11. DEZEMBER 2016

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Fabrik der kurzen Wege


Für die Großserienproduktion eines neuen Krümmer-Katalysator.Moduls hat Boysen am Standort Simmersfeld eine Hochautomatisierte Fertigungslinie installiert.

Für einen Systemlieferanten wird Innovation erst dann zu einem Erfolgsfaktor, wenn sie sich über die komplette Prozesskette erstreckt - von der Entwicklung über die Fertigung bis zur Logistik. Um das Krümmer-Katalysator- Modul für die neuen Reihensechszylinder Ottomotoren von BMW wirtschaftlich zu produzieren, hat Boysen jüngst 8,5 Millionen Euro in eine hochmoderne Fertigungslinie investiert. Allein die Aufwendungen für das automatische Materialflusssystem innerhalb der Fertigungslinie beliefen sich auf über eine Million Euro.

Konsequent integriert
In seinen deutschen Werken fertigt Boysen vorwiegend Abgastechnik für Acht-, Zehn- und Zwölfzylindermotoren, darunter die Topmotorisierungen der BMW 7er Baureihe, des Audi A8 und des Phaeton von VW. Um die Abgastechnik für diese Modelle trotz großer Variantenvielfalt und geringer Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen, hat Boysen bereits 2001 eine neue Produktionsstätte errichtet. Die BAK Boysen Abgaskomponenten GmbH in Simmersfeld war von Anfang an als eine Fabrik der kurzen Wege konzipiert worden: Das Hochregal wurde in die Mitte der Halle gerückt und konsequent in die Logistik des Werkes integriert. Es setzt direkt am kombinierten Warenein- und Warenausgang an und erstreckt sich über die komplette Hallenachse. Dabei erfüllt es zwei wichtige Aufgaben gleichzeitig: Es dient zum einen als zentrales Ver- und Entsorgungssystem für die Produktion und zum anderen als Materialflusssystem über die Längsachse der Fertigungshalle. Sonstige Transporte innerhalb der Fabrik wurden auf ein Minimum reduziert. Die Wege vom zentral gelegenen Hochregal in die Fertigungsinseln und wieder zu - rück sind denkbar kurz. Um die Durchlaufzeiten von Krümmern, Katalysatoren und Schalldämpfern zu verringern, ist jede Insel mit hochautomatisierten und flexiblen Fertigungssystemen ausgerüstet. Sämtliche Produkte werden in einem Durchgang hergestellt. Erforderliche Plausibilitäts- und Prüfverfahren sind in die Prozesskette integriert. Gesteuert wird die Produktion von einer maßgeschneiderten DV-Lösung. Durch die Benutzung von Barcodes können Erfassung, Buchung oder auch Anforderung von Komponenten schnell und sicher durchgeführt werden. Fehlerträchtige manuelle Eingriffe sind prinzipiell nicht notwendig.

Krümmer-Katalysator-Modul
Als Systempartner der BMW Group hat Boysen das Krümmer- Katalysator-Modul für die aktuellen BMW Reihensechszylinder Ottomotoren mitentwickelt. Die NG-R6 Motoren gibt es in drei Varianten: zwei mit 2,5 Liter Hubraum und 130 beziehungsweise 160 kW sowie eine mit 3,0 Liter und 190 kW. Die Motoren kommen praktisch in allen Baureihen der Marke opvom 1er bis zum 7er - zum Einsatz. Für Boysen bedeutet das ein Auftragsvolumen von jährlich mehreren hunderttausend Einheiten. Das Krümmer-Kat-Modul für die NG-R6 Motoren besteht aus zwei kompakten Rohrkrümmern, zwei motornahen Katalysatoren und zwei Auslassrohren. Die Krümmer selbst bestehen im Wesentlichen aus einem Blechflansch und kurzen einwandigen Rohren. Anders als bei konventionellen Konstruktionen schließen die Krümmerrohre nicht bündig mit dem Flansch ab, sondern ragen 11,5 Millimeter in den Zylinderkopf hinein. Die Abdichtung der Krümmereintrittsrohre zum Zylinderkopf erfolgt durch je einen Dichtring aus Graphit. Die im Kraftnebenschluss liegenden Dichtungen führen aufgrund ihrer radialen Verpressung zu einer gegenüber der Flachdichtung deutlich verbesserten Dichtfunktion. Gleichzeitig ermöglicht es die Konstruktion, auf einen traditionellen Stanzflansch zu verzichten und stattdessen eine Blechflanschleiste zu verwenden. BMW hat für dieses innovative Konzept Patentschutz beantragt. Kernstück der Krümmerkonstruktion ist ein sogenannter Sammler zur optimalen Gasführung. Konstruktiv gesehen erfüllt das Bauteil drei Funktionen: Es ist Rohrzusammenführung, Halter für die Lambdasonde und Verbindungsstück zum Katalysator in einem. Das Krümmer-Kat-Modul lässt sich mit geringem Aufwand an die Einbausituationen in unterschiedlichen Fahrzeugbaureihen und an die Abgasnormen in unterschiedlichen Märkten anpassen. Grundlage der hohen Flexibilität des Systems sind der modulare Aufbau und eine weitreichende Gleichteilestrategie. Vom Blechflansch am Krümmereinlass bis zur Flanschverbindung mit der Schalldämpferanlage besteht das zweiflutige Krümmer-Kat-Modul aus rund 40 Einzelteilen. Einschließlich Rechtslenkermodellen fertigt Boysen das Krümmer-Kat-Modul in insgesamt zwölf verschiedenen Varianten. Dieses Spektrum deckt der Abgassystemspezialist mit einem Blechkrümmer, zwei Katalysatoren, fünf Katalysatoreinlasstrichtern, drei Katalysatorauslasstrichtern und elf Austrittsrohren ab.

