LeiKom-Handbuch Prozess - Instrumente zur Entwicklung von - IfG

Nachhaltige und innovative Produktion
von Leichtbau-Komponenten
LeiKom-Handbuch Prozess
Instrumente zur
Entwicklung von
Gießereien zu
nachhaltigen Produzenten
Partner im Projekt LeiKom:
Eisenwerk Brühl GmbH, Brühl
H-Faktor GmbH, Dortmund
IG Metall Vorstand–Zweigbüro Düsseldorf
IfG Institut für Gießereitechnik gGmbH, vorher Verein Deutscher Giessereifachleute e.V., Düsseldorf
NEMAK Wernigerode GmbH, ehemals Rautenbach Aluminium Technologie GmbH
RKW Rationalisierungs- und Innovationszentrum der Deutschen Wirtschaft e.V., Kompetenzzentrum
, Eschborn
Februar 2010

Dieses Verbundvorhaben wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung
und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Forschung für
nachhaltiges Wirtschaften“ gefördert.
Die Projektpartner und alle Beteiligten danken dem BMBF und dem Projektträger
im DLR „Umweltforschung und -technik“ für die große Unterstützung.
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INHALTSVERZEICHNIS
1 Nachhaltiges Wirtschaften in Gießereien und in anderen Zulieferbetrieben ....................7
1.1 Nachhaltiges Wirtschaften und das Projekt Leikom .................................................7
1.2 Zweck dieses Leikom-Handbuchs „Prozess“..........................................................10
2 Bedienungsanleitung......................................................................................................16
3 Erfolgsfaktoren ...............................................................................................................17
4 Informationsbeschaffung ................................................................................................19
5 Optimierung der Wertschöpfungskette in Gießereien ....................................................27
6 Planung einer zukunftsorientierten Gießerei ..................................................................43
6.1 Planung einer kompletten Gießerei ............................................................................43
6.2 Planung eines Schmelzbetriebs in einer Metallgießerei.............................................50
6. 3 Planung von Maßnahmen zur Luftreinhaltung in Gießereien .....................................60
7 Hohe Prozessfähigkeit als Voraussetzung für gegossene Leichtbau-Komponenten .....66
7.1 Die Beherrschung von Streuungen als wichtigste Aufgabe der Gießereitechnik .......66
7.2 Prozessdatenanalyse und Prozessstabilität ...............................................................70
7.3 Ansätze für weitere Entwicklungsarbeiten zur Prozessstabilität und
Qualitätssicherung..................................................................................................................75
7.4 Kennzeichnung von Bauteilen ....................................................................................77
7.5 Gussfehlerdiagnose für höhere Prozessfähigkeit.......................................................86
8 Hohe Maßgenauigkeit als Voraussetzung für gegossene Leichtbau-Komponenten......91
8.1 Maßhaltigkeit von handgeformten Gussstücken ........................................................91
8.2 Vermeidung von Maßabweichungen bei Kernen........................................................93
8.3 Verzug und andere Deformationen von plattenförmigen Gussteilen..........................95
8.4 Deformation dünnwandiger Gussteile beim Strahlen .................................................96
9 Gefährdungsanalyse in Gießereien................................................................................99
10 Analyse von Unfallursachen und Unfallvermeidung in Gießereien ..........................102
11 Energieeffiziente Gussproduktion.............................................................................108
12 Prozessintegrierter Umweltschutz ...........................................................................116
13 Instandhaltung in Gießereien ...................................................................................121
14 Literaturverzeichnis ..................................................................................................133
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Verzeichnis der Abbildungen
Abbildung 1-1: Nachhaltigkeit und Innovation ..........................................................................9
Abbildung 1-2: Ablaufdiagramm zum Nachhaltigen Wirtschaften ..........................................15
Abbildung 4-1: Startseite der Datenbank VDGLIT www.vdglit.com .......................................21
Abbildung 4-2: Suchmaske mit Suchfeldern ..........................................................................22
Abbildung 4-3: Trefferanzeige ................................................................................................23
Abbildung 5-1: Entwicklungsstufen des Outsourcing .............................................................32
Abbildung 5-2: Zusammenhang zwischen Perfektionsgrad einer Fertigung und den Kosten
...............................................................................................................................................33
Abbildung 5-3: Kostenverlauf bei Überbelegung und Fremdbezug........................................34
Abbildung 5-4: Zeigt die neu entwickelten Straßentransportbehälter mit der Möglichkeit zur
Einbringung eines Heizsystems zum Warmhalten der Schmelze – hier die
widerstandsbeheizte Variante. ...............................................................................................35
Abbildung 5-5: Wandel der strategischen Anforderungen in der Instandhaltung ...................42
Abbildung 6-1: Symbolische Darstellung der Gießerei als Komplexmaschine aus drei
Aggregaten.............................................................................................................................54
Abbildung 6-2: Beispiel einer Zielhierarchie für das bestmögliche NE-Schmelzverfahren.....56
Abbildung 6-3: Beispiel einer Matrix für die Nutzwertanalyse zur Planung eines NE-
Schmelzbetriebes...................................................................................................................59
Abbildung 7-1: Dateneingabe mit Feldern für verschiedene Arten von Formstoff-Kenndaten
...............................................................................................................................................71
Abbildung 7-2: Formstoffgrenzen für die relevanten Formstoffparameter, angegeben sind
obere (OEG) und (UEG) Eingriffsgrenzen, die gießereispezifisch zu definieren sind............72
Abbildung 7-3: Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse von Ausgleichsrechnungen, in die
drei Formstoffkenngrößen eingehen ......................................................................................73
Abbildung 7-4: Maske zur Erfassung von Angaben zur Gussqualität bzw. zu
formstoffbedingten Gussfehlern .............................................................................................74
Abbildung 7-5: Hinterlegtes Expertenwissen zu formstoffbedingten Gussfehlern und ihren
Ursachen................................................................................................................................75
Abbildung 7-6:Schematische Darstellung eines durchgängigen Rückverfolgungskonzepts..78
Abbildung 7-7: Gelaserter DMC und Klarschrift auf einer fertig bearbeiteten Kurbelwelle.....83
Abbildung 7-8: Daten und ihre Verwendung im DMC ............................................................85
Abbildung 7-9: Schematische Darstellung der Kennzeichnungs-/Einlesevorgänge...............85
Abbildung 8-1: Einflussgrößen auf die Maßhaltigkeit von handgeformten Gusstücken .........98
Abbildung 9-1: Anleitung für die Durchführung von Gefährdungsbeurteilungen in Gießereien
...............................................................................................................................................99
4

Abbildung 9-2: Arbeitsblatt für eine Gefährdungsanalyse – Beispiel: Sandaufbereitung und
Aerosole ...............................................................................................................................100
Abbildung 9-3: Arbeitsblatt für eine Gefährdungsanalyse – Beispiel: Sandaufbereitung und
Maschinenteile .....................................................................................................................101
Abbildung 10-1: Formular zur Datenerfassung zur Unfallstatistik ........................................104
Abbildung 10-2: Vergleich der Unfallhäufigkeit nach Betriebsabteilungen...........................105
Abbildung 10-3: Formular 2 zur Datenerfassung zur Unfallstatistik .....................................107
Abbildung 11-1: Analyse der Energieströme in einer Gießerei ............................................110
Abbildung 12-1: Minderung von Geruchsemissionen einer Eisengießerei durch neue
Kernbindemittel ....................................................................................................................119
Abbildung 12-2: Mehrdimensionale Bewertung von betrieblichen prozessintegrierten
Maßnahmen .........................................................................................................................119
Abbildung 12-3: Systematische Bewertung von ökologischen Größen bei prozessintegrierten
Maßnahmen .........................................................................................................................120
Abbildung 12-4: Beschreibung der Best Verfügbaren Techniken in Gießereien für eine
umweltverträgliche Produktion [PIU 05] ...............................................................................120
Abbildung 13-1: Die Aufgabengebiete der Instandhaltung...................................................121
Abbildung 13-2: Instandhaltung zur Wiederherstellung des Soll-Zustandes........................122
Abbildung 13-3: Aufgabenintegration bei Gruppenarbeit in der Produktion .........................123
Abbildung 13-4: Unterbringung der Instandhaltung in der Firma .........................................124
Abbildung 13-5: Anlässe für die Wahl zwischen Eigen- und Fremdinstandhaltung .............129
Abbildung 13-6: Entscheidungsdiagramm zur Auswahl und Bildung von Kennzahlen ........130
5

Verzeichnis der Tafeln
Tafel 1-1: Beispiele zu den Vorteilen des Nachhaltigen Wirtschaftens für Unternehmen ......13
Tafel 1-2: Nachhaltigkeitsbegriffe mit Beispielen aus der betrieblichen Praxis ......................14
Tafel 5-1. Spezifische Merkmale der indirekten Beheizungsvarianten für
Straßentransportbehälter .......................................................................................................36
Tafel 5-2: Qualitativer Vergleich - Blockbelieferung vs. Flüssigmetallbelieferung..................36
Tafel 5-3: Ofentypen und technische Daten...........................................................................38
Tafel 7-1: Streuungen der mechanischen Eigenschaften, am Beispiel Gusseisen mit
Kugelgraphit ...........................................................................................................................68
Tafel 7-2: Streuungen der Masse von Gussteilen, am Beispiel Gusseisen mit
Lamellengraphit......................................................................................................................69
Tafel 7-3: Streuungen der Maße von Gussteilen, am Beispiel Gusseisen mit Lamellengraphit
...............................................................................................................................................69
Tafel 11-1: Energieverbräuche in Eisengießereien (rot: markante Werte)...........................109
Tafel 12-1: Themen des BMBF-Programms „Integrierter Umweltschutz in der
Gießereiindustrie“.................................................................................................................118
Tafel 13-1: Instandhaltungsstrategien bei fünfzehn automatischen Formanlagen...............125
Verzeichnis der Übersichten
Übersicht 3-1: Erfolgsfaktoren für Gussproduktion und -fertigung .........................................17
Übersicht 4-1: Deutsche und internationale Informations- und Datenquellen ........................20
Übersicht 4-2: Wichtige deutsche und internationale Gießereifachzeitschriften ...................24
Übersicht 6-1: Auswahl einiger wichtiger Bewertungskriterien für NE-Schmelzaggregate,
insbesondere für den Aluminiumschmelzbetrieb....................................................................57
Übersicht 7-1: Mit Data Engine beschriebene Zusammenhänge zwischen Kombinationen von
Gießerei-Prozessgrößen (WENN) und Gießerei-Qualitätsgrößen (DANN) ...........................76
Übersicht 11-1: Handlungsanleitung zur Steigerung der Energieeffizienz ...........................110
6

1 Nachhaltiges Wirtschaften in Gießereien und in anderen Zulieferbetrieben
1.1 Nachhaltiges Wirtschaften und das Projekt Leikom
In einer Informationsschrift des Bundesministeriums für Bildung und Wissenschaft BMBF aus
2004 heißt es:
Nachhaltigkeit gilt als spröder Begriff. Aber sie hat klare und breit akzeptierte Ziele: Wir wollen
mit dem Blick über eine Generation hinaus die natürlichen Ressourcen schützen, den
sozialen Zusammenhalt erhalten und stärken und die wirtschaftliche Leistungskraft fordern,
die auch für kommende Generationen Wohlstand sichert.
Im Rahmen der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung unterstützt das BMBF zielgerichtet
die Erforschung, Entwicklung und Vermittlung von Innovationen für das nachhaltige
Wirtschaften. Wichtige Ansatzpunkte sind der effiziente Einsatz von Rohstoffen und Produktionstechnologien,
Alternativen für umweltschädigende Einsatzstoffe, die Senkung von
Verbrauch und Emissionen, die Entwicklung umweltfreundlicher Produkte und die bessere
Wiederverwendbarkeit von Waren und Materialien.
Übergreifendes Ziel ist, den Standort und die Arbeitsplatze besonders der kleinen und mittelständischen
Unternehmen zu sichern und auszubauen. Technologische Innovationen mit
hohen Umweltentlastungspotenzialen benötigen das komplexe fachliche Know-how verschiedener
Disziplinen, aber auch die Akzeptanz der Verbraucher. Wo Wissenschaft und
Unternehmen gemeinsam und interdisziplinär forschen und entwickeln und die Gesellschaft
frühzeitig einbinden, sind Praxisbezug, Zukunft und Nachhaltigkeit gesichert [BMB04].
Die Gewichtsreduzierung bei vielen technischen Produkten, wie Fahrzeugen und Maschinen,
und ihren Komponenten führt unmittelbar zu vielfältigen ökologischen und ökonomischen
Vorteilen in der gesamten Wertschöpfungskette: weniger Rohstoffe, weniger Transport,
energieeffizientere, energieeffizientere Verwendung, weniger Prozessrückstände, d.h. weniger
Recycling oder Abfälle zur Entsorgung.
Die Hersteller von Komponenten und Zulieferer der Endprodukthersteller Automobilindustrie,
Maschinenbau etc. sind typische mittelständisch strukturierte Industriezweige, die sich außer
in der Betriebsgröße auch hinsichtlich Technologie, Arbeitssystemen und Vorgehen bei Produktentwicklung,
Beschäftigtenstruktur etc. ähnlich sind: Gießereiindustrie, Schmiedeindust-
7

ie, Kunststoff-Spritzgießereien u. a. Als Zulieferer nehmen sie eine volkswirtschaftliche
Schlüsselstellung ein.
Im Vorhaben LeiKom sind in Gießereien leichtere Komponenten entwickelt worden und mit
neuartigen Technologien realisiert werden. Dabei sind neben technologischen auch wirtschaftliche
und soziale Verbesserungen verfolgt worden.
Es sind dies zwei technologisch sehr fortschrittliche Unternehmen gewesen, die die für die
Gussproduktion typische Verfahrens- und Werkstoffvielfalt widerspiegeln. In der Firma Eisenwerk
Brühl GmbH sind im Sandgießverfahren neuartige Zylinderkurbelgehäuse aus
Gusseisen und in der Firma Nemak Wernigerode GmbH, ehemals Rautenbach-Guss, sind
Zylinderköpfe im Kokillengießverfahren aus Aluminiumguss entwickelt worden.
Die Ergebnisse aus diesen Modellbetrieben und aus betriebsübergreifenden Arbeiten haben
zu Methoden und Instrumenten geführt, die für Gießereien - und in entsprechender Nutzung
auch für ähnliche Betriebe - hilfreich sind.
Sie sollen den einzelnen Unternehmen ermöglichen, sich nachhaltig aufzustellen – hinsichtlich
ihrer Erzeugnisse, hinsichtlich der Gestaltung ihrer Arbeitssysteme und ihrer Belegschaft
– um auch für den internationalen Wettbewerb in Zukunft gerüstet zu sein.
Ausgangsbasis für die Entwicklung von nachhaltigen Prozessen war im Projekt LeiKom ein
Ansatz basierend auf drei gleichwertigen und sich gegenseitig beeinflussenden Schnittstellen:
- Technik
- Organisation
- Mensch
Innovationen sind als Dreiklang zwischen technischer, organisatorischer und humaner Innovation
zu gestalten (Abbildung 1-1).
8

Schnittstelle Technik - Organisation
- ressourcenoptimierte Prozesse
- stoffkreislaufoptimierte Prozesse
- Flexibilität
-Qualität
- Kommunikation/ ... Wissen
- …
Organisation
Technik
Nachhaltigkeit
und
Innovation
Schnittstelle Organisation - Mensch
gesundheitsförderliche Arbeitsorganisation (AO), altersstabile AO
qualifikationsförderliche AO, lernförderliche AO, wissensgenerierende AO
Abbildung 1-1: Nachhaltigkeit und Innovation
9
Schnittstelle Mensch - Technik
- gesundheitsförderliche Technikgestaltung
- altersstabile Anforderungen
- Qualifikationsförderliche Technikgestaltung
- lernförderliche Technikgestaltung
- wissensgenerierende Technikgestaltung
Mensch
Die in Leikom entwickelten Instrumente, die den Unternehmen helfen sollen, sich zukunftsfähig
aufzustellen, decken die drei wesentlichen Bereiche Produkt, Prozess und Personal ab.
Ausgegangen wird dabei von dem Gedanken, dass eine Gießerei – genauso wie ein anderes
ähnliches Zulieferunternehmen - zunächst den zukünftigen Markt für seine Leichtbau-
Produkte erkennen muss. Man muss die Anforderungen an die Art der Bauteile, ihre Qualität
sowie die Konditionen, unter denen sie abgenommen werden, abschätzen. Man muss den
Markt und die Nachfrage nach Leichtbaukomponenten prognostizieren. Für diese anspruchsvolle
Aufgabe bietet der LeiKom-Band „Instrumente zur Entwicklung von Gießereien
zu nachhaltigen Produzenten“ vielfältige Hilfen.
Liegt dann die Prognose für die zukünftige Nachfrage vor, so ist für jeden Betrieb, jede Gießerei,
individuell die zur Produktion der zukünftig nachgefragten Bauteile notwendige Fertigungstechnik
sowie der Personalbedarf zu entwickeln.
Empfehlungen und Hilfen zur zukunftsgerechten Ausrichtung der Fertigungstechnik bietet
der LeiKom-Band „Instrumente zur Entwicklung nachhaltiger Leichtbau-Komponenten“ an.
Der LeiKom-Band „Instrumente zur Entwicklung von Personalwesen und Ausbildung für
nachhaltige Unternehmen“ bietet Hilfe an, bei der Schaffung eines zukunftsorientierten Personalwesens,
beispielsweise hinsichtlich langfristig angelegter Altersstrukturen und der Qualifikationen
der Beschäftigten. Darüber hinaus gibt der Band Empfehlungen zu einer Neugestaltung
der Ausbildungsinhalte für den Beruf „Gießereimechaniker“.

