Viele Aluminiumgießereien streben heute höhere Produktionsmengen, strengere Qualitätsstandards und nachhaltigere Verfahren an. Häufig werden die einzelnen Schritte bei der Handhabung von geschmolzenem Metall separat ausgeführt, was zu mehr Ausschuss, Sicherheitsrisiken und Verzögerungen bei der Reaktion führen kann. Durch die Zusammenführung von Füllstandssensoren, Durchflussregelungsantrieben und einem gemeinsamen Steuerungssystem in einer einzigen datengesteuerten Anlage können Gießereien die Gesamtkonsistenz verbessern, die Mitarbeiter schützen und den Weg vom Ofen zur Form optimieren. Gränges in Finspång, Schweden, ist ein Beispiel dafür, wie diese Ideen zu starken und positiven Ergebnissen führen können.

Vereinheitlichung des DC-Gießverfahrens

Bei einem typischen Direktkühl-Gießverfahren für Strangpressbarren oder Walzbrammen fließt geschmolzenes Aluminium vom Ofen durch Gießrinnen, bevor es in die Gießformen gelangt. Wenn diese Abschnitte nicht miteinander kommunizieren, können geringfügige Abweichungen beim Metallstand zu einem Überlaufen oder Unterfüllen der Gießrinnen führen, was Oberflächenfehler und Produktionsausfälle zur Folge hat. Durch die Vernetzung der Anlagen in einer einheitlichen Umgebung mit Füllstandssensoren und Durchflussstellern können Gießereien die meisten Probleme sofort beheben. Erkennt ein Sensor einen Füllstandsanstieg in der Rinne oder Form, passt ein Stellantrieb den Durchfluss an, bevor es zu einem Überlaufen kommt. Überfüllsicherungen dienen als letzte Sicherheitsmaßnahme bei unerwarteten Ereignissen und gewährleisten die Sicherheit der Bediener bei reibungslosem Produktionsablauf.

Laser- und Induktivsensoren für zuverlässige Messungen

Eine genaue Überwachung des Schmelzmetallstands ist unerlässlich. Laser-Triangulationssensoren sind für extreme Hitze und reflektierende Oberflächen in offenen oder halboffenen Bereichen ausgelegt und liefern berührungslose Messwerte in Echtzeit. Induktive Sensoren eignen sich hervorragend für geschlossene oder unter Überdruck stehende Öfen, in denen ein Lasersensor an seine Grenzen stoßen könnte. Beide Sensortypen leiten die Daten an eine kontrollierte Umgebung weiter, die das Bedienpersonal nur dann alarmiert, wenn die Messwerte die festgelegten Grenzwerte überschreiten. Durch die Echtzeitdaten bleibt die Füllrate stabil, wodurch Oxidation und mögliche Risse im erstarrten Produkt begrenzt werden.

Automatisierte Durchflussregelung mit Stellantrieben

Sensoren allein können keinen stabilen Guss gewährleisten, wenn es keine Möglichkeit gibt, den Fluss der Schmelze schnell anzupassen. Diese Funktion übernehmen motorbetriebene Stellantriebe, die als Reaktion auf Sensorsignale Ausgüsse, Stopfenstangen oder Schieber öffnen oder schließen. Steigt der Füllstand in der Form zu schnell an, verlangsamt ein Stellantrieb den Zufluss. Sinkt der Füllstand, öffnet er sich wieder weit genug, um den Prozess zu stabilisieren. Diese sofortige Reaktion befreit die Bediener davon, in der Nähe von heißem Metall stehen zu müssen. Über viele Stunden des Gießvorgangs hinweg reduziert eine gleichmäßigere Befüllung Fehler wie Porosität oder unvollständige Füllungen, die andernfalls zu Umschmelzen oder Ausschuss führen würden.

Überlaufschutz verhindert das Verschütten

Selbst gut eingestellte Anlagen können einen plötzlichen Anstieg verzeichnen, wenn ein Sensor ausfällt oder eine seltene Situation eintritt. Überfüllsicherungen bilden die letzte Schutzstufe, indem sie einen raschen Anstieg des Schmelzmetallstands erkennen und einen Stoppbefehl auslösen, bevor es zu einem größeren Überlaufen kommen kann. Solche Unfälle beschädigen die Anlagen und gefährden die Mitarbeiter. Durch die Vernetzung der Überfüllsicherungen mit anderen Geräten reagiert das System als Ganzes, um den Prozess zu schützen.

