abhängigkeit von der Lieferung von Gas in Flaschen oder der Lieferung von Massenflüssigkeiten. Stickstoffgas steht kontinuierlich aus einem NGP+ zur Verfügung, wohingegen Zylinder und Flaschen Transport und Handhabung erfordern, was sich auf die Umwelt auswirkt und zeitaufwändige Verwaltungs- und Papierkram erfordert.

Die NGP+ Plug-and-Play-Generatoren arbeiten mit der neuesten Druckwechseladsorptionstechnologie (PSA) und bieten bei Anschluss an eine vorhandene saubere, trockene Druckluftanlage eine unabhängige, zuverlässige und flexible Versorgung mit hochwertigem Stickstoff für die Prozessanwendung erforderliche Reinheitsgrade.

„Die Wärmebehandlung der Nieten verändert die mechanischen Eigenschaften des Materials. Wir müssen die Atmosphäre der Öfen auf den Kohlenstoffgehalt kontrollieren, um sicherzustellen, dass wir die Teile weder entkohlen noch aufkohlen“, sagte Carlo Sementa, Fertigungsingenieur bei Atlas Copco IAS UK Limited.

Er fuhr fort: „Wir verfügen über ein hochmodernes Kontrollsystem neben Gasanalysatoren, die zur Überprüfung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre verwendet werden. Der Stickstoff wird als Schutzschicht zur Verhinderung der Oxidation der Stahlteile und als Sicherheitsspülung verwendet.“ "

Der Wärmebehandlungsprozess

Bei der Wärmebehandlung wird flüssiges Methanol gespalten und unter Zugabe von Stickstoff dem Ofen eine einheitliche chemische Zusammensetzung zugeführt. Dabei werden auch Propan und Luft verwendet, um die chemische Zusammensetzung fein abzustimmen, die zur Aufrechterhaltung des Kohlenstoffgehalts des Stahls erforderlich ist.

Der Ofen wird rund um die Uhr mit Stickstoff in unterschiedlichen Mengen versorgt, je nach Bedarf, z. B. Produktion oder Standby. Am Ende eines Produktionszyklus werden die Öfen mit Stickstoff gespült, um die brennbaren Gase zu entfernen. Nach diesem Vorgang kann es aufgrund der Erholung der Atmosphäre bis zu acht Stunden dauern, bis die Produktion wieder aufgenommen werden kann, ein Zeitraum, der von Ofen zu Ofen leicht unterschiedlich ist.

Präzise Kontrolle

Diese Notwendigkeit einer präzisen Steuerung des Stickstoffvolumens und des Reinheitsgrads ist einer der Hauptvorteile des NGP+-Stickstoffgeneratorsystems von Atlas Copco, das von Anfang an so konzipiert wurde, dass es die Prozessanwendung und die Ausrüstungsinvestitionen der Benutzer schützt.

Standardmäßig verfügen NGP+-Generatoren über eine automatische Reinheitskontrolle außerhalb der Spezifikation, sodass Stickstoff mit einem Reinheitsgrad, der unter dem voreingestellten Schwellenwert liegt, niemals eine empfindliche Anwendung erreichen kann. Gleichzeitig werden die Zuluftbedingungen wie Temperatur, Druck und Drucktaupunkt durch ausfallsichere Sensoren kontinuierlich überwacht. Wenn die Anforderungen des Generators nicht erfüllt werden, wird die Zuluft vor dem Eintritt in die Maschine automatisch abgeblasen, um das Risiko einer Kontamination und Beschädigung von Komponenten auszuschließen.

Das Druckluftsystem.

Die Quelle sauberer, trockener Druckluft, die den Stickstofferzeugungsprozess vor Ort im Werk Deeside speist, ist ein Atlas Copco GA 15-37 VSD+ FF (voll ausgestatteter) Schraubenkompressor mit integriertem Kältetrockner und nachgeschalteten Qualitätsluftzusatzgeräten. Dazu gehören Koaleszenzfilter zur Entfernung flüssiger Wasser- und Ölaerosole sowie ein Aktivkohlefilterturm zur Beseitigung von Öldämpfen und Kohlenwasserstoffgerüchen. Die Leistung des Schraubenkompressors beträgt 7,3 - 43 l/s bei 7 bar Luft.

Mit seinem innovativen vertikalen Design ist der GA 15-37 VSD+ ein Game-Changer in der Kompressorbranche. Es verfügt standardmäßig über einen variablen Drehzahlantrieb, einen kompakten Direktantrieb, einen ölgekühlten Motor mit iPM-Technologie (Permanentmagnet) und einen geringen Platzbedarf dank seines hauseigenen Designs. Alle Funktionen wurden entwickelt, um den Energieverbrauch um durchschnittlich 50 % zu senken und die Betriebszeit auch unter härtesten Bedingungen sicherzustellen.

Schutz des Produktionsprozesses

Das gesamte Stickstofferzeugungssystem vor Ort wurde mit Betriebsbereitschaft ausgelegt, sodass es aus Sicherheits- und Wartungsgründen bei Bedarf problemlos vom Betrieb beider Einheiten auf eine einzige Maschine umgestellt werden kann. Es gibt zwei Auffangbehälter für Luft bzw. Stickstoff als sekundäre Reserve für den Fall, dass das System aus irgendeinem Grund nicht mehr funktioniert, und für zusätzliche Sicherheit gibt es ein Neustartsystem.

Carlo Sementa bemerkt: „Wir freuen uns, Ihnen mitteilen zu können, dass derzeit rund um die Uhr alles sehr gut läuft, und obwohl die Produktionszyklen in Häufigkeit und Dauer variieren, müssen wir aus Vorsichtsgründen die Atmosphäre der Öfen immer voll eingeschaltet halten, weil …“ des umfangreichen Stabilisierungszeitzyklus. Die wirklich gute Nachricht ist, dass ich nicht mehr auf die Gnade der Lieferanten angewiesen bin und mich nicht mehr auf Stickstofflieferungen von Lieferanten verlasse.“

Kapitalrendite

Die Produktionskosten von Atlas Copco Industrial Assembly Solutions konnten aufgrund der Energieeffizienz der Anlage und der Unabhängigkeit von der Abhängigkeit von kostspieligen Lieferungen von Stickstofflieferungen über den Spezifikationen bereits gesenkt werden. Darüber hinaus wird sich die Kapitalrendite innerhalb von anderthalb Jahren nach der Installation des Systems amortisieren.

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