Die drei Bände sind so gestaltet, dass sie unabhängig voneinander genutzt werden können.
Trotzdem decken sie nur gemeinsam das breite Arbeitsfeld für den ab, der sein Unternehmen
und seine Belegschaft nachhaltig und zukunftssicher ausrichten möchte.
1.2 Zweck dieses Leikom-Handbuchs „Prozess“
Im Projekt LeiKom hat das RKW im Jahr 2007 eine qualitative Befragung zur Zukunftsentwicklung
der Gießerei-Unternehmen in Deutschland durchgeführt [RKW08]. Um eine möglichst
große Bandbreite von Fachwissen abzudecken, wurden Experten aus Unternehmen,
Verbänden und Wissenschaft befragt. Zwölf Experten haben sich teilweise sehr ausführlich
zu neun Fragebereichen mit einem Zeithorizont bis zum Jahr 2020 befragt. Die Auswertung
der Fragebögen, zeigt eine Vielzahl von interessanten Entwicklungen und zu erwartende
Trends auf. Die Ergebnisse sind eine wichtige Grundlage für die Entwicklung der Leikom-
Instrumente „Produkt“, „Prozess“ und „Personal“ gewesen.
Im Folgenden sind die Prozess bezogenen Ergebnisse dargstellt.
Technologieentwicklung – Evolution, statt Revolution
Zukünftig werden für die Gießereiverfahren und für die damit eng verbundenen Werkstoffe
zwar vielfältige Weiterentwicklungen erwartet. Jedoch wird kein vollständiger Einsatz bestehender
und keine Entwicklung gänzlich neuer Technologien in der Gießerei-Industrie stattfinden.
Absehbar sind ein ansteigender Automatisierungsgrad und ein zunehmender Robotereinsatz.
Die erwartete Spezialisierung und Konzentration auf höherwertige Produkte - da Standardprodukte
zunehmend durch Importe aus Niedriglohnländern verdrängt werden - erfordert
zukünftig weitere Investitionen in die Fertigungstechnologien. Eine weitere Optimierung der
metallurgischen Eigenschaften der Werkstoffe sollte in Zusammenarbeit mit Zulieferern und
Kunden sowie Hochschulen und Instituten vorangetrieben werden. Eine grundlegende Substitution
der bisherigen Werkstoffe wird ausgeschlossen bzw. für wenig wahrscheinlich
gehalten.
10

Unternehmensstrategie – Kernkompetenzen und Fertigungstiefe
Um strategisch richtig aufgestellt zu sein, müssen die Gießer einerseits die Fertigungstiefe
und damit die Produktwertschöpfung durch die Erschließung vor- und nachgelagerter Prozesse
deutlich erhöhen (wie zum Beispiel Bauteilentwicklung und Montage). Auf der anderen
Seite müssen die Unternehmer ihre Kernkompetenzen stärker fokussieren, um wettbewerbsfähig
zu bleiben. Auch das Angebot von Dienstleistungen rund um die Produkte wurde angeregt
(all inklusive– Angebote, Komplettlieferungen). Die strategische Ausrichtung ist natürlich
stark abhängig von der Art des Unternehmens, zum Beispiel für Einzel- und Seriengießer
oder Eisen- und Aluminiumgießer. Daher wird eine Differenzierung nach Unternehmenstypen
erforderlich sein. Es ist davon auszugehen, dass die Einzel- und Kleinserienfertigung vorwiegend
für regionale Märkte und die Fertigung in großen Serien für den Weltmarkt weiterhin
wettbewerbsfähig sein werden.
Energie- und Rohstoffsicherheit
Da die Energiekosten einen hohen Anteil der Produktionskosten darstellen, sind Maßnahmen
zur Steigerung der Energieeffizienz zwingend notwendig und tragen somit entscheidend
zur Sicherung der zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit bei. Investitionen in CO2-arme und
energieeffiziente Technologien sowie Konzepte zur Reduzierung des gesamten Energieverbrauches
sind unumgänglich.
Die Preise für Stahl und NE- Metalle werden weiterhin auf hohem Niveau bleiben. Bei den
Legierungsmetallen wie zum Beispiel Nickel, Chrom und Mangan sind sogar Beschaffungsengpässe
möglich. Mittels langfristigen Lieferverträgen und Beteiligung an den vorgelagerten
Wertschöpfungsstufen kann Problemen vorgebeugt werden. Potenziale in der Steigerung
der Materialeffizienz müssen erkannt und genutzt werden.
Übersicht der Handlungsempfehlungen der Experten:
Produkte / Technologie
• breite Produkt- und Verfahrenspalette anstreben
• verstärkte Anstrengungen zur Akquisition hochkomplexer Teile
• aktive Erweiterung der Wertschöpfungskette (Stärken-/ Schwächeprofil erarbeiten)
• Kombination von Produktentwicklung und -fertigung im eigenen Hause
• weiterhin hohes Qualitätsbewusstsein und Termintreue
11

Nachdem das zu erarbeitende Instrument aus dem Leikom-Band „Produkt“ zur Anwendung
gekommen ist – und damit die zukünftig herzustellenden Bauteile beschrieben sind – sollen
die Instrumente aus dem Band „Prozess“ einem mittelständischen Bauteilhersteller ermöglichen,
die Frage zu beantworten: „Wie muss die Produktion eines bauteilherstellenden Zulieferbetriebs
hinsichtlich Technologie, Arbeitssystemen, Arbeitsorganisation, Qualifikation der
Beschäftigten, Arbeits- und Umweltschutz etc. realisiert werden, damit dieser Betrieb die
mittel- und langfristigen Vorgaben hinsichtlich seines Produktes erfüllen kann?“
Das Handbuch enthält Hinweise auf Trends in Produktionstechnik, Prozesssteuerung, Arbeitsgestaltung
etc. und Hilfsmittel zur eigenen betrieblichen Ausrichtung.
Die Gießereien sollen so ausgerichtet werden, dass sie nachhaltig wirtschaften können. Gießereien
sind in der Mehrzahl kleine und mittelständische Unternehmen, für die Handlungsanleitungen
mit möglichst direkt umsetzbaren Instrumenten von besonders großer Wichtigkeit
sind.
Die Handlungsanleitung im orientiert sich an dem Begriffsverständnis und an den generellen
Empfehlungen in der Richtlinie des Vereins Deutscher Ingenieure VDI 4070, Blatt 1, Februar
2006 mit Titel „Nachhaltiges Wirtschaften in kleinen und mittelständischen Unternehmen;
Anleitung zum Nachhaltigen Wirtschaften“ [NWK06].
„Nachhaltiges Wirtschaften“ ist hier definiert als:
„Nachhaltiges Wirtschaften verknüpft die Vorgehensweisen erfolgreichen Wirtschaftens mit
Forderungen nach ökologischer Verträglichkeit und sozialer Gerechtigkeit und bringt sie in
ein ausgeglichenes Verhältnis.
Beispiele für die Vorteile Nachhaltigen Wirtschaftens zeigt Tafel 1-1.
12

Tafel 1-1: Beispiele zu den Vorteilen des Nachhaltigen Wirtschaftens für Unternehmen
Anspruchsgruppen
Nutzen
im
Ökonomischen Bereich
Kunden Kundenbindung durch
gutes Preis-
Leistungsverhältnis
Mitarbeiter qualifizierte und motivierte
Mitarbeiter
13
Ökologischen Bereich
Umweltschutz in der
Nutzungsphase
geringe Einwirkungen
am Arbeitsplatz
Lieferanten verlässliche Ge- Integration von Umschäftspartner,Entweltaspekten
in Prowicklunggemeinsamen
Fachwissens
dukte und Produktion
Teilhaber/Aktionäre attraktive Anlage attraktive Anlage für
öko-logisch bewusste
Anleger
Kreditgeber und Versicherun- günstige Konditionen Risikominderung
gen
durch Vorsorge
Behörden (Genehmigung,
Überwachung)
Öffentlichkeit Image eines ertragsstarken,
Arbeitsplätze
erhaltenden Unternehmens
Sozialen Bereich
Kundenbindung durch
gutes Image
Mitarbeiterbindung
durch Mitarbeiterzufriedenheit
und gute
Arbeitskonditionen
Liefer- und Arbeitsplatzsicherheit
durch
Lieferantenbindung
attraktive Anlage für
ethisch bewusste
Anleger
Arbeitsplatzsicherung
durch Risikominderung
kurze Verfahren verringerte Auflagen gute Kommunikation
und Koordination
Image eines umweltbewusstenUnternehmens
Image eines sozialen
Unternehmens
Zur Planung des Nachhaltigen Wirtschaftens in Unternehmen dient die Festlegung und Nutzung
eines Systems von Kenngrößen.

Tafel 1-2: Nachhaltigkeitsbegriffe mit Beispielen aus der betrieblichen Praxis
Begriffe Beispiele
Bereich • Ökonomie
• Ökologie
• Soziales
Aspekt z.B. im Bereich
Ökologie
Teilaspekt z.B. im
Aspekt Energiehaushalt
Kenngröße z.B. im
Teilaspekt Energieeffizienz
Kennwert z.B. zur
Kenngröße „spezifischerEnergieeinsatz“
Orientierungswert
zum Kennwert „spezifischerEnergieeinsatz“
• Luftreinhaltung
• Wasserwirtschaft
• Abfallwirtschaft
• Energiehaushalt
• u. a.
• Energiemix
• Energieeffizienz
• u. a.
• spezifischer Energieeinsatz
in kWh
pro Rohstoffeinsatz
in kg
• u. a.
10 kWh/kg
8kWh/kg
Ziel Kennwert soll besser
werden als der Orientierungswert.
Dieser in VDI 4070 vorgeschlagenen generellen Systematik, Begrifflichkeit und Vorgehensweise
wird im Leikom-Handbuch „Prozess“ - soweit zweckmäßig – gefolgt.
Die in den folgenden Abschnitten dieser Ausarbeitung dargestellte Vorgehensweise, die zu
einer zukunftsorientierten Ausrichtung und ggf. zum Ergreifen betrieblicher Maßnahmen
führt, ist als kontinuierlicher Verbesserungsprozess angelegt: eine Überprüfung und ggf. Anpassung
der betrieblichen Ausrichtung – beispielsweise an veränderte Rahmenbedingungen
14

auf dem Markt - sollte in angemessenen Zeiträumen in den Gießereien oder in ähnlichen
Unternehmen durchgeführt bzw. wiederholt werden (Abbildung 1-2).
Check in
regelmäßigen
Zeitabständen
durchführen
Schema für
Bewertung und
Vergleich
Check beginnen
Einführung und Bedienungsanleitung
lesen
Zielgrößen zur
Bewertung von
Produktion und
Beschäftigtenstruktur
Informationen über Entwicklungen
in Technik,
Organisation und Beschäftigtenstruktur
bzw. Qualifikation
Bedarf hinsichtlich Technik, Organisation
und Beschäftigtenstruktur bzw. Qualifikation
prognostizieren
Eigene Produktion und Beschäftigtenstruktur
bewerten
Bewertung gut
Eigene Bewertung
mit Prognose
vergleichen
Check ist beendet
Abbildung 1-2: Ablaufdiagramm zum Nachhaltigen Wirtschaften
15
Liste von Zielgrößen
Liste von Informations-
und
Datenquellen
Schema für Erfassung
und Auswertung
von Informationen
Bewertung
schlecht

2 Bedienungsanleitung
Diese Handlungsanleitung beinhaltet Angaben und Beschreibungen zu
� dem jeweiligen Stand der Technik
� erkennbaren Trends
� Hinweise auf generelle Strategien für eine Entwicklung hin zu einer nachhaltigen
Gussproduktion
� Instrumente für die jeweilige betriebliche Entwicklung hin zu einer nachhaltigen
Gussproduktion
für die wichtigsten Bereiche der Produktion und Fertigung in einer Gießerei (siehe „Abschnitt
3 Erfolgsfaktoren“).
Beim Stand der Technik wird die IST-Situation in modernen Unternehmen der Gießereiindustrie
dargestellt. Wegen der Internationalisierung des Gussmarktes berücksichtigt diese
Darstellung die Situation im In- und Ausland.
Bei der in LeiKom durchgeführten Expertenumfrage sind Trends ermittelt worden. Da man
sich in der Umfrage gezielt an Experten auf verschiedenen Themengebieten gewandt hatte,
ist von einer verhältnismäßig großen Sicherheit bei den erkannten und beschriebenen
Trends auszugehen. Dies gilt im Besonderen, bei den sich deckenden Angaben von mehreren
Experten.
Aus den beschriebenen Trends können in vielen Fällen generelle Strategien für eine Entwicklung
hin zu einer nachhaltigen Gussproduktion abgeleitet werden. Um diese strategischen
Vorstellungen auf betrieblicher Ebene und an die jeweiligen Verhältnisse eines speziellen
Betriebes oder Unternehmens angepasst umsetzen zu können, bedarf es möglichst
konkreter Hilfsmittel.
Diese Hilfsmittel sind Instrumente – entwickelt für die jeweilige Thematik oder Teilaufgabe.
Es handelt sich neben nützlichen Hinweisen, wie speziellen Informationsquellen, im Wesentlichen
um Systeme zur Bewertung des Grades der Nachhaltigkeit der Produktion.
Die Systeme beinhalten Kenngrößen, Kennwerte und Orientierungswerte.
16

Die Bewertung des Grades der Nachhaltigkeit findet durch den Vergleich betrieblicher
Kennwerte mit Orientierungswerten oder durch den Vergleich neuerer mit älteren Kennwerten
statt.
3 Erfolgsfaktoren
Generelle Erfolgsfaktoren für die Gussproduktion sind in der Studie „Gießerei 2010 – Strategie
für die deutsche Gießereiindustrie“ beschrieben worden. Diese Untersuchung ist von
einer Projektgruppe mit UNITY AG, Heinz Nixdorf Institut und Institut für Gießereitechnik
GmbH im Auftrag des VDG Vereins Deutscher Giessereifachleute e. V. durchgeführt worden.
Übersicht 3-1 enthält die Erfolgsfaktoren, die in direktem Zusammenhang mit der strategischen
Ausrichtung der Produktion und Fertigung einer Gießerei stehen. Die Aufstellung
stützt sich überwiegend auf die Ergebnisse der genannten Studie.
Übersicht 3-1: Erfolgsfaktoren für Gussproduktion und -fertigung
[BAE02]
Wirtschaftlichkeit
� Kosten
� Erweitere Wirtschaftlichkeitsrechnung
Produktentwicklung
� Problemlösungskompetenz
� Zusammenarbeit mit Konstrukteur
� Entwicklung marktgerechter Lösungen, wie Leichtbau oder Gebrauchswert gesteigerte
Lösungen (Produktfunktionalität)
Virtuelle Produktentwicklung
� Simulation von Produkt-, Werkzeug – und Verfahrenseigenschaften
� Simultaneous Engineering
� Bauteileigenschaften, wie Toleranzen
� Gefügeausbildung, wie Graphitausbildung
� Dauerhaft sichere Guss-Qualität, Qualitätssicherungssystem (Zertifizierung)
17

