Anwendungsberichte - "Härterei"

Wärmebehandlung erzeugt Wertschöpfung, Teilereinigung sichert sie. Beide Prozesse sind daher die Hauptglieder von Wertschöpfungsketten in Härtereien. So ist dem Salzbad-Nitrieren immer ein Waschprozess nachgeschaltet, der die verkrusteten Salzrückstände und das haftende Öl von den Teileoberflächen löst. Das geschieht in der Härterei Weber & Söhne Co. KG, Starnberg bei München, seit kurzem im Spritzverfahren. Dazu wurde ein Toplader mit besonders tiefer Reinigungskammer installiert
(Bild 1).

Diese Anlage hat die PERKUTE Maschinenbau GmbH, Rheine, auf Basis des Topladers SP80 gebaut. Sie ist mit der serienmäßig gebauten Anlage nahezu identisch. Nur die Anlagenhöhe weicht von den Standardmaßen ab, weil die Reinigungskammer tiefer ist. Dadurch hat eine komplette Charge im Toplader Platz. Sie muss nicht mehr von Hand umgeladen werden. Ganz im Gegensatz zur Zeit vor der Installation, als die Teile noch in einem Tauchbad gereinigt und sie dazu häufig einzeln umgesetzt werden mussten. Das war aufwändig und auf Dauer im Ergebnis auch unbefriedigend. So konnte man das Tauchbad nicht beheizen. Zur Verstärkung des Reinigungseffekts hatten Düsen Druckluft ins Bad geblasen.
Heute durchläuft eine komplette Charge in einem Stück alle Prozesse. Ein handbedienter Kran versetzt dabei den Chargenträger von Station zu Station. So müssen die Teile erst wieder zum Schluss, beim Verpacken, in die Hand genommen werden. Das ist sonst nur noch am Anfang, beim Zusammenstellen der Charge, erforderlich – nachdem der Prozessablauf festgelegt und die Arbeitskarte ausgestellt wurde. Danach werden die Teile in Körbe gelegt, die aufeinander gestapelt den Chargenträger bilden. Das trägt zur Flexibilität hinsichtlich der Stückzahlen bei. In der Härterei Weber werden Einzelteile bis kleinere Serien behandelt – mit Losgröße 1 bis 10 000. Darunter sind viele Kleinteile, die ein Gewicht hinab bis in den einstelligen Grammbereich haben können.
So ist jede Charge eine Herausforderung. Teilegeometrie und -gewicht wechseln häufig. Im Toplader wird daher mit viel Wasser gereinigt. Es wird auf 40 bis 50 °C erwärmt und schräg nach unten durch die Korbwände gespritzt. Das übernehmen Flachstrahldüsen. Sie sind nicht nur oben, unter dem Anlagendeckel, angebracht, sondern auch seitlich in der Kammer im Winkel von 45°, wobei der Düsenquerschnitt im oberen Bereich größer ist. Dadurch strömt mehr Wasser von Korb zu Korb. Das Ergebnis ist ein Reinigungseffekt wie beim Fluten, was einen zweifachen Vorteil hat: Es kommt auch zur Reinigung der Teile, die nicht direkt von einem Strahl getroffen werden. Außerdem lässt sich der Spritzdruck soweit verringern, dass Kleinteile in den Körben am Platz liegen bleiben. Während der Reinigung wird der zylinderförmige Chargenträger gedreht.

Reinigen mit Wasser ohne chemischen Zusatz

Für das Ergebnis ist nur die Reinigungskraft und der Masseneffekt des Wassers verantwortlich. Auf chemische Zusatzstoffe wie Tenside wird verzichtet. Schon eher verlängert man bei komplexer Teilegeometrie die Reinigungsdauer. Das schließt auch ein Ausblasen der Bohrungen mit Druckluft ein. Grund dafür ist die Stoßempfindlichkeit vieler Teile. Dadurch kann eine Nachreinigung mit Druckluftpistole erforderlich sein. Gerechtfertigt wird das durch den Fertigungszustand der Teile: In der Regel werden die Teile bereits mit Endmaß angeliefert. Das Salzbad-Nitrieren ist meist der letzte Fertigungsschritt vor der Montage oder Auslieferung beim Kunden. Es ermöglicht eine Nitrierhärtetiefe von 10 bis 30 µm. Am Ende müssen die Teile öl- und salzfrei sein.
In der Härterei Weber werden daher alle Teile vor dem Verpacken geprüft. So dürfen weder ein Ölfilm noch weiße Salzrückstände auf den mausgrauen Teiloberflächen verbleiben. Beides wird im Toplader vom Waschwasser fortgespült, das sich dort im Tank sammelt, so dass sich das Öl vom Wasser trennt und von einem Schwerkraftabscheider abscheiden lässt. Dagegen wird das Waschwasser weiter im Kreislauf geführt. Der Fördervolumenstrom der Pumpe beträgt 280 l/min. Das gelöste Salz wird beim Badwechsel mit dem Waschwasser ausgetragen und kommt schließlich in einen Verdampfer, wo es als Trockengut zur Entsorgung zurückgewonnen wird. Je kleiner die Teile sind, umso mehr Härtereisalz wird in den Toplader eingeschleppt. Die Badstandzeit verkürzt sich.
Der Toplader wurde komplett aus Edelstahl gefertigt. Damit ist er vor Korrosion geschützt. Aufgrund der Abmessungen war es möglich, die gut 2 m hohe Anlage neben dem Salzbad an einer erhöhten Standplattform platzsparend aufzustellen. Im Gegensatz zu einem Frontlader benötigt sie zum Be- und Entladen keinen Platz. Der Chargenträger wird mit Hilfe des Krans von oben in die 1150 mm tiefe Reinigungskammer gesenkt (Bild 2). Im Vergleich zur Standardanlage SP 80 ist die Kammer des Topladers damit um 650 mm tiefer, so dass sich der erhöhte Anlagendeckel über die Kranöse des Chargenträgers stülpen lässt. In der Härterei Weber werden auf diese Weise sechs bis acht Chargen am Tag gereinigt. Dazu schwenkt man den Kran, in dessen Arbeitsfeld weitere Bäder um die Standplattform angeordnet sind, immer wieder zur Anlage.

Erfoderliche Teilereinigung nach fast jedem Härteprozess

In der Härterei Weber kann dem Salzbad-Nitrieren ein Nachoxidieren folgen. Das Ergebnis sind Teile mit graphitschwarzer Oberfläche und erhöhter Korrosionsbeständigkeit. Außerdem wird dort das Vakuum- und Schutzgashärten, das Vergüten und verschiedene Glühverfahren angeboten. Fast immer ist danach eine Teilereinigung erforderlich, mit Ausnahme des Vakuumhärtens, das in der Härterei Weber bei Temperaturen bis 1250 °C erfolgt. Insbesondere Bauteile aus Werkzeugstählen erhalten dadurch eine hohe Härte und Festigkeit. Insgesamt deckt man mit der Verfahrenspalette ein breites Teilespektrum im Maschinen- und Anlagenbau ab, das inzwischen auch in den Automobilbau reicht. So wird die Härterei noch in diesem Jahr als Automobilzulieferer für Einzelteile bis kleinere Serien zertifiziert.