Neue Maßstäbe

Blechveredelung für die Autos von Morgen

Je dünner das Autoblech, desto höher die Anforderungen an seine Festigkeit und an die Qualität des Korrosionsschutzes. Mit Blick auf diese Forderungen wurde die neue Feuerverzinkungslinie der ThyssenKrupp Stahl AG, Dortmund, ausgelegt. Besonderer Wert wurde auf Prozeßkontrolle und lückenlose Qualitätssicherung gelegt.

10. Juli 2002
Dr. Ulrich Köhler
Bild 1: Neue Maßstäbe (Dr. Ulrich Köhler)

„Die Automobilindustrie muß immer leichtere Fahrzeuge bauen. Dazu benötigt sie immer höherwertiges Blechmaterial“, sagte Dr. Karl-Ulrich Köhler, Vorsitzender des Vorstands der ThyssenKrupp Stahl AG (TKS), bei der Einweihung der neuesten Bandverzinkungsanlage des Konzerns Ende letzten Jahres in Dortmund. Mit einem Investitionsaufwand von rund 128 Mio. Euro errichtete TKS innerhalb von nur zwei Jahren auf dem Gelände der früheren Westfalenhütte eine Feuerverzinkungslinie mit einer Jahreskapazität von rund 450.000 Tonnen, die mit modernster Technik ausgestattet wurde, um Spitzenqualität nicht nur für die Anforderungen heutiger Karosserien, sondern auch für die künftiger Autogenerationen liefern zu können.

Immer dünnere Außenhäute

Beispiel Blechdicke: Um Gewicht zu sparen, verwenden die Autohersteller für die Außenhaut ihrer Autos immer dünneres Material. Aktuell sind dies Dicken bis herab zu 0,65 mm, und bei der Konzeption neuer Modelle arbeiten die Planer teilweise bereits mit Blechdicken von nur noch 0,5 mm. Um diesem Trend Rechnung zu tragen, wurde die neue Verzinkungslinie deshalb von vornherein auf die Verarbeitung von Blechen bis herab zu 0,3 mm ausgelegt. Erste Erprobungen starteten im Juni 2001, und am 29. Oktober wurde das erste Band verzinkt. Die Hochlaufphase wird bis zum Oktober 2002 dauern.

Je dünner das Material, desto höher werden natürlich die Anforderungen an die Qualität der Beschichtung, denn bei so wenig „Fleisch“ darf der Rost erst gar keine Chance zum Angriff erhalten. „Jede noch so kleine Verunreinigung gefährdet die Qualität der Beschichtung. Um das Eintragen beziehungsweise Aufwirbeln von Schmutz zu vermeiden, findet in der eigentlichen Verzinkungslinie keinerlei Fahrzeugverkehr statt“, erklärt Dr. Köhler. Erste Überraschung für den Besucher, der mit der landläufigen Vorstellung vom Stahlwerk als Dreckloch durch die Tür kommt, ist eine lichtdurchflutete, farbenfrohe und aufgeräumte Halle mit einem spiegelblanken, hochglänzenden Fußboden, auf den jede Hausfrau stolz wäre. Anlieferung sowie Versand der Blech-Coils erfolgen in einem separaten, seitlich angeordneten Hallenbereich. Zwischen beiden Bereichen werden die Coils ausschließlich mit vollautomatischen Shuttles verfahren. Be- und Entladung der Shuttles erfolgen mit Hilfe von EDV-gesteuerten Kransystemen.

Laserschweißung eliminiert Nahtprobleme

Um einen stabilen Prozeß zu gewährleisten, muß die Anlage kontinuierlich durcharbeiten. Deshalb verfügt sie über zwei Einlaufhaspeln und eine automatische Schweißstation, um das Bandende jeweils mit dem Anfang des nächsten Coils zu verschweißen. Bisher wurde in solchen Fällen überlappend geschweißt, wodurch eine „Fehlstelle“ im Band entstand. Beim Aufhaspeln am Ende der Beschichtungslinie mußte genau diese Stelle wieder herausgeschnitten werden, weshalb es oft Probleme beziehungsweise Materialverluste gab, wenn ein Kunde andere Coil-Abmessungen benötigte als von der Produktion her gerade verfügbar. „Um dies zu umgehen, haben wir - erstmalig für eine Verzinkungslinie - gewagt, die Bleche mit Hilfe eines Lasersystems direkt auf Stoß zu schweißen“, verrät Dipl.-Ing. Rudolf Schönenberg, der als Hauptbereichsleiter Feinblech/Oberflächenveredelte Produkte der TKS das Gesamtprojekt verantwortete. Diese Naht kann im Karosseriewerk problemlos durch sämtliche Folgeprozesse gefahren werden. Damit hat TKS in diesem Bereich die Nase vorn, denn bisher hatte sich noch niemand getraut, für diesen Anwendungsfall mit seinen hohen Qualitätsanforderungen eine Laserverbindung solcher Breite an walzhartem Feinblech hinzukriegen. Um diesen Verfahrensschritt in Griff zu bekommen, so gesteht der TKS-Mann, mußten beim Anlagenhersteller rund 800 Probeschweißungen durchgeführt werden. Doch die Mühe habe sich gelohnt: „Bereits beim jetzigen Stand der Hochlaufphase kann festgestellt werden, daß die Laserschweißmaschine alle Erwartungen übertrifft“, zeigte sich R. Schönenberg zufrieden.