Daten unter einem Dach

Ohne eine zentrale Schnittstelle würde jede Station Daten möglicherweise separat erfassen, sodass das Bedienpersonal mehrere Anzeigen miteinander vergleichen müsste. Ein einheitliches System sammelt Signale von Sensoren, Stellgliedern und Überfüllsicherungen an einem Ort. Das Personal kann verschiedene Bereiche auf einer einzigen Konsole überwachen. Wenn die Protokolle häufige Spitzenwerte bei einer bestimmten Gusslänge oder Einbrüche im Ofenstrom zeigen, können Ingenieure die Ursache genau lokalisieren und beheben. Dieser datengestützte Ansatz fördert die kontinuierliche Verbesserung, indem er es der Anlage ermöglicht, die Füllraten anzupassen oder die Ofenbedingungen nach Bedarf zu optimieren.

Gränges: Ein praktisches Beispiel

Gränges, ein schwedisches Unternehmen mit Werken in Tennessee, Arizona und North Carolina sowie in Schweden, Polen und China, zeigt, wie integriertes Gleichstromgießen die Produktion revolutionieren kann. Das Unternehmen setzt lasergestützte Sensoren zur Überwachung des Schmelzmetallstands sowie Aktuatoren zur automatischen Steuerung des Durchflusses ein. In Finspång konnte das Unternehmen eine Verringerung der Start- und Stoppzyklen feststellen, wodurch Probleme durch Überlaufen oder Unterfüllung reduziert wurden. Diese Umstellung ermöglichte es dem Unternehmen zudem, Ausschuss zu verringern, das Rätselraten zu reduzieren und die Produktivität durch verkürzte Umschmelzzyklen zu steigern.

„Das Thema Nachhaltigkeit hat sich von einem relativ vernachlässigten Aspekt zu einer hohen Priorität entwickelt. Das Bewusstsein dafür wächst rasant, und während wir es für unerlässlich halten, nachhaltiger zu produzieren, teilen unsere Kunden diese Ansicht. Sie verlangen nun von uns, unseren CO₂-Fußabdruck zu verringern und sicherzustellen, dass unsere Materialien bestimmte Standards erfüllen“, sagt Elin Lindfors, Leiterin der Produktionstechnik im Schmelzwerk von Gränges Finspång.

„Wir messen Nachhaltigkeit kontinuierlich anhand verschiedener Parameter: das Wohlbefinden und die Sicherheit unserer Mitarbeiter am Arbeitsplatz, ökologische Aspekte wie CO₂-Bilanz und Energieverbrauch sowie die Effizienz in Bezug auf Produktionsleistung und -geschwindigkeit. Viele unserer Mitarbeiter sind schon ihr ganzes Leben lang bei uns beschäftigt, während andere erst seit kurzem zu uns gehören. Wir setzen uns intensiv dafür ein, die gesamte Belegschaft in nachhaltiges Handeln einzubinden, den Zusammenhalt zu stärken und starke Teams aufzubauen.“

Gränges betrachtet diese Automatisierung als Eckpfeiler des täglichen Betriebs. „Das automatische Gießen ist ein wichtiger Bestandteil unserer Arbeit im Bereich Sicherheit und Nachhaltigkeit. Wir haben etwa 2006–2007 damit begonnen, Precimeter dafür einzusetzen. Für uns gehört es zum normalen Arbeitsalltag, den Gießvorgang automatisch ablaufen zu lassen. Dank unserer Anlage müssen sich in kritischen Momenten keine Mitarbeiter an kritischen Stellen aufhalten. Außerdem steigern wir die Produktionseffizienz. Darüber hinaus war es nie ein Problem, neuen Mitarbeitern unsere Systeme mit Precimeter beizubringen. Es ist sehr unkompliziert.“

Ihre Ergebnisse bestätigen die Vorteile einer besseren Durchflussmessung und Echtzeitsteuerung.
„Die Produktivität hat sich erheblich verbessert, seit wir Precimeter-Laser zur Füllstandsmessung und Stellantriebe zur Durchflussregelung einsetzen. Wir haben weniger Ausfälle und Ausschuss, da wir die Gussvorgänge mehrmals wiederholen können. Außerdem verlaufen die Anläufe bei jedem Guss stabiler.“