Verständnis des Kundengeschäfts
� Verständnis der Prozesse und der Organisation des Kunden
Generalunternehmerschaft
� Qualifizierte Beschäftigte, um komplette Bauteile anbieten zu können
Lieferzeit
� Kurz und zuverlässig, Time-to-market
Fähigkeit zur Werkstoffentwicklung
Sichere Rohstoff- und Energieversorgung
� Stahlschrott
� Koks
Beherrschen neuartiger und kommender Gieß-, Form- und Fertigungsverfahren
Geschlossene Steuer- und Regelkonzept
Nutzung von Skaleneffekten
� Fähigkeit, Vorteile aus Losgröße zu ziehen
Entwicklungstiefe; Fertigungstiefe; Wertschöpfungskette:
� Eigene Entwicklung bzw. Konstruktion
� Eigene Bearbeitung
� Zulieferung von Kernen
� Zulieferung von Schmelze
� Externe Gussnachbehandlung
Flexibilität
� Reaktionsgeschwindigkeit und Agilität in der Produktion und bei Dienstleistungen
Qualitätssicherung
Informations- und Kommunikationstechnologie
� In der Produktion bzw. Fertigung und bei Dienstleistungen
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Mitarbeiterqualifikation
� In der Produktion bzw. Fertigung und bei Dienstleistungen
Altersstruktur
� In der Produktion bzw. Fertigung und bei Dienstleistungen
Soziale, sichere und umweltverträgliche Produktion
� In der Produktion bzw. Fertigung
� Prozessintegrierte Maßnahmen
Diese Erfolgsfaktoren stellen den Rahmen und geben Hinweise auf die Bereiche bzw. Aspekte
[NWK06], für die Informationen und unterstützende Instrumente und Kenngrößen benötigt
werden.
Mit einer Expertenumfrage, die in LeiKom durchgeführt wurde, ist es möglich geworden,
Schwerpunkte für eine inhaltliche Vertiefung auf dem weiten Gebiet der Gussproduktion zu
definieren. Schwerpunkte werden bei den Themen gesetzt, bei denen auch seitens der befragten
Experten Unklarheit über eine zukunftsfähige, nachhaltige Gussproduktion und -
fertigung besteht.
4 Informationsbeschaffung
Die Beschaffung relevanter Informationen und deren Auswertung als Basis für die strategische
Entwicklung einer Gießerei hin zu einer nachhaltigen Produktion ist ein Arbeitsschritt,
der im Besonderen für kleine und mittelständische Unternehmen mit geringer Personaldecke
ein Problem darstellen kann.
Die Nutzung des Internets – die häufig zuerst gesehen wird - ist dabei nur bedingt hilfreich.
Die Menge der dort zur Verfügung stehenden Daten ist zwar sehr groß, aber es bedarf einer
systematischen Recherche, um relevante Informationen zu gewinnen.
Daneben gibt es glücklicherweise auf dem Gebiet des Gießereiwesens qualitativ hochwertige
Hilfsmittel, die genutzt werden können.
19

Übersicht 4-1 gibt einen Überblick über die verschiedenen Arten von Informations- und Datenquellen.
Übersicht 4-1: Deutsche und internationale Informations- und Datenquellen
� Persönlicher Kontakt zu Kollegen und anderen Fachleuten, z. B. durch Mitgliedschaft
in Gießereivereinigungen
� Suchprofile für Internetrecherchen
� Angaben zu Datenbanken, wie Literaturdatenbanken, Forschungsdatenbanken, Patentdatenbanken
etc., mit Hinweisen zu Recherchen
� Verfolgen von Informationsdienstleistungen der Gießerei-Vereinigungen oder anderer
Institutionen
� Verfolgen von einschlägigen Fachzeitschriften auf dem Gebiet der Gießereitechnik
und anderer relevanter Fachrichtungen
� Besuch von einschlägigen Messen, Tagungen, Seminaren oder anderen Veranstaltungen
Die folgenden Seiten werden Hinweise auf Veranstaltungen, Datenbanken und andere
Quellen von Informationen gegeben, die für die strategische Ausrichtung einer Gießerei auf
Nachhaltiges Wirtschaftens nützlich sind.
Online-Literaturdatenbank VDGLIT
Die Online-Literaturdatenbank VDGLIT wird vom Verein Deutscher Giessereifachleute e.V.
(VDG) erstellt, und unter der Adresse www.vdglit.com für Literaturrecherchen im Internet
angeboten (Abbildung 4-1).
Die Datenbank enthält mehr als 410.000 Literaturhinweise mit aussagekräftigen Inhaltsangaben
über weltweite Veröffentlichungen zum Gießereiwesen sowie den angrenzenden
Fachgebieten Stahl und Fügetechnik ab 1990. Zum Aufbau der Datenbank werden laufend
rund 1.100 Fachzeitschriften, Bücher, Dissertationen, Forschungs- und Tagungsberichte
überwacht, selektiert und ausgewertet. Der Datenbankinhalt wird monatlich aktualisiert.
20

Abbildung 4-1: Startseite der Datenbank VDGLIT www.vdglit.com
Die Datenbank bietet eine Suchmaske für die einfache Suche in einer einzigen Suchzeile.
Bei komplexeren Fragestellungen sollte die Standard-Suchmaske mit der Suchmöglichkeit in
vorgegebenen Datenbankfeldern ausgewählt werden (Abbildung 4-2).
Die Suchbegriffe können dann sowohl innerhalb des jeweiligen Suchfeldes als auch zwischen
den Feldern mit den Boolschen Operatoren (UND, ODER, NICHT) verknüpft werden,
um die gewünschte Literatursuche auszuführen.
21

Abbildung 4-2: Suchmaske mit Suchfeldern
Wichtigstes Hilfsmittel bei der Recherche ist der zu jedem Suchfeld vorhandene Index. Er
zeigt an, welche Begriffe überhaupt in der Datenbank bzw. in einem Suchfeld vorhanden
sind, und ermöglicht darüber hinaus die Überprüfung der Schreibweise von Suchbegriffen
vor dem Ausführen der Suche. Durch Anklicken eines Index-Begriffes wird dieser direkt an
die richtige Stelle in der Suchmaske übernommen. Weitere Informationen zu den Recherchemöglichkeiten
sind online über ein Hilfe-Menü abrufbar.
Das Suchergebnis wird in Form einer Trefferliste auf der linken Seite des Bildschirms dargestellt,
welche die ersten 20 Literaturhinweise anzeigt. Neben den Originaltiteln werden in
dieser Trefferliste die Autoren und weitere Kurzinformationen aufgelistet. Ein Klick auf „Dokument
ansehen“ bringt auf der rechten Bildschirmhälfte den vollständigen Literaturnachweis
mit Inhaltszusammenfassung zur Anzeige (Abbildung 4-3).
22

Abbildung 4-3: Trefferanzeige
Die Literaturrecherchen sind nicht kostenpflichtig. Gebühren werden für die Lieferung von
Volltexten von ausgewählten Literaturhinweisen erhoben. Diese können über den integrierten
Warenkorb direkt online bestellt werden. Nach Auflistung der anfallenden Kosten und
endgültiger Bestätigung erfolgt die automatische Versendung einer E-Mail an den betreffenden
Datenbankanbieter, der die Bearbeitung des Auftrages übernimmt. Die Volltextlieferungen
erfolgen als Fotokopien per Post oder Fax an den Besteller. Bei der erstmaligen Nutzung
des integrierten Warenkorb-Moduls ist eine Registrierung der Benutzerdaten erforderlich.
Mit der Kombination aus Benutzerkennung und Passwort wird dann bei weiteren Bestellvorgängen
direkt auf die in der Registrierung hinterlegten Benutzerdaten zugegriffen.
Für individuelle Literaturrecherchen, die mit Literaturhinweisen ab 1990 nicht ausreichend zu
beantworten sind oder von ihrer Fragestellung zu komplex sind, ist es empfehlenswert, die
professionellen Rechercheangebote der jeweiligen Datenbankanbieter zu nutzen.
Fachzeitschriften bieten die Möglichkeit, sowohl die Ergebnisse wissenschaftlicher Forschungsarbeiten
als auch Kurzinformationen über neue Geräte, Maschinen oder andersartige
Angebote, immer aktuell zugesandt zu bekommen.
23

Eine Zusammenstellung der wichtigen deutschen und internationalen Gießereifachzeitschriften
zeigt die Übersicht 4-2.
Übersicht 4-2: Wichtige deutsche und internationale Gießereifachzeitschriften
Deutschland
• Casting Plant + Technology International CP + T
• Giesserei-Verlag GmbH
www.vdg.de
• Druckguss-Praxis
• Fachverlag Schiele & Schön GmbH
www.druckguss-praxis.de
• Giesserei
• Giesserei-Verlag GmbH
www.vdg.de
• Giesserei-Erfahrungsaustausch
• Giesserei-Verlag GmbH
www.vdg.de
• Giessereiforschung; International Foundry Research
• Giesserei Verlag GmbH
www.vdg.de
• Giesserei-Literaturschau
• Verein Deutscher Giessereifachleute e. V.,
VDG-Informtionszentrum Giesserei,
www.vdglit.com; www.vdg.de
• Giesserei-Praxis
• Fachverlag Schiele& Schön GmbH
www.giesserei-praxis.de
• konstruieren und gießen
• Zentrale für Gussverwendung im DGV
www.dgv.de
24

Frankreich
• Fonderie, Fondeur d’ aujourd’hui
• Editions Techniques des Industries de la Fonderie
www.ctif.com
• Hommes et Fonderie
• Association Technique de Fonderie
www.atf.asso.fr
Großbritannien
• International Journal of Cast Metal Research
• Maney Publishing
www.maney.co.uk
• Diecasting World Foundry Trade Jorunal/Foundryman
• The Institute of Cast Metals Engineers - ICME -
• National Metalforming Centre
www.icme.org.uk; www.foundrytradejournal.com
Indien
Italien
• Indian Foundry Journal
• The Institute of Indian Foundrymen
• IIF-Center
www.indianfoundry.com
• Metallurgical Science and Technology
• Teksid Aluminium S.r.l.
www.teksid.com/science.htm
25

Österreich
Polen
USA
• Giesserei-Rundschau
• Verlag Lorenz
www.verlag-lorenz.at
• Metallurgy and Foundry Engineering
• AGH University of Science and Technology
http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~mafe/
• Die Casting Engineer
• North American Die Casting Ass. (NADCA)
• Publications Department
www.diecasting.org/dce
• Foundry Management & Technology
• Penton Media, Inc.
www.foundrymag.com
• Incast
• Investment Casting Institute
www.investmentcasting.org
• Modern Casting
• American Foundry Society, Inc.
www.moderncasting.com
• Transactions of the American Foundrymen’s Scociety
• American Foundry Society, Inc.
www.afsinc.org
26

5 Optimierung der Wertschöpfungskette in Gießereien
Bei der Optimierung der Wertschöpfungskette in Gießereien ist die Frage zu beantworten
„Was ist das zukünftig notwendige und erwartete Leistungsangebot einer Gießerei und welche
Aktivitäten können von einem Dienstleister oder Zulieferer erbracht werden?“
Wertschöpfung = Gesamtleistung – Vorleistungen
Die Wertschöpfung ist direkt abhängig von der erbrachten Gesamtleistung und den Vorleistungen
innerhalb eines Wertschöpfungssystems, wie z.B. einer Gießerei. Um die Gesamtleistung
zu optimieren, ist es zwingend notwendig den Posten der arbeits-, verwaltungs- und
kostenintensiven Vorleistungen zu optimieren. Dies kann durch Auslagerung von Prozessschritten
geschehen, die nicht den Kernkompetenzen einer Gießerei zugeordnet werden
können.
Beim Beauftragen einer Spezialfirma kann die Deckung von Kapazitätsengpässen im Vordergrund
stehen, aber auch eine systematische Auslagerung bestimmter Prozessschritte
könnte in Betracht gezogen werden. Ein Spezialist kann es evtl. besser und preisgünstiger –
aber geben wir hier nicht auch das Know-how für unsere Kernkompetenzen ab und degradieren
zu einem reinen „Projektmanager“ mit minimaler Wertschöpfung, aber ganzer Lieferund
Kostenverantwortung?
Von der Automobilindustrie kennt man, dass man nicht jede Schraube selber herstellen
muss, wenn man ein Auto bauen möchte. Dies bringt die Frage auf, ob wirklich jedes Modell
oder Werkzeug in der eigenen Gießerei hergestellt wird oder ob es auch kompetente und
preisgünstige Zulieferer im Umfeld der Gießerei gibt.
Das gleiche gilt für die Herstellung von Prototypen und Mustern, für die Serienherstellung
von Kernen oder der Auslagerung der Instandhaltung zu Serviceanbietern. Es gibt spezialisierte
Zulieferer – mit eigenem Know-how und mit Professionalität.
Die Gießereien werden in der Zukunft ganz eng in ein Produktionsnetzwerk eingebunden
sein. Grundsätzlich wird es in Zukunft so sein, dass die Gießerei als Zulieferer mehr Aufgaben
des Kunden übernimmt, aber gleichzeitig andere Bereiche innerhalb der Gießerei an
Zulieferer oder Dienstleister abgibt.
Es wird von Betrieb zu Betrieb unterschiedlich sein, was selbst und was extern gemacht
werden wird. Die eigenen Teilprozesse werden von Betrieb zu Betrieb unterschiedlich sein –
27

je nach Produkt, Marktsituation, Kundenstruktur und Finanzlage des Betriebes. Es ist auf
jeden Fall nicht nur eine Frage von Betrieben in Hochlohnländern, die mit preiswerten
Dienstleistungen aus Niedriglohnländern ihre Kosten minimieren möchten. Es ist auch eine
Frage von Betrieben, die vor Investitionsentscheidungen stehen und sehr genau überlegen
müssen, für welchen Teilprozess sie ihre Investitionsmittel am sinnvollsten einsetzen sollen,
und was sie von Dienstleistern zukaufen können. Dies gilt in Zeiten des Wachstums genauso
wie in Zeiten mit angespannter wirtschaftlicher Lage.
Für Gießereien bedeutet dies auf der einen Seite eine große Chance zur Übernahme neuer
Wertschöpfungsanteile, auf der anderen Seite aber auch ein Argument für die eigene Auslagerung
bestimmter Tätigkeiten an Zulieferbetriebe, sei es aus Kosten- oder Kapazitätsgründen.
Die Gießereien können daher die Frage nach der optimalen Wertschöpfung in erster
Linie als Chance sehen.
In einer Studie des Verbandes der deutschen Automobilindustrie [VDA04] wurde 2004 untersucht,
wie sich die Automobilhersteller bezüglich ihrer Wertschöpfungsanteile verhalten
werden. In dieser Studie wurde eindeutig festgestellt, dass die Automobilhersteller ihre eigenen
Wertschöpfungsanteile weiter zugunsten der Zulieferer reduzieren werden. Dies gilt insbesondere
für alle Teile und Funktionen, die nicht marktentypisch sind. Für Gießereien bedeutet
dies auf der einen Seite eine große Chance zur Übernahme neuer Wertschöpfungsanteile,
auf der anderen Seite aber auch ein Argument für die eigene Auslagerung bestimmter
Tätigkeiten an Zulieferbetriebe, sei es aus Kosten- oder Kapazitätsgründen. Die Gießereien
können daher die Frage nach der optimalen Wertschöpfung in erster Linie als Chance
sehen.
Outsourcing gezielt einsetzen - kein pauschalisieren möglich!
Outsourcing lohnt sich nicht in jedem Fall. Je mehr Geschäftsprozesse Unternehmen outsourcen,
desto geringer ist oft ihre Produktivität. Das ist das Ergebnis einer im Auftrag des
Vereins Deutscher Ingenieure (VDI), Düsseldorf, vom Fraunhofer Institut für System- und
Innovationsforschung, Karlsruhe, erstellten Studie. Betriebe mit einer hohen Fertigungstiefe
erreichen im Gegensatz zum Durchschnitt der Industrie eine höhere Produktivität von mehr
als 8 %. Für Unternehmen bedeutet dies, dass sie durch Outsourcing nicht zwingend Kosten
einsparen, so der VDI-Präsident Prof. Bruno O. Braun. Schlanker und schneller ist nicht automatisch
besser. Transaktionskosten mit Zulieferern, Abhängigkeiten und Zulieferermargen
sind häufig Punkte, die Unternehmen unzureichend berücksichtigen, wobei die Betriebsgrö-
28

ße keine Rolle spielt. Zurückhaltung beim Outsourcing oder, wo sinnvoll, aktives Insourcing
steigert lt. Braun die Produktivität dagegen um teilweise mehr als 10 %. Gerade in Zeiten
unausgelasteter Kapazitäten wie in der aktuellen Krise könnte damit das Insourcing eine
strategische Option werden. Allein 2008 hatte das gesamte Outsourcing von Geschäftsprozessen
in Deutschland ein geschätztes Volumen von 16 Mrd. Euro. Doch damit erhöhen
Unternehmen nicht zwangsläufig ihre Wettbewerbsfähigkeit, meint Dr. Steffen Kinkel vom
Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung. Als Vorteile für das Insourcing
nennt der Wissenschaftler niedrigere Kosten durch verminderte Abstimmungsprozesse, eine
erhöhte Flexibilität in Engpasssituationen, und dass sich die Kapazitäten dynamischer steuern
lassen – eine „atmende“ Struktur wird möglich. Zudem bleiben Kernkompetenzen der
Fertigung im Unternehmen. Gestützt werden diese Aussagen des Wissenschaftlers durch
die Motive der Unternehmen, welche Fertigungskapazitäten wieder ingesourct haben. Denn
da steht an erster Stelle eine Erhöhung der Flexibilität bei 57 % der Betriebe gleichauf mit
einer Verbesserung der Qualität. Auch Kostenaspekte und die Erhöhung der Kompetenz
spielen eine deutliche Rolle. Doch nicht nur durch die aktive Justierung der Fertigungstiefe
kann die Produktivität gesteigert werden. Die Exportquote wirkt sich laut der Studie ebenfalls
auf die Produktivität aus. Firmen, die einen großen Teil ihres Umsatzes im Ausland erwirtschaften,
sind erheblich produktiver als Betriebe, die ihre Abnehmer überwiegend im Inland
finden, so Kinkel. Die Konkurrenz auf den internationalen Märkten scheint Anreiz für die
deutschen Betriebe zu sein, ihre Produktivitätsreserven systematisch auszuschöpfen
[REN09].
Es wird deutlich, dass in Gießereien lediglich die sehr zentralen Fertigungsbereiche „Gießen,
Abkühlen, Ausleeren“ und „Formherstellung“ und in Eisen- und Stahlgießereien der
„Schmelzbetrieb“ immer vorhanden sind.
Die Optimierung der Wertschöpfungskette in den Gießereien führt zu vielfältigeren Formen
als dies früher üblich war.
Die folgenden Produktionsbereiche sind typisch in Gießereien vorhanden und stellen potentielle
Möglichkeiten zur Optimierung der Wertschöpfungskette dar:
29