Fabrik in der Fabrik
Die neue Fertigungslinie für die Krümmer-Katalysator-Module der NG-R6 Motoren von BMW wurde auf Großserienproduktion ausgelegt. Aufgrund ihrer Komplexität wirkt die Linie fast wie eine eigene kleine Fabrik. Die drei Hauptbaugruppen, Krümmer, Katalysatoren und Auslassrohre, werden innerhalb der Fertigungslinie unabhängig voneinander in verschiedenen Bereichen gefertigt: Die Blechkrümmer werden in sechs aufeinanderfolgenden Prozessschritten hergestellt. Um die Schweißqualität zu optimieren, schweißt jeder Roboter nur eine Rundnaht. Während des Transports zum nächsten Roboter können die Halbfertigteile abkühlen. Auf die Weise werden nur kalte Vorprodukte verarbeitet: ein wichtiger Beitrag zur Maßhaltigkeit des Endprodukts. Auch die Katalysatorfertigung erfordert ein hohes Maß an Präzision: mit ein Grund, warum Boysen das sogenannte Canning voll automatisiert hat. Die Dauerhaltbarkeit der empfindlichen Filtersysteme hängt wesentlich davon ab, dass die Keramikträger unter allen Betriebsbedingungen sicher in ihrem Gehäuse gehalten werden. Um zu verhindern, dass die Monolithe zu fest oder zu locker in den Metallpatronen sitzen, werden Keramikträger, Lagermatte und Gehäuse individuell aufeinander abgestimmt. Sämtliche Prozessparameter zur Herstellung der Katalysatorpatrone werden archiviert und dienen der vom Kunden geforderten Rückverfolgbarkeit dieser dokumentationspflichtigen Bauteile. Die dritte Hauptbaugruppe, die Auslassrohre, werden in zwei aufeinanderfolgenden Prozessschritten hergestellt. An die vorgefertigten Rohre wird zunächst eine Gewindebuchse für die Lambdasonde und anschließend ein Austrittsflansch angeschweißt. Die fertigen Rohre kommen - ebenso wie die Katalysatoren - in ein Zwischenlager über der Fertigungsinsel. Von dort werden sie nach Bedarf angefordert und direkt in die Komplettierung befördert.

Chaos im Lager?
Das chaotisch verwaltete Zwischenlager dient als Puffer für die abweichenden Taktzeiten an den unterschiedlichen Arbeitsplätzen beziehungsweise bei einem Werkzeugwechsel. Es hat eine Kapazität von 1.200 Kleinladungsträgern (KLT) für Bauteile und Baugruppen sowie 700 Warenträgern (WT) für Endprodukte. KLTs und WTs sind sechsfach gestapelt. Die Ein- und Auslagerung erfolgt chargenrein und streng nach dem First-in-/ first-out-Prinzip (Fifo). Das Pufferlager ist zentraler Bestandteil des automatischen Materialflusssystems, an das sämtliche Stationen der Fertigungslinie - mit Ausnahme der Krümmerfertigung - angeschlossen sind: Jeder Arbeitsplatz ist über sechs vertikale Schächte an das Lager angebunden. Auf Knopfdruck stellt ein Portalroboter die benötigten Halbfertigprodukte aus dem Lager zur Verfügung. Durch den gleichen Schacht gelangen die leeren Ladungsträger wiederum auf Knopfdruck ins Lager zurück. Über einen anderen Schacht befördert der Roboter Halbfertig- und Fertigwaren ins Lager und stellt wiederum einen leeren Behälter bereit. Anders als Katalysatoren und Auslassrohre sind die Krümmer für sämtliche Varianten des Krümmer-Kat-Moduls baugleich. Sie laufen daher nicht über das Pufferlager, sondern werden über einen Stauförderer mit einer Kapazität von 250 Einheiten auf direktem Weg in die Komplettierung geliefert, wo ein Roboter in zwei Arbeitsgängen jeweils einen Krümmer, einen Katalysator und ein Auslassrohr zu einem Strang verschweißt.

Volle Kontrolle
Vor der Auslieferung durchlaufen die Krümmer-Kat-Module eine 100-Prozent-Endkontrolle. In einer 3D-Robotermesszelle wird jede Baugruppe vollautomatisch auf Planheit, Geometrie und Dichtheit überprüft. Die Planheit von Eintrittsflansch und Dichtflächen, Durchmesser und Position des Lochbildes sowie die Schraubenfreigänge werden mit einer Genauigkeit von wenigen zehntel beziehungsweise hundertstel Millimetern optisch vermessen. Für die Beurteilung eines einzigen Bauteils fertigen Hochgeschwindigkeitskameras innerhalb von Sekunden rund 7.000 Bilder. Bei der Geometrieprüfung vermessen Laserscanner die Lage der Lambdasonde und des Austrittsflansches sowie eine Reihe weiterer signifikanter Punkte. Auf Basis der Messwerte können Aufspannfehler und Roboterungenauigkeiten automatisch korrigiert werden. Auch bei der abschließenden Dichtheitsprüfung greift der Roboter zur Positionierung der Dichtpinolen auf die Messdaten aus der Geometrieprüfung zurück. Im Zweischichtbetrieb liegt die tägliche Produktionskapazität bei 2.400 Krümmer- Kat-Modulen. Boysen stellt sich der Herausforderung, in seinen deutschen Werken Systeme und Komponenten von der Losgröße eins bis hin zu hunderttausenden Einheiten pro Jahr wirtschaftlich zu fertigen. Die neue Fertigungslinie bei der Boysen Tochter BAK gibt der Produktion hochwertiger Abgastechnik am Hochlohnstandort Deutschland eine Perspektive.

Ausgabe:
bbr 04/2007
Unternehmen:
Bilder:

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