Auch Gränges schätzt die enge Zusammenarbeit. „Die Zusammenarbeit mit Precimeter ist durchweg positiv! Es ist hervorragend, einen Lieferanten in der Nähe zu haben, der offen für die enge Zusammenarbeit ist, die wir pflegen. Wir erhalten Service vor Ort; es gibt schnelle Reaktionszeiten und guten Support, aber auch einen Dialog zur Entwicklung von Lösungen, die zu uns passen. Precimeter weiß genau, was wir wollen, und versteht die Risiken, denen wir ausgesetzt sein können. Das gibt uns die Gewissheit, dass die Angebote unseren Bedürfnissen entsprechen“, fasst Elin zusammen.

Vorteile in vier Schlüsselbereichen

Eine integrierte Produktionslinie kann in jedem Schritt des Gießprozesses einen Mehrwert schaffen. Durch die Vernetzung von Sensoren, Aktoren und Überfüllsicherungen in einem einzigen System können Gießereien die Sicherheitsstandards erhöhen, die Umweltbelastung verringern, ihre Gewinne steigern und die Effizienz verbessern. Diese Synergie über den gesamten Gießprozess hinweg führt zu einem zuverlässigeren Betrieb, der den modernen Anforderungen gerecht wird.

• Sicherheit
  Die Bediener müssen nicht in der Nähe von geschmolzenem Metall stehen, und Überfüllsicherungen verringern die Gefahr von größeren Verschüttungen. Das senkt das Risiko für das Personal und spart Ausfallzeiten.
• Nachhaltigkeit
  Eine konsequente Kontrolle hilft, Ausschuss zu vermeiden und die Umschmelzzyklen zu verkürzen, wodurch der Energieverbrauch und die Emissionen gesenkt werden. Dies unterstützt die Bemühungen, den ökologischen Fußabdruck des Gießprozesses zu verringern.
• Rentabilität
  Weniger fehlerhafte Brammen oder Knüppel bedeuten weniger Unterbrechungen. Dank vorhersehbarer Gusspläne können Manager die Auftragsabwicklung im Zeitplan halten und die Kunden zufriedenstellen.
• Effizienz
  Automatisierte Systeme gleichen kleine Abweichungen sofort aus, sodass sich die Mitarbeiter auf Verbesserungen oder die Datenüberprüfung konzentrieren können, anstatt manuelle Aufgaben zu erledigen. Die protokollierten Daten können im Laufe der Zeit zu besseren Gussverfahren beitragen.

Ein Weg hin zu Industrie 4.0

Zwar sind leistungsfähigere Sensoren, Aktoren und Überfüllsicherungen von entscheidender Bedeutung, doch ebnen sie auch den Weg für umfassendere Möglichkeiten im Rahmen von Industrie 4.0. Sobald Komponenten Daten austauschen, werden fortschrittliche Analysen und eine teilweise Automatisierung möglich. Die Werke können Protokolle auswerten, um den Anlauf von Gussvorgängen zu verbessern oder die Durchflussraten für verschiedene Legierungen ohne das übliche Ausprobieren genau abzustimmen. Ein stetiger Datenstrom ermöglicht es ihnen zudem, Algorithmen zu entwickeln, um Ausschuss zu minimieren, den Energieverbrauch zu senken und eine vorhersehbare Qualität zu gewährleisten.

Eine bessere Zukunft für den Aluminiumguss

Durch die Kombination von Sensoren, Aktuatoren, Überfüllsicherungen und einer zentralen Überwachung wird das DC-Gießen sicherer, umweltfreundlicher und rentabler. Die Erfahrungen von Gränges zeigen, dass diese Methoden in mehreren Werken mit jeweils unterschiedlichen Durchsatz- und Produktanforderungen eingeführt werden können. Ein vollautomatischer und integrierter Gießprozess läuft reibungsloser ab, schützt die Mitarbeiter vor Gefahren und liefert durchweg Knüppel oder Brammen, die hohen Standards entsprechen. Durch kontinuierliche, datengestützte Verbesserungen können Aluminiumgießereien auf einem Markt erfolgreich bestehen, der Wert auf Umweltverantwortung und operative Exzellenz legt.