Bauteil-Konstruktion
Die Fähigkeit Bauteile zu entwickeln, ist nur mit erheblichem rechnergestützten und personellen
Aufwand möglich. Für große Gießereien ist der Aufwand beträchtlich. Mittelständische
Gießereien bieten diese Dienstleistung bisher nur in wenigen Fällen an.
Es ist allerdings davon auszugehen, dass es zu den zukünftigen Kernkompetenzen einer
Gießerei gehören wird, Gussteile funktionsgerecht auszulegen und berechnen zu können.
Hierdurch wird die Gießerei zu einem langfristigen Entwicklungspartner, der nicht mehr beliebig
austauschbar sein wird.
Fachleute sind der Überzeugung, dass die zukünftig wettbewerbsfähige Gießerei ein Leistungsspektrum
von der Bauteilkonstruktion bis hin zum fertig bearbeiteten Bauteil anbieten
muss! Hierbei soll die Entwicklungskompetenz an erster Stelle stehen.
Es ist erheblicher Aufwand nötig, um sich als Entwicklungspartner für seine Kunden zu qualifizieren.
Hierzu ist es unabdingbar erforderlich, nicht nur das gießereispezifische Know-how
zu beherrschen, sondern die Gießerei sollte auch systematisch das technische Know-how
ihrer Kunden beherrschen, nur so können Entwicklungsleistungen bis hin zur eigenständigen
Bauteilgestaltung und –berechnung übernommen werden. Eine gewaltige Herausforderung
für viele Gießereien, die in der Regel ganz unterschiedliche Kunden beliefern. Hierbei ist
schon in der Vielzahl der unterschiedlichen CAD-Systeme eine erhebliche Schwierigkeit zu
erkennen.
Gießereien sollten in der Lage sein, ein Gussteil zu optimieren. Funktion, Gestalt, Herstellprozess
und Kosten können so optimal aufeinander abgestimmt werden.
Die Ergebnisse der LeiKom-Projekte bezüglich der Entwicklungen leichterer Zylinderkurbelgehäuse
bei Eisenwerk Brühl GmbH und NEMAK Rautenbach GmbH haben diese gezeigt -
siehe LeiKom-Band „Produkt“.
Gussteil- und Werkzeugkonstruktion
Der Einsatz von Simulationssoftware zur Berechnung von Gießformfüllung und Abkühlungsvorgängen
in einer Form sowie zur Simulation von Gussgefüge und Gusseigenschaften ist in
zahlreichen Gießereien inzwischen typisch geworden, und wird sich noch weiter – auch bei
30

kleineren Gießereien – verbreiten. Es werden immer kleinere Betriebe derartige Berechnungen
von Spezialunternehmen anbieten.
Eine vergleichbare Entwicklung ist auch bei der Simulation von gießereitechnischen Prozessen,
wie der Kernfertigung, zu erwarten: zunächst statten sich lediglich die größten Gießereien
und später auch vergleichsweise kleinere mit Rechner, Software und Fachpersonal
aus.
Prototypen-Herstellung
Der Aufwand an Anlagentechnik und an Fachpersonal zur Fertigung mit so genannten Rapid-Prototyping-Verfahren
ist erheblich. Außerdem ist die stetige Entwicklung neuer und die
Verdrängung früherer Verfahren ein Grund, dass lediglich sehr große Gießereien eigenen
Anlagen betreiben und die anderen Spezialfirmen beauftragen.
Man geht davon aus, dass die Fertigung von Prototypen und Kleinstserien zunehmen wird,
aber auch zukünftig bei Spezialfirmen bzw. spezialisierten Gießereien.
Modell- und Werkzeugbau
Der seit Jahren bestehende Trend, dass Gießereien Modelle und Werkzeuge bei Modellund
Formenbauern fertigen lassen und lediglich Reparaturarbeiten an den Modellen und
Formen selbst ausführen oder auch diese extern ausführen lassen, wird sich weiter fortsetzen.
Kernmacherei
Die Herstellung von Sandkernen ist und wird in den meisten Gießereien ein typischer Fertigungsbereich
bleiben. Denn noch hat sich in der Vergangenheit ein Trend in Richtung teilweiser
bis hin zur kompletten Auslagerung der gesamten Kernfertigung (nicht nur zur Abdeckung
von Produktionsspitzen) angedeutet.
Insbesondere die Automobilindustrie mit ihrer marktgesteuerten Innovationsgeschwindigkeit
stellt sehr hohe Ansprüche an die Zulieferer – vor allem an die Kompetenz der Gießerei, wie
z.B. bei der kernintensiven Produktion von Zylinderköpfen oder Motorblöcken. Aufgrund der
unterschiedlich starken Belastungen durch das Gießmetall sind verschiedenartige Kerne
notwendig, die sowohl vom Bindersystem als auch vom Formgrundstoff (Quarz-, Zirkon- und
Chromerzsand) den Anforderungen entsprechen müssen. Die Forderung nach absoluter
31

Fehlerfreiheit der Gussteile, verbunden mit größtmöglicher Reproduzierbarkeit, verlangt umfassende
Kenntnisse über das Formstoffverhalten und den Bildungsmechanismen von Ungänzen
im Gussteil.
Mögliche Nutzung der strategischen Auslagerung der Kernfertigung:
o Abdeckung von Spitzenkapazitäten
o Kombination zwischen Eigenfertigung von wichtigen Kernsortimenten und
Fremdbezug von Massenkernen
o Vollkommene Trennung von der Eigenfertigung
Abbildung 5-1 zeigt die unterschiedlichen Entwicklungsstufen einer Auslagerung der Kernproduktion
in Abhängigkeit mit den betriebwirtschaftlichen Vorteilen auf.
Abbildung 5-1: Entwicklungsstufen des Outsourcing
[ELL00]
Oftmals liegt es an der Philosophie einer Gießerei, ob man über eine Auslagerung der Kernkompetenz
„Kernmacherei“ in Betracht zieht oder nicht. Bei dem heutigen Kostendruck und
des immer stärker werdenden Wettbewerbs, kann es aber sinnvoll erscheinen, über eine
Auslagerung der Kernfertigung kalkulatorisch nachzudenken. Abbildung 5-2 zeigt, dass die
Kosten mit steigendem Perfektionsgrad (bei einem Perfektionsgrad von z.B. 100% wird jeder
32

einzelne Arbeitsschritt hausintern geleistet) überproportional ansteigen – dies ist aus betriebswirtschaftlicher
Sicht nicht empfehlenswert.
Abbildung 5-2: Zusammenhang zwischen Perfektionsgrad einer Fertigung
und den Kosten
[ELL00]
Ein weiterer Kostenfaktor in der Kernfertigung ist die Abdeckung von Produktionsspitzen.
Hier fallen neben den festen Fixkosten zusätzlich Kosten für erhöhten Verschleiß der Anlagen
und erhöhte Personalkosten an. Abbildung 5-3 zeigt die Kernfertigungskosten in Bezug
auf die Produktionsmenge. Im Normalbetrieb steigen die Kosten lediglich linear an, wobei die
Kosten bei einer Produktion, die über die normalen Kapazitäten hinausgeht, überproportional
ansteigen. Dies liegt an den gesteigerten variablen Kosten, wie z.B. für zu zahlende Überstundenzuschläge
und einem höheren Reparaturaufwand. Aber auch an gesteigerten Fixkosten,
wie z.B. für das Leitungspersonal, Gebühren für Genehmigungen, höheren Bereitschaftsgrad
innerbetrieblicher Servicestellen.
33

Abbildung 5-3: Kostenverlauf bei Überbelegung und Fremdbezug
[ELL00]
Bei Auslagerung der Kernfertigung kann die Kernfabrik als Kapazitätsreserve des Kunden
fungieren, da der verstetigte Auslastungsgrad der Kernfertigungszentren eine Zusatzproduktion
mit normalisierten Kosten ermöglicht [ELL00].
Bei jeder strategischen Überlegung über eine teilweise bzw. komplette Auslagerung der
Kernherstellung sollte stets in Betracht gezogen werden, dass der entsprechende Zulieferer
sowohl absolute termintreue, aber auch den hohen Qualitätsanforderungen an das Produkt
jeder Zeit garantieren kann.
Schmelzbetrieb
In Eisen-, Stahl- und Buntmetallgießereien ist der Schmelzbetrieb ein immer vorhandener
Bereich. In Aluminiumgießereien wird die Schmelze vollständig erschmolzen oder teilweise
als Flüssigmetall von einem Hüttenbetrieb bezogen. Die Anlieferung von Flüssigaluminium
ist energieeffizient und wird in Gießereien mit günstigem Transportweg zu Recycler bzw.
Aluminiumhütten zukünftig intensiver zu prüfen sein.
34

Belieferung mit Flüssigaluminium
Die Beliefermöglichkeit von Aluminiumgießereien mit Flüssigaluminium hat im Wesentlichen
den Vorteil, dass die Gießerei im Vergleich zum Einsatz der üblichen Aluminiummasseln die
Energie zum erneuten Schmelzen einspart. Dies spart nicht nur Energiekosten, sondern
auch Investitionskosten in Schmelzöfen, reduziert die Kosten des Zustellens von Öfen, reduziert
die ökologische Belastung durch CO2 und auch den Metallabbrand - Abkrätzen oder
weitere Umfüllvorgänge werden reduziert.
Das Einsatzgebiet für die Zulieferung von Flüssigaluminium kann von der Abdeckung von
Produktionsspitzen bis hin zur vollständigen Versorgung mit Aluminium reichen.
Eine Weiterentwicklung des Transportbehälters ermöglicht nun auch das Warmhalten der
Schmelze ohne weiteres Umfüllen in einen separaten Warmhalteofen. Die Integration von
passiven Heizsystemen (Tauchrohre) an das vorhandene Straßentransportsystem ermöglicht
das Warmhalten der Aluminiumschmelze in der Gießerei. Es wird zwischen zwei Möglichkeiten
der Beheizung unterschieden. Zum Einen ist es möglich, die Tauchrohre nach dem
Widerstandsprinzip zu beheizen und zum Anderen durch einen indirekt wirkenden Erdgasbrenner.
Der Lieferradius von Flüssigaluminium ist durch die Weiterentwickelung der Straßentransportbehälter
in Richtung verbesserte Isolation nicht nur auf das direkte Umfeld einer Aluminiumhütte
bzw. Recycler beschränkt. Moderne Straßentransportbehälter haben lediglich eine
Abkühlrate von ca. 10°K/h. Dies ermöglicht auch einen Transport über mittlere Distanzen
(Abbildung 5-4).
Abbildung 5-4: Zeigt die neu entwickelten Straßentransportbehälter mit der Möglichkeit
zur Einbringung eines Heizsystems zum Warmhalten der Schmelze – hier die widerstandsbeheizte
Variante.
35

Die technischen Daten der Heizelemente zeigt Tafel 5-1. Hier wird die widerstandsbeheizte
Variante mit der erdgasbeheizten Variante anhand der Merkmale und der technischen Daten
verglichen.
Tafel 5-1. Spezifische Merkmale der indirekten Beheizungsvarianten für Straßentransportbehälter
[KUO07]
Der qualitative Vergleich zwischen der traditionellen Verarbeitung in Blockform und der Verarbeitung
von Flüssigaluminium zeigt (Tafel 5-2).
36

Tafel 5-2: Qualitativer Vergleich - Blockbelieferung vs. Flüssigmetallbelieferung
[KUO07]
> Eingesparte Schmelzenergie
Die direkte Belieferung mit Flüssigaluminium und der damit verbundene Wegfall des Wiedereinschmelzens
von Aluminium können Einsparungen von 700-1200 kWh/t ermöglichen. Bei
Gaskosten von 0,04 €/kWh können so 28-48 €/t an Energiekosten eingespart werden.
Tafel 5-3 zeigt einen Vergleich der technischen Daten von Ofentypen, die in einer typischen
Aluminiumgießerei zu finden sind. Diese Daten dienen als Grundlage für das angeführte Berechnungsbeispiel.
37

Tafel 5-3: Ofentypen und technische Daten
> Eingesparte Metallverluste
Ausgehend von einer direkten Belieferung des Flüssigaluminiums an den Gießtiegel tritt lediglich
ein Metallverlust während des Umfüllvorganges auf, der sich auf ca. 0,2% beläuft.
Dabei kommt es zu einem reinen Metallverlust von 2-5% d.h. 20-50 kg/t. Wenn man einen
Metallpreis von 2100 €/t ansetzt, können Einsparungen von 42-105 €/t erzielt werden.
> Sonstige Kostenersparnis
Die sonstigen Kostenersparnisse müssen von Fall zu Fall betrachtet werden, wie z.B. ob
durch den Einsatz von Flüssigaluminium auf eine Investition in einen neuen Ofen oder ähnliches
verzichtet werden kann. Allgemein kann man jedoch sagen, dass das Einsparpotential
in Bereichen wie Finanzierung, Umschlag, Lagerhaltung, Genehmigungsaufwand und die
damit verbundene Zeitersparnis bei neuen Anlagen etc. mit einbezogen werden müssen.
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Ökologische Vorteile der Belieferung mit Flüssigaluminium
Neben den wirtschaftlichen Vorteilen der direkten Belieferung mit Flüssigaluminium kommen
auch ökologische Vorteile hinzu [KU007].
Bei einem spezifischen Energieverbrauch von 700 kWh/t Aluminium können demnach 141
kg CO2/t Aluminium, bei 1200 kWh/t 242kg CO2/t Aluminium an Emissionen innerhalb einer
Gießerei vermieden werden.
Für den Metallverlust ist die CO2 Bilanzierung auf die gesamte Prozesskette - bis hin zur der
Primäraluminiumgewinnung zurückzuführen, da das oxidierte Aluminium unwiderruflich dem
Wirtschaftskreislauf entzogen wird, und so durch Primäraluminium ersetzt werden muss.
Vom Bauxitabbau bis zum Primäraluminium ergibt dies eine CO2-Fracht von 10634 kg/t Primäraluminium.
Bei einem Metallverlust von 2% entspricht dies 212 kg CO2/t geschmolzener
Masseln, 5% Metallverlust entspricht 532 kg CO2/t.
Aus rein spezifischer Sicht der Aluminiumgießerei ergibt sich somit ein nachhaltiges CO2-
Reduzierungspotential von 335-775 kg CO2/t.
Aus Gründen der anhaltenden Debatten über die Nachhaltigkeit und den ökologischen Beitrag
der energieintensiven Industrien (zu denen auch die Gießereiindustrie zählt) ist eine
solche CO2-Bilanzierung nicht nur von ökologischem Wert, sondern führt auch zu einer Verbesserung
des Gesamtimages einer Gießerei und somit auch der ganzen Branche [KUO07].
Gießen, Abkühlen, Ausleeren der Form
Das Gießen, Abkühlen und Entleeren der Form wird auch in Zukunft eine unablässige Kernkompetenz
der Gießerei bleiben.
Gussnachbearbeitung
Die Gussnachbearbeitung, wie das Entgraten, wird von zahlreichen kleinen oder mittelständischen
Gießereien wegen der Personalkosten zu erheblichem Anteil an Dienstleistungsunternehmen
in Auftrag gegeben. Es ist zu erwarten, dass u. a. wegen der zukünftigen Fortschritte
in der Automatisierungstechnik, derartige Arbeiten in den Gießereien ausgeführt
werden – wie dies bei den großen Automobilzulieferern typisch ist. Ein solch hoher Automatisierungsgrad
ist allerdings zunächst nur bei Gießereien mit Großserien zu erwarten.
39