Technische Highlights

„Weiteres Herzstück der Anlage ist ein mehrstufiger Glühofen, in dem das Band vor dem Verzinken auf 850 °C erhitzt wird“, so U. Köhler. Da diese Aufheizung den zweiten Schritt einer thermomechanischen Behandlung darstellt, deren Grundlage die vorangegangene Kaltverformung im Walzwerk legte, hat sie entscheidenden Einfluß auf die Materialeigenschaften. Der Ofen verfügt deshalb über eine separate induktive Vorheizstufe, den sogenannten Booster, der die genaue Einhaltung der für jeden Werkstofftyp erforderlichen Glühbedingungen ermöglicht. Eine weitere Besonderheit sind die ausgeklügelten Maßnahmen zur Sicherung der Oberflächenqualität des Bandes, dessen Zinkschicht nach dem Erkalten mit Hilfe von zwei sogenannten Dressierwalzen eine genau definierte Oberflächenstruktur erhält. Diese Oberflächenstruktur ist entscheidend für den Glanzgrad und damit die optische Qualität der späteren Lackierung. Um dies mit gleichbleibend hoher Qualität gewährleisten zu können, mußte eine Doppelstrategie gefahren werden. Auf der einen Seite werden die Dressierwalzen mit Hilfe einer aufwendigen Reinigungsanlage ständig von Anhaftungen und Schmutz befreit, um ihre Profil so lange wie möglich einsatzfähig zu halten. Gleichzeitig wird die Bandrauheit ständig vollflächig online überwacht. Bei Erreichen eines kritischen Abnutzungszustands kann der Arbeitswalzensatz innerhalb kürzester Zeit gegen ein neues Paar ausgetauscht werden. Letzte Stationen sind ein sogenannter Chemcoater für die Chromatierung beziehungsweise Phosphatierung, eine Besäumschere für die Bandkanten und eine Einölmaschine für die Konservierung.

Augenmerk auf die Qualitätssicherung

„Unsere neue Verzinkungsanlage wurde entworfen, um höchsten Ansprüchen an die Qualität unserer Produkte zu entsprechen“, betont R. Schönenberg. Dementsprechend wurde hier massiv in modernste Technik investiert. Nahezu jeder Schritt der Bandbehandlung wird online von Sensoren überwacht und dokumentiert. Highlights dieser Ausrüstung sind neben der Rauheitsmessung auch eine Planheitsmessung mit anschließender Streckbiege-Richteinheit, um höchsten Ansprüchen an die Planheit des Materials zu genügen, sowie ein automatisch arbeitendes Oberflächen-Inspektionsgerät. Die Messung der Zinkhaftung sowie das Stanzen von Proben für den Zugversuch erfolgen vollautomatisch in einem speziellen Prüfraum. Alle Produktdaten und qualitätsrelevanten Prozeßgrößen werden je Bandmeter erfaßt und zusammen mit auftragsbezogenen Vorgaben, Sollwerten und Vormaterialdaten in einer internen Datenbank abgespeichert. Im Verein mit dem hohen Automatisierungsgrad der Anlage ermöglicht dies die Sicherstellung hoher und gleichbleibender Produktqualität und engster Abmessungstoleranzen.

Erweiterbarkeit vorausgeplant

„Wir erwarten, daß unsere Abnehmer in den nächsten Jahren noch weitergehende Anforderungen an unser Material stellen werden, wie nach zusätzlicher Dünnfilmbeschichtung“, verrät Dr. Köhler. Deshalb habe man bei der Konzeption der Anlage von vornherein Schnittstellen für die Erweiterung um zusätzliche Prozeßschritte berücksichtigt. Wichtigste Maßnahme: Nach dem Dressiergerüst und der Streckbiege-Richteinheit wird das Band unterirdisch bis zur Stirnwand der Halle geführt, um von dort in einer Schlinge wieder einwärts in Richtung Hallenmitte zu laufen. Daher bereitet es keinerlei Probleme, nach Erweiterung des Gebäudes bei Bedarf zusätzliche Stationen „anzudocken“, die das Band ohne große Umbaumaßnahme einfach durch Verlängerung dieser Schlinge durchlaufen kann. Konkret ist bereits jetzt eine Einheit zum Aufbringen organischer Beschichtungen mit einer Dicke von etwa 10 µm angedacht. Weitere Nachrüstungen, für die bereits jetzt Schnittstellen vorbereitet sind, betreffen eine Zusatzheizung hinter der Kühlzone im Ofen, um Sonder-Wärmebehandlungen für Mehrphasenstähle durchführen zu können, sowie eine Einheit für die zusätzliche Wärmebehandlung der Zinkschicht, das sogenannte Galvannealing.

Erschienen in Ausgabe: 03/2002