Retrofit eines Flammenumlaufhärters – vollständige Automatisierung & Prozessüberwachung für konstante Härtequalität (2010)
Bereits im Jahr 2010 führte Rau Automatisierung ein umfassendes Retrofit an einem Flammenumlaufhärter in der Randschichthärterei eines großen industriellen Härtebetriebs durch. Die Anlage wurde zur Härtung von Laufrollen eingesetzt und arbeitete bis dahin überwiegend manuell: Zündung, Brennerlaufzeit und das Gas-Sauerstoff-Gemisch wurden durch den Werker „nach Gefühl“ eingestellt.
Um langfristig eine konstant hohe Produktqualität bei großen Stückzahlen zu erreichen – unabhängig von Schicht, Werker oder Erfahrung – war eine vollständige Automatisierung des Prozesses notwendig.
Ausgangssituation: manuelle Einstellung, geringe Reproduzierbarkeit & fehlende Prozessdaten
Vor dem Retrofit wurde der Flammenhärteprozess rein manuell gesteuert:
- Brenner wurden händisch entzündet
- Gas- und Sauerstoffmengen wurden nach Gefühl eingestellt
- kein einheitliches Flammenbild
- keine dokumentierten Prozessparameter
- hohe Abweichungen je nach Schicht und Bediener
- keine automatisierte Überwachung von Temperatur oder Zeitvorgaben
Für eine über Jahre geplante Serienproduktion war dieser Zustand weder wirtschaftlich noch qualitativ tragfähig.
Ziel des Retrofits: Automatisierung, Wiederholgenauigkeit & Prozesssicherheit
Der Auftrag hatte klar definierte Ziele:
- gleichbleibende Härtequalität über viele Jahre
- reproduzierbare Ergebnisse unabhängig vom Bediener
- vollständige Prozessautomatisierung
- Überwachung aller temperatur- und zeitabhängigen Prozessschritte
- sichere Gas- und Sauerstoffsteuerung
- maschinensichere Abschaltlogik
- automatische Dokumentation für Qualitätsnachweise
Damit wurde der Flammenumlaufhärter von einer manuell geführten Maschine zu einer überwachten, dokumentierenden und sicheren Serienanlage.
Besondere Anforderungen: Gas-/Sauerstoffsteuerung & sicherer Abschaltprozess
Besonders anspruchsvoll war die Umsetzung folgender Punkte:
- automatische und normgerechte Steuerung aller Gas- und Sauerstoffventile
- sichere Abschaltung in der richtigen Reihenfolge beim Nothalt
- pneumatische Verstellung der Brenner in definierte Positionen
- Überwachung der Brennerzündung
- Temperaturmessung mittels Pyrometer
- Vorgabe eines engen Temperaturzeitfensters
- automatisches Eintauchen des Bauteils ins Kühlbecken nach Erreichen der Zieltemperatur
Alle Prozessschritte mussten sicher, nachvollziehbar und dokumentiert ablaufen.
Unsere Umsetzung: neue Steuerungstechnik, neue Mechanik & vollständige Prozessautomatisierung
Mechanische Erneuerung
- Überholung aller beweglichen Komponenten
- neue pneumatische Brennerverstellung
- Bauteilaufnahme überarbeitet
- optimierte Bewegungsabläufe für Rotation und Absenkung ins Kühlwasser
Neuer Schaltschrank & moderne Regeltechnik
Der neu errichtete Schaltschrank übernimmt:
- Regelung der Antriebstechnik
- Steuerung der Kühlwasserversorgung
- vollständige Gas- und Sauerstofflogik
- sichere Abschaltsequenzen bei Nothalt oder Fehler
- Brennerzündung über Zündtransformator
Die Sicherheitslogik wurde komplett neu aufgebaut.
Automatisierter Prozessablauf
Der neue Prozess läuft wie folgt ab:
- Werker legt Bauteil ein und wählt das passende Rezept auf der Steuerung.
- Das Kühlwasser wird automatisch auf Zieltemperatur geregelt.
- Gasventile öffnen, Brenner zünden automatisch.
- Sauerstoffventile öffnen, Flammenbild wird auf Sollwert geregelt.
- Brenner fahren in Arbeitsposition und erhitzen das rotierende Bauteil.
- Ein Pyrometer überwacht die Oberflächentemperatur.
- Die Solltemperatur muss innerhalb eines definierten Zeitfensters erreicht werden.
- Brenner fahren zurück, Gas und Sauerstoff werden in sicherheitskonformer Reihenfolge abgeschaltet.
- Bauteil senkt sich automatisch ins Wasserbad zum Abschrecken.
- Nach der Abkühlphase fährt das Bauteil in Ausgangsposition und kann entnommen werden.
PC-Steuerung auf LabVIEW-Basis
- PC-basierte Steuerung
- Softwareentwicklung auf LabVIEW
- Logging aller Prozessdaten
- automatische Prüfprotokolle mit:
- Temperaturverläufen
- Haltezeiten
- Chargennummern
- Protokollsicherung zur Qualitätsüberwachung
Ergebnis & Kundennutzen: maximale Qualität, sichere Abläufe & vollständige Dokumentation
Durch das Retrofit wurde der Flammenumlaufhärter zu einer stabilen, serienfähigen und sicher überwachten Anlage. Der Kunde profitiert seitdem von:
- gleichbleibender Härtequalität über viele Jahre
- reproduzierbaren Temperaturverläufen ohne Bedienereinfluss
- deutlich höherer Arbeitssicherheit
- lückenloser Dokumentation aller relevanten Prozessdaten
- automatischer Brennersteuerung & sicherer Gas-/Sauerstofflogik
- effizientem Einrichter- und Bedienablauf
- reduzierten Prozessabweichungen und Ausschussraten
Der Flammenumlaufhärter ist seit der Modernisierung langfristig einsatzfähig – mit deutlich verbesserter Sicherheit, Prozessqualität und Wirtschaftlichkeit.