Ein weiterer Trend bei grenznahen Gießereien ist es, die Gussstücke in Niedriglohnländern
zu transportieren und dort putzen zu lassen, um so eine Steigerung der Wertschöpfung zu
erzielen.
Endbearbeitung
Die Endbearbeitung wird zunehmend Teil der Wertschöpfungsketten in Gießereien. Die Lieferung
einbaufertiger Komponenten verstärkt die Bindung zwischen Gießerei und ihrem Abnehmer.
Es erscheint unabdingbar, das Leistungsangebot der Gießerei auf fertig bearbeiteten Guss
zu erweitern – eine andere Frage ist, ob die Gießerei hier selbst investieren muss oder ob
gerade hier die Kooperation mit einem kompetenten Spezialisten angebracht ist. Dies hängt
in erster Linie vom Produktspektrum der Gießerei ab. Beim Serienlieferant für die Automobilindustrie
mit life-time-Verträgen ist diese Frage anders zu beantworten als bei einer mittelständischen
Kundengießerei mit einer breiten Kundenpalette.
Die Automobilindustrie hat sich in der Regel bereits auf ganz wenige Produktgruppen spezialisiert
und bezieht über Jahre das gleiche Produkt. Mit dieser Investitionssicherheit können
mit einer eigenen Bearbeitung die letzten Rationalisierungspotentiale ausgenutzt werden, der
externe Ausschuss und Schnittstellenprobleme werden minimiert und der Informationsfluss
deutlich verbessert – alles gute Gründe für eine eigene Bearbeitung.
Aber auch eine Kundengießerei muss sich mit der Thematik beschäftigen. Auch sie muss die
Bearbeitung für den Kunden übernehmen können und die Technologie beherrschen. Zumindest
soweit, um als kompetenter Gesprächspartner für den Kunden aber auch für den Bearbeitungsdienstleister
zur Verfügung zu stehen. Hier wird in Zukunft der Kunde mehr Wert
darauf legen und neben den Teilekosten auch den Service der Gießerei bei seiner Lieferantenauswahl
mit berücksichtigen. Viele Kunden der Gießereien haben heute weder einen
Gießereispezialisten noch einen Bearbeitungsfachmann – dieses Know-how erwartet der
Abnehmer aber von seinen Lieferanten, zumindest in Europa!
Instandhaltung
Die Instandhaltung ist ein Bereich, der in Gießereien typischerweise vorhanden ist. Verbreitung
findet allerdings zunehmend die dauerhafte Beauftragung von Dienstleistungsunternehmen,
die sich auf Instandhaltungsmaßnahmen spezialisiert haben.
40

Ausgangssituation und Entwicklungstrends zur Auslagerung der Instandhaltung
Zunehmend verkettete und automatisierte Fertigungsprozesse, höhere Ansprüche an die
Produktqualität sowie die Notwendigkeit höherer Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen
haben in den letzen Jahren zu rasant steigenden Anforderungen an die Instandhaltung geführt.
Gleichzeitig verlangt wachsender Kostendruck oft eine deutliche Reduzierung des
Ressourceneinsatzes für erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen.
> Erhöhung der Reaktionsfähigkeit
Technische Probleme müssen kurzfristig und präzise diagnostiziert werden und Maßnahmen
sind unmittelbar zu ergreifen. Das stellt besondere Anforderungen an die Reaktionsfähigkeit
der Instandhaltung und macht den Faktor Zeit zu einer eigenständigen
Zielgröße. Die spricht für eine eigene, interne Instandhaltung. Am Besten ist, wenn die
Instandhaltung zu einem Teil in die Produktion integriert ist - wie die LeiKom-
Ergebnisse aussagen.
> Verbesserung der Ressourcennutzung
Der immer weiter ansteigende Kostendruck durch den Wettbewerb erfordert in jeder
Abteilung der Gießerei qualitativ hochwertige und effiziente Arbeitsmethoden – auch
und gerade in der Instandhaltung.
Hinsichtlich der Instandhaltung äußert sich die Forderung nach Ressourceneffizienz in
wachsenden Qualitätsansprüchen, dem Abbau von Puffern bei Personal und technischer
Infrastruktur sowie in wesentlich gesteigerten Anforderungen an die Leistungsmotivation
(siehe auch Kapitel 14 „Instandhaltung in Gießereien“).
> Steigerung der Innovationsfähigkeit durch Erschließung weiterer Aufgabenbereiche
Die Kernkompetenz der Instandhaltung besteht in der Absicherung des Fertigungsprozesses.
Die Instandhaltung hat tiefe Einblicke in die Leistungsfähigkeit und erkennt
auch etwaige Schwachstellen innerhalb der technischen Infrastruktur, aber auch Überorganisation
innerhalb des Fertigungsprozesses.
In einem Wettbewerbsumfeld, in dem die kontinuierliche Verbesserung bestehender
Strukturen, Prozesse und Technologien den Unternehmenserfolg bestimmt, gilt es,
dieses Detailwissen zu nutzen, um Potentiale zur Effizienzsteigerung zu erkennen und
zu erschließen. Somit erweitert sich der Aufgabenbereich der Instandhaltung über die
traditionell technikzentrierte Fertigungsabsicherung hinaus zu einer ganzheitlichen Fertigungsbetreuung.
Die Instandhaltung sollte sich somit nicht mehr als auftragsbezoge-
41

nen-reaktiven Dienstleister sehen, sondern sollte vielmehr das Selbstverständnis zum
impulsgebenden-initiativen Servicebereich begreifen lernen (Abbildung 5-5).
Abbildung 5-5: Wandel der strategischen Anforderungen in der Instandhaltung
[KOL05]
Praxisbeispiel zur Auslagerung der Instandhaltung von Putz- und Schleifwerkzeugen:
Eine Schweizer vonRoll Casting-Gießerei konnteihre Schleifkosten durch ein neues Warenwirtschaftssystem
und einen Vollservicevertrag für alle Gießereiwerkzeuge drastisch verringern.
Bei früherer Vorgehensweise sind die eingesetzten Schleifenmaschinen und Meißelhämmer
auf Crash gefahren worden. Für jedes Werkzeug hielt man deshalb immer wenigstens eines
als Ersatz vor.
Als später ein neues Warenwirtschaftssystem eingeführt wurde, nahmen Gießerei und
Nachbearbeitung das Serviceangebot des Maschinenlieferatnen für eine gemeinsame Analyse
der gesamten Werkzeugkosten und Instandhaltung an. Ein zeitlich befristeter Wartungsvertrag
zur „Zustandsbezogenen Instandhaltung aller Materialbearbeitungswerkzeuge“ –
gleich welcher Marke – abgeschlossen.
In den Werksferien wurden binnen zwei Wochen die älteren Maschinen völlig zerlegt und
generalüberholt, gekennzeichnet und alle ausgeführten Arbeiten in eine Servicedatenbank
eingetragen, bevor sie zurückgebracht wurden. Ein Vorgang der sich im Halbjahresrhythmus,
jeweils in Betriebsferien wiederholt. Ergebnis nach dem Testjahr: man spart dabei, hat weniger
Administration und eine höhere Werkzeugverfügbarkeit.
Der Vollservice bietet Kostensicherheit, da alle Dienstleistungen zu Festpreisen abgewickelt
werden.
42

Durch den Umstieg bei Schruppschleifern von Hochfrequenz auf Druckluft und das Outsourcing
der Werkzeuginstandhaltung seien allein die Reparaturkosten um 28% zurückgegangen.
Die Schleifproduktivität konnte gesteigert werden und dürfte - wie man in der Gießerei
erwartet - tendenziell weiter zunehmen [STA06].
6 Planung einer zukunftsorientierten Gießerei
Gießereien müssen sich rasch und flexibel den veränderten Marktsituationen anpassen, um
sich zukunftsorientiert darstellen zu können.
Neben der Ausrichtung auf Nachhaltiges Wirtschaften zwingen zunehmender Wettbewerbsdruck,
die Globalisierung der Märkte und die damit einhergehenden Veränderungen der
Marktsituation die Gießereien zum Handeln. Die Abnehmer von Gießereiprodukten erwarten
zunehmend .kundenspezifische und innovative Produkte zu günstigen Preisen, mit kurzen
Lieferzeiten und hoher Termintreue. Um den Anforderungen gerecht zu werden, müssen die
Gießereien die bisherigen Fertigungsstrukturen und Produktionsabläufe überdenken. Es gilt,
die Planungsdauer und den Planungsaufwand zu reduzieren und gleichzeitig die Planungsqualität
und Planungssicherheit zu erhöhen.
6.1 Planung einer kompletten Gießerei
Die folgende Empfehlung für eine systematische Planung einer Gießerei unter den Aspekten
Nachhaltigen Wirtschaftens umfasst die Planungsphasen:
>> Zielplanung
>> Prozessplanung
>> Dimensionierung
>> Strukturierung
>> Ausführungsplanung
43

Zielplanung
+ Die Phase der Zielplanung dient zur Klärung der Fragen:
o Welcher Weg führt zur Umsetzung der angestrebten Unternehmensstrategie?
o Welche Zielkriterien haben höchste Priorität?
+ Das Ziel dieser Planungsphase ist
o die Entwicklung eines Zielkonzeptes und
o die Formulierung einer Aufgabenstellung
+ Das Ergebnis der Zielplanung ist
o ein genehmigtes Zielkonzept
Prozessplanung
+ Die Phase der Prozessplanung dient zur Klärung der Fragen:
o Welche Funktionen sind zu erfüllen?
o Welche Prozesse laufen ab?
+ Das Ziel der Prozessplanung ist
o die Bestimmung der Folge von Prozessschritten und
o die Beschreibung der Prozessschritte
+ Das Ergebnis der Prozessplanung sind
o detaillierte Prozessbeschreibungen
Dimensionierung
+ Die Phase der Dimensionierung dient zur Klärung der Fragen:
o Welche Ressourcen erfüllen die Funktionen bzw. Prozessschritte?
o Wie viel Ressourcen werden zur Funktionserfüllung benötigt?
+ Das Ziel der Dimensionierung ist
o die Bestimmung der Art und Menge von Ressourcen unter technischen und
wirtschaftlichen Aspekten
44

+ Das Ergebnis der Dimensionierung sind detaillierte Angaben zu:
o Art und Menge der Betriebsmittel
o Art und Größe der Flächen sowie
o Qualifikation und Anzahl des Personals
Strukturierung
+ Die Phase der Strukturierung dient zur Klärung der Fragen:
o Welche Intensität und welche Richtung haben die Beziehungen zwischen den
Elementen?
o In welcher Struktur laufen die Prozesse ab?
+ Das Ziel der Strukturierung ist
o der Entwurf einer durch die Prozesse „induzierten“ räumlichen und zeitlichen
Struktur.
+ Das Ergebnis der Strukturierung ist
o für die räumliche Struktur: ein Feinlayout in den Etappen Strukturtypentscheidung,
Blocklayout. Feinlayout und
o für die zeitliche Struktur: Ablaufpläne
Ausführungsplanung
+ Die Phase der Ausführungsplanung dient zur Klärung der Frage:
o Wie und in welcher Reihenfolge werden die einzelnen Gewerke ausgeführt?
+ Das Ziel der Ausführungsplanung ist
o die Gewährleistung einer reibungslosen Realisierungsphase des Planungsvorhabens.
+ Das Ergebnis der Ausführungsplanung ist
o ein Projektplan, in dem alle Aufgaben und Termine sowie die jeweilige Verantwortlichkeit
beschrieben werden.
Die Umsetzung der Planung kann zielorientiert mit den im Folgenden beschriebenen Schritten
realisiert werden.
45

Die Projektvorbereitung:
• Projektstruktur festlegen
• Projektteams bilden und Verantwortlichkeit klären
• Qualifizierung der Projekt- und Teilprojektleiter zu den Themen
° Projektmanagement, Steuerung von Gruppenprozessen
• Vorbereitung Kick-off Meeting
° Führungskreis, Projektleiter, Teilprojektleiter
° Belegschaft
• Einbeziehung des Betriebsrates
Aufgaben des Projektleiters:
• Teilprojektleiter und Teams koordinieren
• Projektplan und Lastenheft erstellen
• Meilensteine fixieren
• Abgleich der Ressourcen
• Einberufen von Teamgesprächen
• Bildung eines Kernteams
Der Projektstart, Kick-off Meeting
• Klare Definition der Projektinhalte
• Vereinbaren von Spielregeln
• Commitment auf Termine
• Kapazitätsfreigabe von Projektmitarbeitern
• Festlegung der Informationskaskade
Spielregeln der Zusammenarbeit und Informationskaskade
• Offene, ehrliche Kommunikation: kurz und prägnant
• Jeder Projektmitarbeiter hat Bringpflicht für seine Aufgaben
• Regelmäßige Meetings der Teams
• Jedes Meeting wird von allen vorbereitet
• Besprechungsdauer max. 2 Stunden mit max. 7 Mitarbeitern
46

• Konflikte zuerst im Projektteam behandeln und lösen
• 14-tägiger Bericht pro Hauptprojekt an Linie und Lenkungskreis
• Regelmäßige Information an Linien- und Projektmitarbeiter
• Lenkungskreis alle 8 Wochen
Wie wird der Betriebsrat einbezogen?
• Vorabinformation
• Einladung zur Informationspräsentation
• Einladung zum Workshop
• Einladung zur Ergebnispräsentation
• Kontinuierliche Information über den „Stand der Dinge“
Arbeitsfähigkeit der Projektteams herstellen
• alle Teammitarbeiter auf die gleiche Wissensbasis stellen
• Unterziele für das Projektteam definieren
o Minimierung von Schnittstellen um 20%
o Reduzierung des Handlingsaufwandes
o Behältersysteme auf 2 reduzieren
o Flächenbedarf um 30% senken
• Projektzeitplan entwickeln und abstimmen
Ein Beispiel für eine Projektplanstruktur ist nachfolgend dargestellt.
Zielplanung
• Aufgabenbeschreibung
• Zeitrahmen
• Investitionsvolumen
• Zielgrößen
• Randbedingungen
Prozessplanung
• Personalplanung Grob
47

• Prozessbeschreibung
• Umzugsklasse definieren
• Datenaufnahme Betriebsmittel
• Maschinen-Fördertechnik-Lagerplanung
Groblayoutplanung
• Variantengenerierung
• Variantenbewertung, mögliche Bewertungskriterien, wie
> Erweiterbarkeit
> Flussgrad
> Materialflusslänge
> Flexibilität
> Flächennutzung
> Handhabungsaufwand
> kostengünstiger Umbau
• Variantenauswahl
Feinlayoutplanung
• Variantengenerierung
• Variantenbewertung
• Variantenauswahl
Bauplanung und Ausführung
• IST-Datenaufnahme
• Gebäudestruktur
• Statik
• Ausführungsplanung
• Ausführung
• Brandschutz
• Brandschutzgutachten
• Fluchtwegeplan
• Brandschutzanlagenplanung
• Festlegung der Meldepunkte
• Dimensionierung/Auswahl Feuerlöscher
• Installation Meldepunkte
48

Medienversorgung- und Entsorgungsplanung
Klima-/Lüftungstechnik
Haustechnik
Abwasserplanung
Umzug
Digitale Fabrik und Gießereien
Die vorangehende Aufstellung von Arbeitsschritten ist angelehnt an eine Empfehlung des
IFF, Magdeburg.
Ein innovatives Planungskonzept ist die „Digitale Fabrik".
In der VDI-Richtlinie 4499 Blatt 1 „Grundlagen zur Digitalen Fabrik" wird ein Überblick über
die Ziele, die Anwendungsgebiete und den Nutzen der „Digitalen .Fabrik" gegeben. Es werden
die Modelle, Methoden und Werkzeuge erläutert. Gerade auch für mittelständische Unternehmen
geben diese Handlungsempfehlungen und Entscheidungshilfen.
Die „Digitale Fabrik" stellt eine ganzheitliche Planung. Realisierung, Steuerung und laufende
Verbesserung aller Fabrikprozesse und -ressourcen in Verbindung mit dem herzustellenden
Produkt dar und steht als Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen
Modellen, Methoden und Werkzeugen, u. a. der Simulation und 3-D-Visualisierung, die
durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden.
Werden Soll/Ist-Vergleiche innerhalb einzelner Fertigungsbereiche in der Gießerei erstellt,
gelangt man oftmals zu dem Ergebnis, dass zwischen deren installierten Kapazität und ihrer
unter Betriebsbedingungen erreichten Leistung oftmals Diskrepanzen auftreten.
Ein Grund für die Diskrepanzen ist die in Gießereien große Zahl der verschiedenartigen Fertigungsbereichen,
die von einander abhängig sind. Wird jeder dieser Fertigungsbereiche mit
einer eigenen optimalen Auslastung betrieben und nicht auf die anderen Bereiche abgestimmt,
kann das Resultat eine suboptimale Gesamtleistung der Anlage sein. Es kann zu
Engpässen oder nicht abgerufenen Teilen innerhalb der Teilprozesse kommen, da diese
unterschiedlich schnell Material verbrauchen oder produzieren.
Soll/Ist-Vergleiche innerhalb einzelner Fertigungsbereiche aufzuzeigen, um eventuelle
Schwankungen aufzudecken, ist unter dem ständig steigenden internationalen Wettbewerbsdruck
notwendig. Mit Hilfe der der Prozessoptimierung, die sich durch die Digitale Fab-
49

ik" erreichen lässt, kann die Effizienz der Unternehmen und damit auch die Wettbewerbsfähigkeit
langfristig gesteigert werden. Dabei hängt der Erfolg, der sich durch die „Digitale Fabrik"
erreichen lässt, von der Gießereistruktur ab. Es ist davon auszugehen, dass die Kapazitätsreserven
innerhalb einer Gießerei umso größer sind, je komplexer ein Gießereibetrieb
aufgebaut ist.
Um den Aspekten eines ständig wechselnden Fertigungsprogramms, z. B. Einzel- oder
Kleinserienfertigung, Rechnung zu tragen und die Gesamtheit der Fertigungsprozesse darstellen
zu können bedarf es eines Softwaretool zur Simulation von Prozessabläufen.
Damit werden folgende Aufgaben übernommen:
• Soll/Ist-Vergleich des derzeitigen Fertigungsablaufes,
• Optimierung der gesamtbetrieblichen Fertigungsorganisation und Logistik,
• Bewertung der Notwendigkeit von Investitionen und deren Wirtschaftlichkeit.
Die „Digitale Fabrik" hat sich in der Vergangenheit in der Automobilindustrie als Methodik
und durchgängiges Werkzeug für die Anlagen-, und Produktionsprozessplanung sowie die
virtuelle Inbetriebnahme etabliert.
Durch die Digitalisierung von Fertigungsbereichen lassen sich komplexe Produktions- und
Logistikprozesse am Computer planen, effizient modellieren und in kurzer Zeit simulieren,
wodurch realitätsnahe Vorhersagen über die Funktionsfähigkeit von Fertigungsanlagen und
Logistiksystemen ermöglicht werden. Durch die Simulation kann in einer Gießerei eine praxisnahe
Prognose der Produktivität und der Leistungsfähigkeit der Fertigungs- und Logistikprozesse
erstellt werden [GDF06].
Detailplanungen einzelner Fertigungsbereiche oder Anlagen schließt an die Feinlayoutplanung
unmittelbar an (Abschnitt 6.2 und 6.3).
6.2 Planung eines Schmelzbetriebs in einer Metallgießerei
Die Planung eines Schmelzbetriebs zeigt beispielhaft, wie im Rahmen einer Anlagenplanung
– noch als Teil der Feinlayoutplanung oder als anschließende Planungsstufe - zielorientiert
und unter nachhaltigen Aspekten innovative Prozesse, Anlagen und Arbeitssysteme in Gießereien
eingerichtet werden können.
50

Für die Planung einer speziellen Technik ist der technische Stand darzustellen und eine
kompakte Bewertung als Entscheidungsgrundlage ist durchzuführen.
>> Schmelzbetrieb und Gießerei
Bei der Planung eines NE-Schmelzbetriebs ist zwischen folgenden Betriebsarten mit ihren
unterschiedlichen Anforderungen an die Schmelzaggregate zu unterscheiden:
Unterscheidung nach Gießverfahren:
• Sandguss
• Druckguss
• Niederdruckguss
• Kokillenguss
Unterscheidung nach Fertigungskapazitäten:
• Gießereien mit Großserienfertigung
• Gießereien mit Kleinserienfertigung
• Gießereien mit Einzelstückfertigungen
• Mischbetriebe
Die beschriebenen Betriebsarten erfordern unterschiedlich gestaltete Schmelzbetriebe. Bei
Großserienfertigung, beispielsweise im Druckguss oder Sandguss von Aluminiumlegierungen
auf Hochleistungs-Formanlagen, müssen vom Schmelzbetrieb ständig größere Mengen
Schmelze bereitgestellt werden. In diesem Falle kann ein zentrales Schmelzen, beispielsweise
im Schachtofen, oder die Anlieferung von Flüssigmetall sinnvoll sein.
>> Einteilung der Schmelzöfen für NE-Gießereien
Schmelzöfen für den NE-Schmelzbetrieb, insbesondere für Aluminium, lassen sich allgemein
in 2 Hauptgruppen unterteilen:
elektrisch beheizte Öfen:
• Induktionsrinnenöfen
• Induktionstiegelöfen
• widerstandsbeheizte Tiegelöfen
brennstoffbeheizte Öfen:
• Herdöfen/Wannenöfen, in der Regel in Form von Schachtöfen
51

• gasbeheizte Tiegelöfen
• ölbeheizte Tiegelöfen
Die Eigenschaften der verschiedenen Ofenarten ist hinsichtlich Vor- oder Nachteilen zu diskutieren.
Wichtige Eigenschaften von Induktionsrinnenöfen:
• Netzfrequenz
• großes Fassungsvermögen
• gute Energienutzung
• geringe Badbewegung
• gute Temperaturführung
• geringe Emission
• geringer Abbrand
• keine Vorwärmmöglichkeit
• gute metallurgische Eigenschaften
• gute Betriebstechnik
• komplexer Ofenaufbau
• geringe Schmelzleistung
• hohe Investitionskosten
• Sumpffahrweise (geringe Legierungsflexibilität)
• Behandlung im Ofen nur bedingt möglich
• Temperaturgefälle im Metallbad
Wichtige Eigenschaften von Induktionstiegelöfen:
• einfacher Ofenbau
• MF oder NF
• hohe Schmelzleistung
• gute Ankopplung an Feststoffeinsatz
• kleine (MF) oder große (NF) Fassungsvermögen
• hohe Schmelztemperatur
• kein Temperaturgefälle
• Behandlungen im Ofen möglich
• geringe Emissionen
• geringer Abbrand
• sehr gute metallurgische Eigenschaften
52

• gute Betriebstechnik (Temperaturführung)
• sehr hohe Investitionskosten
• hoher Anschlusswert
• starke Badbewegung
Wichtige Eigenschaften von widerstandsbeheizten Tiegelöfen:
• sehr gute Energienutzung
• gute Temperaturführung
• niedrige Anschlusswerte
• geringe Emissionen
• rein Ohmsche Belastung
• keine Badbewegung
• gute metallurgische Eigenschaften
• niedrige Investitionskosten
• geringe Schmelzleistungen
Wichtige Eigenschaften von Herd-/Wannenöfen bzw. Schachtöfen:
• hoher thermischer Wirkungsgrad
• gleichzeitiges Schmelzen und Warmhalten
• Automatisches Chargieren
• hohe Metallqualität
• ölbehaftetes Einsatzmaterial möglich
Wichtige Eigenschaften von öl- bzw. gasbeheizten Tiegelöfen:
• mittlere bis hohe Schmelzleistung
• kleiner bis mittlerer Investitionsaufwand
• mäßiger thermischer Wirkungsgrad
• hohe Schmelztemperaturen
• ölbehaftetes Einsatzmaterial möglich
• keine Badbewegung
• metallurgische Probleme möglich
• Temperaturregelung problematisch
• Vorwärmmöglichkeit des Einsatzgutes
• Emissionen höher als bei Elektroofen
>> Einbindung des Schmelzbetriebs in den Gesamtbetrieb
53

Bei der Planung eines Schmelzbetriebs ist nicht nur ein technisch-wirtschaftlicher Kostenvergleich
für die Schmelzaggregate erforderlich, sondern auch die Verknüpfung mit dem gesamten
Betriebssystem der Gießerei zu berücksichtigen.
Die Gießerei kann als ein komplexes System aus drei Aggregaten (Kreisläufen) angesehen
werden, (Abbildung 6-1). An der Stelle G treffen sich der Formen - und der Gießkreis. Bei
der Planung des Schmelzbetriebs ist darauf zu achten, dass dem Bedarf an Formen eine
analoge Menge an Flüssigmetall zu Verfügung steht. Eventuell sind Speicheröfen als Puffer
zwischen Gieß- und Formenkreis vorzusehen. Werden ausschließlich Dauerformen verwendet,
gibt es in (Abbildung 6-1) einen geschlossenen Formenkreis und keinen Formstoffkreis.
Abbildung 6-1: Symbolische Darstellung der Gießerei als Komplexmaschine aus drei
Aggregaten
Neben der Abstimmung des Schmelzbetriebs auf die Formerei (bzw. die Kokillen- oder
Druckgießformen) ist als weiterer Punkt bei der Planung eines Schmelzbetriebs die Materiallogistik
der jeweiligen Gießerei zu beachten. So ist die Größe des Materiallagers, die Zahl
und Anordnung der Lagerplätze sowie der Transport aus diesen Lagerplätzen zum Schmelzbetrieb
von Bedeutung. Weiterhin ist der Transport des flüssigen Metalls - in der Regel mit
ausgekleideten Pfannen - von den Schmelzöfen zur Abnahmestelle (Gießplatz bzw. Warmhalte-
oder Gießöfen) ausschlaggebend.
54

Bewertungsmethoden von Investitionsplanungen
Die übliche Form der Bewertung geplanter Investitionen oder Verfahrenstechniken ist der
Wirtschaftlichkeitsvergleich. Dies allein reicht aber für die Entscheidungsfindung nicht aus,
weil viele subjektive oder unternehmensspezifische Kriterien nicht erfasst werden. Subjektive
Kriterien sind z.B.:
• Investitionshöhe: Entspricht die Investition den Vorstellungen der Unternehmensführung
und ihrer Risikobereitschaft?
• Flexibilität: Wie ist die Flexibilität des Schmelzverfahrens zu beurteilen?
• Unternehmensspezifische Kriterien können teils subjektiv, teils objektiv sein:
• Sind das Know How und das notwendige Personal vorhanden oder zu beschaffen?
• Passt das Verfahren in den langfristigen Gesamtplan für Kapazitätserweiterung und Ausbau?
• Wird das Verfahren auch in Zukunft die Qualitätsanforderungen an das Gussprogramm
erfüllen?
Die Antworten auf diese Fragen sind nur schwer zu quantifizieren; nicht zuletzt deshalb, weil
diese Bewertung selbst bei gleichem Gussprogramm von Unternehmen zu Unternehmen
unterschiedlich ausfallen muss.
Als brauchbare Methoden, komplexe Entscheidungen zu finden, haben sich
• Nutzwertanalysen
• Entscheidungstabellen
• Entscheidungsbaumverfahren
gut bewährt. Von diesen drei Entscheidungsverfahren eignet sich für Investitionsplanungen
und -entscheidungen die Nutzwertanalyse besonders gut. Zur Durchführung einer Nutzwertanalyse
ist es wichtig, zunächst eine Zielhierarchie aufzustellen. Das Oberziel „Bestmögliches
Schmelzverfahren“ gliedert sich in Knoten und Einzelziele. Eine solche Zielhierarchie
könnte für einen NE-Schmelzbetrieb wie in Abbildung 6-2 aussehen:
55

Abbildung 6-2: Beispiel einer Zielhierarchie für das bestmögliche NE-
Schmelzverfahren
Eine Auswahl detaillierter Bewertungskriterien für Einzelziele bei der Planung von
NE-Schmelzaggregaten zeigt Abbildung 6-1. Diese Bewertungskriterien sind von jeder Gießerei
individuell entsprechend dem jeweiligen Bedarf und der Anforderungen an den
Schmelzbetrieb zu definieren.
56

Übersicht 6-1: Auswahl einiger wichtiger Bewertungskriterien für NE-
Schmelzaggregate, insbesondere für den Aluminiumschmelzbetrieb
Die Einzelziele ergeben sich aus den Knotenzielen. Aus diesen Einzelzielen, die so vollständig
wie möglich definiert werden müssen, wird eine Zielwertmatrix entwickelt. Der nächste
Schritt ist die Wichtung der Teilwünsche, die üblicherweise in Form von Prozentzahlen erfolgt.
Diese Wichtung ist rein subjektiv und von Gießerei zu Gießerei unterschiedlich. Die
Summe aller Wichtungen muss 100% ergeben. Die Bewertung der Alternativen kann nominal,
ordinal oder kardinal erfolgen. Bei der nominalen Bewertung wird das Einzelziel lediglich
57

mit "geeignet" oder "nicht geeignet" bewertet. Diese Methode ist ungenau und eignet sich nur
für Vorentscheidungen. Bei der ordinalen Bewertung werden die Alternativen in Rangfolgen
eingestuft unter der Annahme, dass die Abstände zwischen den Rängen gleich sind, was
nicht immer zutreffen muss. Rangfolgen können z.B. sein: schlecht, mittel, gut - entsprechend
z.B. 1,2,3.
Nach erfolgter Wichtung und Bestimmung der Rangfolge wird die Wertsynthese erstellt.
Hierbei werden die Prozentzahlen der Wichtung mit den Rangfolgeziffern multipliziert und die
Ergebnisse addiert. In diesem Fall schneidet das Schmelzverfahren mit der höchsten Punktzahl
am günstigsten ab. Ein Beispiel einer Zielwertmatrix für die ordinale Bewertung, die allerdings
keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, ist in Abbildung 6-2 für die Planung
eines Aluminiumschmelzbetriebs wiedergegeben. Die ordinale Methode ist genauer als die
nominale, bedarf aber eines höheren Informations- und Zeitaufwandes. Bei sehr vielen Einzelzielen
(> 10), deren Summe 100 % ergeben muss, wird die Wichtung kompliziert. Es empfiehlt
sich dann, die Einzelziele in Kriterienbereiche aufzugliedern, deren Summe das Oberziel
ausmacht. Die Wichtung der Knotenziele soll in der Summe 100 Prozent ergeben, desgleichen
die Zusammenfassung der Knotenziele zum Oberziel.
Einen noch höheren Aussagewert erhält die Nutzwertanalyse, wenn die Alternativen nicht
nach Rangplätzen bewertet werden, sondern in Richtung und quantitativem Abstand definiert
werden. Diese sogenannte kardinale Präferenzordnung setzt einen funktionalen Zusammenhang
zwischen Nutzwert und einer Messgröße für die Eigenschaftsanforderungen voraus.
Diese Funktion transformiert die Messgröße in ein für alle Eigenschaftsanforderungen gleiches
Punkt- oder Prozentsystem. Die Punktzahlen der Alternativen werden wiederum mit der
Wichtung multipliziert. Der Informationsaufwand für die kardinale Methode ist sehr hoch und
kaum zu bewältigen. Diese Methode hat daher bisher in der Praxis keine Bedeutung erlangt.
58

Abbildung 6-3: Beispiel einer Matrix für die Nutzwertanalyse zur Planung eines NE-
Schmelzbetriebes
59

6. 3 Planung von Maßnahmen zur Luftreinhaltung in Gießereien
Die Planung von Umweltschutzanlagen zeigt beispielhaft, wie im Rahmen einer Anlagenplanung
– noch als Teil der Feinlayoutplanung oder als anschließende Planungsstufe - zielorientiert
und unter nachhaltigen Aspekten innovative Prozesse, Anlagen und Arbeitssysteme
in Gießereien eingerichtet werden können.
Für die Planung einer speziellen Technik ist der technische Stand darzustellen und eine
kompakte Bewertung als Entscheidungsgrundlage ist durchzuführen.
>> Maßnahmen zur Emissionsminderung
Neben der Feststoffabscheidung (Mechanische Abscheider) werden bei der Reinigung von
luftfremden Stoffen verschiedene andere Verfahren eingesetzt, so z. B.
• Thermische Reinigungsverfahren
• Sorptionsverfahren
• Biologische Abgasreinigungsverfahren
Der heutige Stand der Abgasreinigungstechnik in Gießereien ist beschrieben in der EU-
Ausarbeitung über die Best Verfügbaren Techniken (siehe Abschnitt „Prozessintegrierter
Umweltschutz“) [INT05]. Als gesetzgeberischen Bestimmungen sei im Besonderen verwiesen
auf die in Deutschland gültige Technische Anleitung Luft TA Luft 2002 [BOL 04].
>> Abscheidung von Feststoffen
Die Staubabscheider lassen sich grundsätzlich in vier Hauptgruppen einteilen:
• Massenkraftabscheider
• Nassabscheider
• Filternde Abscheider
• Elektrische Abscheider
Als Auswahlkriterien für den Einsatz dieser Staubabscheider gelten dabei unter anderem der
Reingasstaubgehalt, die Betriebskosten sowie die Betriebssicherheit der Anlage.
60

Filternde Abscheider
Filternde Abscheider werden dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Staub-Gas-
Gemisch durch die Filterelemente wie Gewebe, Filze, Schüttschichten, Keramik u. a. geleitet
wird. Der Staub wird dabei aufgrund von Diffusions- und Trägheitseffekten auf der Filteroberfläche
und/oder in den Poren des Filtermediums selbst abgeschieden. Die Gewebeart und
das Filtermaterial selbst werden von verschiedenen Faktoren bestimmt, so z. B.:
• Chemische Zusammensetzung des Trägergases
• Gastemperatur
• Gasfeuchtigkeit
• Art des anfallenden Staubes
• Korngrößenzusammensetzung des Staubes.
Die einzusetzenden Filtermaterialien müssen eine hohe Form-, Temperatur- und chemische
Beständigkeit besitzen. Neben Baumwoll- und Wollgeweben entwickelte man Gewebe und
Filze aus synthetischen Fasern (Nomen). Mit diesen Geweben können gute Abscheideleistungen
bei sehr unterschiedlichen Betriebsbedingungen (hohe Gastemperatur, Gasfeuchte,
Säureanteile im Gas usw.) erzielt werden.
Neuere Entwicklungen zielen daraufhin ab, Filtermaterialien bei hohen Temperaturen einzusetzen
(Hochtemperaturgewebefilter).
Die Einteilung der Gewebefilter kann nach unterschiedlichen Gesichtspunkten vorgenommen
werden. Man unterscheidet je nach Anordnung des Ventilators zwischen Saug- und Druckfiltern.
Je nach Bauweise können die Filter weiterhin in Schlauch- und Flächenfilter unterteilt
werden. Daneben unterscheidet man Reihen- und Rundfilter.
In verschiedenen Kammern hängen von oben nach unten Gewebeschlauche in Stützkörben.
Durch diese Gewebeschläuche wird das Gas-Staub-Gemisch in den meisten Fällen von innen
nach außen hindurchgeleitet. Wenn sich ein entsprechender Filterkuchen gebildet hat,
muss dieser von den Schläuchen entfernt werden, da sonst eine weitere Filtration nicht mehr
möglich ist. Dieser Vorgang wird als Reinigungsvorgang des Gewebes bezeichnet. Bei der
Abreinigung wird Spülluft im Gegenstrom in die zu reinigende Schlauchkammer geführt.
Mit Hilfe von mechanischen und/oder strömungstechnischen Mitteln wird dabei der Filterkuchen
zerstört und gelangt in den Staubsammelbehälter. Nach Beendigung der Abreinigung
wird erneut der Beladevorgang der Kammer eingeleitet.
61

Nassabscheider
Aus der Sicht der abzuscheidenden Stoffe ergeben sich bei der Nassabscheidung zwei Möglichkeiten:
• die Niederschlagung von Feststoffpartikeln
• die als Sorption bezeichnete Abtrennung gasförmiger Schadstoffkomponenten
Staubabscheidung und Schadstoffabsorption können prinzipiell gleichzeitig in einem Nassabscheider
erfolgen.
Man unterscheidet grundsätzlich vier Einzelvorgänge, die zur Abtrennung von Staubpartikeln
aus Gasen durch Nassabscheidung erforderlich sind:
• Verteilung der Waschflüssigkeit in dem zu reinigenden Gas
• Zusammenführen der Staubteilchen mit dem Waschmedium
• Anlagerung und Bindung der Feststoffpartikel an die Flüssigkeit
• Entfernung des Staub-Flüssigkeits-Gemisches aus dem Gas.
Problematisch und schwer überschaubar ist der Vorgang der Zusammenführung von Staubteilchen
und Waschflüssigkeit im Reinigungsraum eines Abscheiders. Dabei lassen sich im
Wesentlichen vier beteiligte Elemente nennen:
• Diffusionseffekte
• Elektrostatische Effekte
• Kondensationseffekte
• Massenkrafteffekte infolge Trägheitskraft und / oder Schwerkraft.
Bekannte Nassabscheidesysteme kann man grundsätzlich zwei Gruppen zuordnen. Die erste
Gruppe umfasst Nassabscheider, bei denen vor allem eine hohe Verweilzeit des Staub-
Gas-Gemisches im Waschraum bei niedriger Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu reinigenden
Gas und der Waschflüssigkeit vorliegt. Zur zweiten Gruppe gehören alle Nassabscheider
mit hoher Relativgeschwindigkeit, aber kleinerer Verweilzeit.
Zur ersten Gruppe zählen die Wäscher und Wirbelwäscher. Insbesondere beim Wäscher ist
die Verweilzeit des Staub-Gas-Gemisches im Abscheideraum groß. Infolge niedriger Relativgeschwindigkeit
wird aber zumeist keine sehr weitgehende Staubabscheidung erzielt, so
dass diese Nassreiniger oft nur als Vorabscheider oder Gaskühler verwendet werden.
62

Bei Rotationswäschern, als deren charakteristischer Vertreter der Desintegrator angesehen
werden kann, ist eine hohe Relativgeschwindigkeit, die von häufigem Richtungswechsel begleitet
wird, zusammen mit der intensiven Waschflüssigkeitsverteilung, für eine gute Staubabscheidung
verantwortlich.
Die Zuführung des Rohgases bei einem Radialdesintegrator erfolgt axial durch den Gaseintrittsstutzen.
Danach wird das Gas umgelenkt und strömt radial durch den Reinigungsraum
nach außen.
Die Waschflüssigkeit, zumeist Wasser, wird in direkter Nachbarschaft der Rotorwelle mittels
eines so genannten Spritzkegels aufgegeben und in Tropfen zerteilt.
Das gereinigte Gas verlässt den Waschraum zusammen mit der Feststoff beladenen Waschflüssigkeit
durch den Gasaustrittstutzen an der Gehäuseunterseite.
Es sind grundlegende Untersuchungen an Radialdesintegratoren vorgenommen worden.
Hinsichtlich der vorteilhaften Eigenschaften lassen sich bei Radialintegratoren nennen:
• hohe Betriebssicherheit
• Weitergehende Wartungsfreiheit
• Geringer Platzbedarf
• Niedrige Anschaffungskosten.
Elektrische Abscheider
Die elektrischen Abscheider gehören, ähnlich wie die filternden Abscheider, zu den wirksamsten
Gasreinigungsapparaten. Im Allgemeinen kann man davon ausgehen, dass in elektrischen
Staubabscheidern feinste Korngrößen erfasst werden. Es werden Abscheidegra-
de von η ≥ 99 % erreicht.
Ein Elektrofilter besteht prinzipiell aus folgenden Hauptbestandteilen:
• dem Elektrofilter, als eigentlichen Abscheideapparat
• der Hochspannungsanlage.
63

Der Elektrofilter besteht aus sogenannten Gassen, die durch Niederschlagselektroden begrenzt
sind. In deren Mitte sind Sprühelektroden angeordnet, die unter eine negative Hochspannung
gesetzt werden.
Grundsätzlich kann man die elektrische Staubabscheiderwirksamkeit in vier Teilvorgänge
untergliedern:
a) Aufladung der Partikel im elektrischen Feld,
b) Transport der Partikel zur Niederschlagselektrode,
c) Auftreffen der Partikel an der Niederschlagselektrode,
d) Abtrennen des Staubes und Transport in den Staubsammelbunker
Die Abtrennung erfolgt beim Trockenelektrofilter über Klopfung der Elektroden, beim Nasselektrofilter
durch Spülung.
Die Wirksamkeit von Nasselektrofiltern ist in sehr vielen Falten größer, als die von Trockenelektrofiltern,
da infolge der niedrigen Gastemperaturen und der hohen Gasfeuchtigkeit bei
der Nassfiltration die elektrische Leitfähigkeit höher ist.
Nachteilig ist, dass der Nasselektrofilter teurer ist als ein Trockenelektrofilter, da eine oft aufwendige
Wasseraufbereitung durchgeführt werden muss.
>> Vergleich der Verfahren zur Staubabscheidung
Vergleicht man die unterschiedlichen Staubabscheide-Systeme, so kann man feststellen,
dass der Wirkungsgrad verschiedener Abscheidetypen begrenzt ist. Diese werden dann als
Vorabscheider in Kombination mit anderen Abscheidern eingesetzt.
Im Gegensatz zu nassarbeitenden Abscheidern, deren Effektivität vom Energieaufwand abhängig
ist, werden Weiterentwicklungen bei Elektrofiltern und bei filternden Abscheidern betrieben.
Für filternde Abscheider lagen in den letzten Jahren die interessanten technologischen Aspekte
darin, Filtermaterialien zu entwickeln, die möglichst langlebig sind und hohen Temperaturen
standhalten.
Neben dem Gesamtabscheidegrad ist die Feinstaubabscheidung von besonderem Interesse.
Feinstaub kann bevorzugter Träger bestimmter anorganischer Spurenelemente sein. Zur
Beurteilung der toxischen Wirkung von Feinstäuben sind eine Reihe von Parameter von Bedeutung,
die Je nach Art der Einwirkung und physikalisch-chemischen Effekten unterschieden
werden müssen.
64

Vergleicht man die Fraktionsabscheidegrade verschiedener Abscheider in Abhängigkeit vom
aerodynamischen Durchmesser, erkennt man, dass im Gegensatz zu Hochleistungsnassabscheidern
Elektrofilter und filternde Entstauber hohe Fraktionsentstaubungsgrade aufweisen.
Bei nass arbeitenden Abscheidern ist das nur der Fall, wenn der Energieverbrauch sehr
stark gesteigert wird.
>> Investitions- und Betriebskosten bei Enstaubungsanlagen
Die erforderlichen Investitionen und Betriebskosten für Abluftreinigungsverfahren sind für
den Produktionsprozess im Hinblick auf Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen von besonderer
Bedeutung. Es ist daher in vielen Fällen erforderlich, eine Kostenanalyse für die Entstaubungs-
und Gasreinigungsanlagen durchzuführen.
Die Investitionskosten für eine Gasreinigungsanlage umfassen prinzipiell folgende Einzelpositionen:
• Gasreinigungsanlage, dazu gehören u. a. Vorabscheider, Gaskonditionierung,
Staubaustrag,
• Wasserkreislauf, Rohrleitungen, Gebläse etc.
Die Betriebskosten setzen sich zusammen aus:
• Abschreibung und Zinsdienst
• Instandhaltung und Wartung
• Betriebsstoffe
• elektrische Energie
Die Gewährleistungen im Hinblick auf Grenzwerte, stationäre und instationäre Betriebsphasen
etc. sind einzubeziehen.
Die notwendigen Aufwendungen für ein Entstaubungssystem sind jeweils gesondert für den
Einzelfall zu bestimmen; es existieren Normierungsmöglichkeiten, diese sind jedoch nicht
allgemein anwendbar im Hinblick auf erhebliche Differenzen wie z. B. Wartungs- und Reparaturdiensten,
Abschätzung der Standzeiten etc.
65

Vergleicht man diie spezifischen Gasreinigungskosten in Abhängigkeit vom Gasvolumenstrom
dargestellt, so ist ersichtlich, dass bei ansteigenden Abluftvolumenströmen die Betriebskosten
bei einem Radialdesintegrator wesentlich teurer sind als bei anderen Abscheidern.
Wesentlich höhere Kosten entstehen z. B. bei Verwendung von hochtemperaturbeständigen
Filtermaterialien.
>> Schlussbetrachtung
Die Staubminderungstechnologien sind im Vergleich zur Gasreinigungstechnik in der Bundesrepublik
Deutschland nicht mehr wesentlich verbesserungsfähig.
Im Gießereibereich werden hauptsächlich filternde Abscheider, zum Teil jedoch auch nassarbeitende
Abscheider eingesetzt. Je nach Abscheidebedingungen werden für beide Systeme
Abscheidegrade von über 99 % erreicht.
Entwicklungen zur Reinigung von Gießgasen laufen und werden voraussichtlich in wenigen
Jahren - in den Biofiltern u. a. derzeitigen Maßnahmen, zur Verfügung stehen, beispielsweise
Reinigungssysteme mit Niedertemperaturkatalysator.
7 Hohe Prozessfähigkeit als Voraussetzung für gegossene Leichtbau-
Komponenten
7.1 Die Beherrschung von Streuungen als wichtigste Aufgabe der Gießereitechnik
Höhere Maßgenauigkeit ermöglicht die Fertigung gegossener Leichtbauteile: Soweit es möglich
ist, Maßungenauigkeiten oder Festigkeitsstreuungen dauerhaft sicher in einer Produktion
auszuschließen oder zu begrenzen, soweit kann bei der Konstruktion gegossener Bauteile
auf „Sicherheitszuschläge“ verzichtet werden. Die Bauteile können mit geringeren Wanddicken
ihre Funktion sicher erfüllen.
Bei jeder Gussteilfertigung gibt es Streuungen bei Prozess- und bei Qualitätskenngrößen.
Die Bestimmung und Bewertung dieser Streuungen bilden die Grundlage für das Ergreifen
von den Prozess verbessernden Maßnahmen.
Das Messen und Bewerten von Streuungen bei Maßen oder bei mechanischen Eigenschaften
stellt den ersten Schritt dar. Hierbei ist die Erstellung von Streuungskatalogen
eine empfehlenswerte Methode.
66

Es liegt auf der Hand, dass Streuungen umso ausgeprägter sind, je schlechter ein Prozess
unter Kontrolle zu bringen ist. Schnell ablaufende Vorgänge, komplizierte, unüberschaubar
vielgliedrige Vernetzungen, weit außerhalb einer stabilen Gleichgewichtslage
ablaufende Prozesse und "naturbelassene" Ausgangspositionen erfordern offensichtlich
einen hohen Aufwand zur Einengung von Streuungen. Zur Fertigung dünnwandigerer
Gussteile ist die Einengung der Streubereiche unbedingte Voraussetzung.
Konkurrenzfähiger Leichtbau ist nur möglich, wenn man Streuungen bei den Maßen und
mechanischen Eigenschaften, dazu aber auch bei der chemischen Zusammensetzung, den
Formstoffeigenschaften und in der gesamten Verfahrenstechnik einengt. Nur so wird es
möglich, die mittleren Wanddicken ohne Steigerung des Risikos, ohne Verringerung des Sicherheitsabstandes
zu verringern, Gewicht und Energie einzusparen, konkurrenzfähig zu
bleiben. Eine bloße Abschätzung der sich überhaupt bietenden Möglichkeiten ist ohne
Kenntnis der Streuungen undenkbar. Erst recht erfordert eine Abschätzung des Verhältnisses
von Aufwand (zur Streuungseinengung) und Einsparung (an Gewicht) eingehende
Kenntnisse der beteiligten Streuungen.
Bei den vielschichtigen Zusammenhängen zwischen allen die Gussteilqualität beeinflussenden
Größen muss eine Untersuchung von Ursachen für Fehler oder der Folgen von Abweichungen
unabdingbar die Streuungen berücksichtigen. Streuungsfortpflanzung (Gauß: "Fehlerfortpflanzung")
und Streuungszerlegung (Varianzanalyse, Streufeldanalyse, Entmischung
von Mischverteilungen) sind Schlagworte für das Handwerkszeug solcher Untersuchungen.
Keinesfalls erbringen systematische Veränderungen von Einflussgrößen eine Einengung von
Streuungen, es sei denn, dass damit gleichzeitig eine Verschiebung in gegen die Streuungsfortpflanzung
empfindliche Bereiche verbunden wäre. Auch das weithin übliche Ignorieren
von Streuungen macht sie nicht kleiner!
Schleichende Veränderungen in der Serienfertigung lassen sich nur frühzeitig erkennen,
wenn man Streuungen kennt und weiß, was sie bedeuten. Solche Veränderungen können
wegen der unter Umständen beträchtlichen Zeitverschiebung zwischen Verursachung und
dem Sichtbarwerden der Folgen oft beträchtliche finanzielle Folgen haben. Ein Beispiel dafür
ist ein sehr langsamer Anstieg des Cr-Gehaltes bei thermisch belastetem Gusseisen mit Lamellengraphit.
Die Auswirkungen unzureichender Haltbarkeit zeigten sich erst nach Monaten,
und dann auch nicht mit einem Schlage, sondern ebenfalls langsam ansteigend. Eine
Warnung durch die Reklamation selbst kommt um Monate zu spät. Die Kenntnis von der
Entwicklung der Ausgangsstreuungen hätte großen Schaden verhüten können.
67

Versuche, streuungsabhängige Größen ohne Statistik, also mit (bloßem) Ingenieurwissen "in
den Griff zu bekommen“, müssen zwangsläufig fehlschlagen. Erst die Kenntnis von den
Streuungen unserer Verfahren, Werkstoff- und Werkstückeigenschaften
• macht Risiken berechenbar,
• bringt eine reale Abschätzung von Grenzen und Möglichkeiten unserer Prozesse,
erlaubt Aussagen über die Auswirkung auf abhängige Größen und auf Ursachen für
Abweichungen und Fehler,
• lässt sichere Aussagen über das Ausmaß von Toleranzüberschreitungen zu,
ermöglicht Unterscheidungen zwischen zufälligen und systematischen Veränderungen,
zeigt schleichende Veränderungen an und
gibt auch Hinweise auf den notwendigen Prüfaufwand.
Der beste Streuungskatalog für jeden Betrieb ist natürlich ein solcher mit betriebsinternen
Daten. Die in Tafel 7-1 bis Tafel 7-3 dargestellten sollen demnach hauptsächlich als Anregung
verstanden werden, Kataloge mit eigenen Daten zu erstellen.
Tafel 7-1: Streuungen der mechanischen Eigenschaften, am Beispiel Gusseisen mit
Kugelgraphit
68

Tafel 7-2: Streuungen der Masse von Gussteilen, am Beispiel Gusseisen mit Lamellengraphit
Tafel 7-3: Streuungen der Maße von Gussteilen, am Beispiel Gusseisen mit Lamellengraphit
69

7.2 Prozessdatenanalyse und Prozessstabilität
Zusammenhänge zwischen Formstoffkenngrößen und Qualitätsmerkmalen der Gussteile
quantitativ zu beschreiben, ist eine betriebsspezifische Aufgabe.
Es bedarf einer Sammlung von Prozess- und Qualitätsdaten über einen längeren Zeitraum,
um eine entsprechende Datenbasis für das Erkennen dieser Zusammenhänge möglich zumachen.
Das entwickelte Rechnersystem „IfG-ProABS“ beinhaltet alle Leistungsmerkmale für eine
Kontrolle und Korrektur eines Formstoffkreislaufs.
Das System ist in mehreren Gießereien zur Entwicklung und Erprobung eingesetzt worden.
Um auch längerfristige Trends in die Auswertung von Formstoffdaten einbeziehen zu können,
sind aus den Gießereien verfügbare, teilweise mit der Datenbank EXCEL gespeicherte
Daten, in IfG-ProABS übernommen worden.
IfG-ProABS basiert auf der Software Labview und ist auf allen Rechnern unter dem Betriebssystem
Microsoft Windows XP lauffähig.
Im Bereich der Dateneingabe sind Felder für alle üblichen Arten von Formstoffkenngrößen
eingerichtet. Abbildung 7-1 zeigt einen Ausschnitt aus dem weiten Feld der Dateneingabe.
Bei jeder Dateneingabe werden zugehörige Kenndaten, wie Daten der Probenahme, Beginn
und Ende der Formstoffprüfungen, Probenummer und anderes mit eingegeben.
70

Abbildung 7-1: Dateneingabe mit Feldern für verschiedene Arten von Formstoff-
Kenndaten
Zusätzlich zu den an einer Formstoffprobe gemessenen Werten, können für jeden relevanten
Parameter die obere (OEG) und die (UEG) Eingriffsgrenze eingegeben werden (Abbildung
7-2). Diese Eingriffsgrenzen basieren auf dem jeweiligen Kenntnisstand des für die Formstoffqualität
Verantwortlichen. Je ausgeprägter die Erfahrungen über die Zusammenhänge
zwischen Formstoff- und Gussqualität sind, umso größer ist die Sicherheit, dass die, für die
einzelnen Formstoff-Kenndaten definierten Toleranzbereiche, ausreichend genau sind und,
eine gleich bleibende konstante, hohe Gussqualität sicherstellen.
71

Abbildung 7-2: Formstoffgrenzen für die relevanten Formstoffparameter, angegeben
sind obere (OEG) und (UEG) Eingriffsgrenzen, die gießereispezifisch zu definieren
sind.
IfG-ProABS enthält mehrere Module, die eine Auswertung der erfassten Daten ermöglichen.
Für anspruchsvollere Auswertungen bietet IfG-ProABS Möglichkeiten der Ausgleichsrechnung
(Fit-Methoden). Bei diesen Auswertungen werden Korrelationen zwischen drei verschiedenen
Formstoffkenngrößen mathematisch beschrieben (Abbildung 7-3).
72

Abbildung 7-3: Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse von Ausgleichsrechnungen,
in die drei Formstoffkenngrößen eingehen
Ziel beim Einsatz von IfG-ProABS ist neben der Überwachung der Formstoffqualität, eine
Analyse des Zusammenhangs zwischen Formstoffqualität und Formstoff beeinflusster Gussqualität
zu ermöglichen. Hierfür bietet das System die Möglichkeit, Ergebnisse einer Bewertung
der Gussqualität, wie sie beispielsweise täglich in Gießereien bei der so genannten
„Ausschussbesprechung“ stattfindet, zu erfassen und mit Formstoff-Kennwerten zu korrelieren.
Abbildung 7-4 zeigt die Erfassungsmaske, der ein Katalog von Fehlerarten mit Fehlerbeschreibungen,
wie sie bei Gussteilen auftreten können, hinterlegt ist.
73

Abbildung 7-4: Maske zur Erfassung von Angaben zur Gussqualität bzw. zu formstoffbedingten
Gussfehlern
Die Auswertung der Angaben zur Gussqualität werden unterstützt durch Fachinformationen,
die im Hintergrund liegen und zur Unterstützung aufgerufen werden können (Abbildung
7-5). Der hinterlegte Gussfehleratlas, der von IfG gGmbH und DK Roheisen GmbH erstellt
worden ist, basiert auf Expertenwissen und gibt Hinweise auf Zusammenhänge zwischen
Gussfehlern und ihren möglichen Ursachen.
74

Abbildung 7-5: Hinterlegtes Expertenwissen zu formstoffbedingten Gussfehlern und
ihren Ursachen
[IFG09]
7.3 Ansätze für weitere Entwicklungsarbeiten zur Prozessstabilität und Qualitätssicherung
Die Verbesserung der Prozessfähigkeit ist ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess in der
Gießereitechnik. Es gibt unter der Bezeichnung Data-Mining mathematische Instrumente,
umgesetzt in Rechnerprogramme, die es vermutlich ermöglichen, noch komplexere Beziehung
zwischen Prozessparametern und Qualitätsparametern erkennen und quantitativ beschreiben
zu können.
Es ist aus vielen Gießereien das Phänomen bekannt, dass Änderungen der Gussqualität
auftreten, ohne dass Prozessparameter erkennbar in kritischen Bereichen gewesen sind.
Anzunehmen ist, dass die gemeinsame Wirkung mehrerer Prozessparameter hierfür die Ursache
ist. Bei diesen Prozessparametern handelt es sich um Formstoff-Kenndaten, Kenn-
75

werte der Schmelze, anlagentechnische Prozessdaten (wie Verdichtungsdruck der Formmaschine)
– bis hin zu klimatischen Größen, wie Lufttemperatur oder relative Luftfeuchte.
Die Auseinandersetzung mit derartigen Phänomenen sollte in Zukunft intensiv betrieben
werden.
Aus dem Data-Mining können für bestimmte Aufgabenstellungen gegebenenfalls auch Expertensysteme
entwickelt werden. Hierbei ist wichtig, dass die Auswertungen von Prozessdaten
und Qualitätsdaten mittels Data-Mining nicht vorab durch Expertenwissen eingeengt
wird.
Im IfG wurden erste Erfahrungen mit der Software Data Engine gemacht (Übersicht 7-1).
Dabei hat sich die Vermutung bestätigt, dass bei einer Beschreibung des Zusammenhangs
von Prozess- und Qualitätsparametern in einer Gießerei ein unmittelbarer Zusammenhang
zwischen der Anzahl der verarbeiteten Arten von Prozesskenndaten und der erfassten Anzahl
an Datensätzen besteht. Um Zusammenhänge zwischen ca. 20 Prozessdaten und ca.
10 Qualitätsmerkmalen rechnerisch ermitteln zu können, bedarf es einer langfristigen Ermittlung
und Erfassung von Betriebsdaten.
Übersicht 7-1: Mit Data Engine beschriebene Zusammenhänge zwischen Kombinationen
von Gießerei-Prozessgrößen (WENN) und Gießerei-Qualitätsgrößen (DANN)
>>> WENN Dichte_Schicht_4-9_Min < 0.3 DANN Ges.Einsch = Ges.Einsch:Tief; Stützung
= 25.0000; Evidenz = 0.9600; Anzahl Fehler = 1.0000;
>>> WENN Dichte_Schicht_4-9_Min > 0.3 UND TZ7_Min < 0.096518 UND Dichte_Schicht_1_Mittelwert
< 0.354727 UND DLZ_Schicht_1_Mittelwert < 0.188841 DANN
Ges.Einsch = Ges.Einsch:Mittel; Stützung = 3.0000; Evidenz = 1.0000; Anzahl Fehler =
0.0000;
>>> WENN Dichte_Schicht_4-9_Min > 0.3 UND TZ7_Max < 0.338446 UND TZ7_Min
> 0.096518 UND Dichte_Schicht_1_Mittelwert < 0.354727 UND
DLZ_Schicht_1_Mittelwert < 0.188841 DANN Ges.Einsch = Ges.Einsch:Hoch; Stützung =
9.0000; Evidenz = 1.0000; Anzahl Fehler = 0.0000;
>>> WENN Dichte_Schicht_4-9_Min > 0.3 UND Giesstemp_Mittelwert < 0.807404 UND
TZ7_Max > 0.338446 UND TZ7_Min > 0.096518 UND Dichte_Schicht_1_Mittelwert <
0.354727 UND DLZ_Schicht_1_Mittelwert < 0.188841 DANN Ges.Einsch =
Ges.Einsch:Hoch; Stützung = 2.0000; Evidenz = 1.0000; Anzahl Fehler = 0.0000;
76

Dabei ist eine zu bewältigende Aufgabe, die Bereitstellung eines betriebstauglichen, in Gießereien
heißt das robusten, Systems zur Datenerfassung. Eine andere ist eine intensive
Motivation und ein gründliches Training der Mitarbeiter, die für die Datenerhebung und -
erfassung verantwortlich sind.
Die Entwicklung eines noch höherwertigen Systems zur Prozessdatenanalyse ist eine wichtige
Aufgabe für die Zukunft – eine Aufgabe, die dazu führen soll, zukünftig noch dünnwandigere,
leichtere Gussteile dauerhaft sicher fertigen zu können.
Eine wichtige Voraussetzung, um Prozessdaten einzelnen Qualitätsausprägungen von
Gusstücken individuell zuordnen zu können, ist die individuelle Markierung von Gussteilen.
7.4 Kennzeichnung von Bauteilen
Eine teilspezifische Kennzeichnung von Gussstücken ist die Grundlage einer optimierten
Prozesssteuerung bzw. Prozessreglung. Es wird dadurch möglich, einen Zusammenhang
zwischen der Qualität des einzelnen Gussstücks und den relevanten Fertigungsparametern
herzustellen. Dadurch wird die Prozesssicherheit in einem erheblichen Maße erhöht.
Eines der Motive zur Kennzeichnung ist die Möglichkeit einer gezielten Rückverfolgung bestimmter
Bauteile im Schadensfall, wie z.B. in der Automobilindustrie. Hierbei kann durch
genaue Kennzeichnung der verbauten Teile auf groß angelegte Rückrufaktionen, von der
unter Umständen mehrere Hunderttausend Fahrzeuge involviert, aber nur ein Bruchteil wirklich
betroffen sind, verzichtet werden. Dies spart nicht nur Kosten, sondern verhindert auch
eine Belastung des Images des jeweiligen Kunden.
Motivation der Gießerei zur Kennzeichnung von Gussstücken
Ein wesentlicher Nutzen ist die Prozesssicherheit. Markierungsverfahren und Datenaufnahme
sind der Schlüssel zu erhöhter Prozesssicherheit und für die Reduzierung von Ausschussquoten.
Dabei geht es um die Fähigkeit, den Prozess umfassender zu analysieren, zu
verstehen und ihn mit diesen neuen Kenntnissen zu verbessern. Ein umfassendes Konzept
zur Kennzeichnung von Gussstücken gewährleistet eine durchgängige Teile- und Prozessrückverfolgbarkeit
und – steuerung, sowie die Sicherstellung einer wirtschaftlichen, systematischen
Qualitätsanalyse.
77

Das Ziel der Kennzeichnung ist ein durchgängiges Rückverfolgungskonzept, das schematisch
in Abbildung 7-6 dargestellt wird. Beispielhafte Grundlage hierfür ist die Motorenproduktion
der Volkswagen AG. In der Motorenproduktion wird die Strategie einer eindeutigen
Teilekennzeichnung mit motorbezogener Datenzuordnung und -speicherung verfolgt und
umgesetzt.
Abbildung 7-6:Schematische Darstellung eines durchgängigen Rückverfolgungskonzepts
Durchführung der Gussteilkennzeichnung
Zur Durchführung der Gussteilkennzeichnung wurde bereits erstmalig in 1985 im VDG-
Merkblatt P 701 „Kennzeichnung von Gussteilen“ ein Standart formuliert [KGU 85].
Es ist aber nicht nur die Markierung auf jedes Teil aufzubringen, sondern auch eine gigantische
Datenorganisation zu bewerkstelligen. Riesige Datenmengen sind zu speichern, zu
verwalten und auszuwerten. Die eigentliche Herausforderung liegt darin, die Daten so auszuwerten,
dass diese auf das Wesentliche reduziert werden, aber dennoch der Zusammenhang
zwischen Prozessdaten und einem „Gut-Stück“ und „Ausschuss“ deutlich macht.
78

Für eine erfolgreiche Gussstückkennzeichnung sollten die folgenden Fragestellungen berücksichtigt
werden:
• Wie soll die Kennzeichnung der Gussbauteile durchgeführt werden?
Diese ist möglich:
• direkt durch Kennzeichnung des Bauteils oder
• indirekt durch Kennzeichnung der Form
durch:
• Zahlen, Buchstaben, Symbole und Codes
• Erhebungen oder Vertiefungen auf der Gussteiloberfläche.
Die Kennzeichengröße sollte dem Gusstück angepasst sein und nach Möglichkeit 6 mm
nicht unterschreiten. Wenn Größe und Form des Gussteils eine Kennzeichnung nicht zulassen,
dürfen die Kennzeichen auf dem Behälter oder auf einem an dem Behälter sorgfältig
befestigten Anhängeschild aufgebracht werden.
Das Aufbringen einer Markierung kostet Zeit; ob Prägen oder Ritzen. Die Zeit die zur Verfügung
steht um die Kennzeichnung anzubringen hängt von der jeweiligen Taktrate ab. Neben
dem DataMatrix-Code (ein von Maschinen lesbarer Code ähnlich dem Strichcodeprinzip auf
Verpackungen im Einzelhandel) sollte immer auch eine Kennzeichnung in einer für den
Menschen lesbaren Form z.B. in Klartext angebracht werden. Der DataMatrix-Code (DMC)
bietet eine sehr hohe Informationsdichte bei geringem Platzbedarf und integrierter Fehlerkorrektur.
Diese Art der Markierung kann sowohl im Dauerformguss als auch im Sandguss angewandt
werden.
79

Verfahren und Geräte für das Markieren von Gussstücken
> Chargen weises Markieren von Gussstücken mittels eingegossener Gießuhr
Die eingegossene Gießuhr enthält Schicht und Datum an dem das Bauteil abgegossen wurde.
Seriennummer oder Herstellerzeichen können ggf. hinzugefügt werden. Hierbei ist die
Informationsdichte jedoch sehr gering, so dass die Technik der Kennzeichnung mittels Gießuhr
für eine Einzelteilmarkierung ungeeignet ist.
> Kennzeichnung von Gussstücken mittels Lasermarkierung
Die Lasermarkierung ist ein berührungsloses und permanentes Kennzeichnungsverfahren.
Je nach Material und Eindringtiefe erfolgt die Werkstückkennzeichnung mit bis zu 100 Zeichen/Sekunde.
Die Kennzeichnung mittels Laser kann zum einen direkt auf dem Gussstück
erfolgen, wobei die Markierung von der Anlassverfärbung bis zu einer Tiefe von mehreren
zehntel Millimetern reichen kann. Und zum anderen indirekt durch das Lasern von Kernen
bzw. Form. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass der heraus getrennte Formstoff
durch eine ausreichend dimensionierte Entstaubung möglichst nah am Entstehungsort abgesaugt
wird. Andernfalls könnten Sandrückstände im Formhohlraum verbleiben, die sich wiederum
negativ auf die Gussqualität auswirken.
Die Laserbeschriftung bietet sich bei höheren Fertigungsstückzahlen, gehärteten
Oberflächen und bei nicht zugelassener Krafteinwirkung auf das Werkstück an.
Die Vorteile der Laserkennzeichnung sind die hohe Beschriftungsgeschwindigkeit, hoher
Automatisierungsgrad, lange Lebensdauer sowie der Wegfall jeglicher Krafteinwirkung auf
das Werkstück.
Dem gegenüber stehen die hohen Anschaffungskosten von meist mehreren zehntausend
Euro und die relative Empfindlichkeit gegen äußere Einwirkungen wie Staub und Schmutz.
Zu dem bringt die Lasertechnik noch weitere Problemstellungen mit sich, wie z.B. das komplette
Einhausen des Lasers, Bereitstellung von speziell ausgebildetem Personal für die Betriebssicherheit,
etc.
80

Kennzeichnung von Gussstücken mittels Nadelpräger
Nadelpräger sind elektronisch gesteuerte „Prägeplotter“ zum vertieften Prägen variabler alphanumerischer
Texte mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 Zeichen/Sekunde.
Eine Prägenadel mit Diamant oder Hartmetallspitze wird durch eine Koordinateneinheit in
Form der Schriftzeichen bewegt. Schriftgröße und Schriftlage sind dabei frei programmierbar.
Beim Nadelprägen wird mit Hilfe eines in einer Führung oszillierenden spitzen Schlagkolbens
ein Punktmuster auf die Oberfläche geprägt. Die Prägefrequenz liegt meistens im Bereich
von ca. 250 bis 400 Hz.
Durch die minimale Krafteinwirkung ist selbst das Prägen von fertig bearbeiteten Werkstücken
und Hohlkörpern möglich.
> Kennzeichnung von Gussstücken mittels Ritzpräger
Der Ritzpräger ist ähnlich aufgebaut wie der Nadelpräger – die Beschriftung erfolgt durch ein
Diamant- oder Hartmetall-Ritzwerkzeug. Das Werkzeug ist mittels Motoren in Y oder X Koordinaten
beweglich.
Die häufigste Anwendung des Ritzprägers arbeitet mit einer Diamantnadel, die über einen
Pneumatikzylinder auf das Werkstück gedrückt und dann verfahren wird. Innerhalb des Beschriftungsfeldes
können beliebige Texte, Ziffern, Sonderzeichen und Logos aufgebracht
werden.
> Kennzeichnung von Gussstücken mittels Fräsgravieren
Beim Fräsgravieren wird die gewünschte Beschriftung direkt in die Oberfläche hineingefräst.
Das Werkstück muss hierzu fixiert werden. Das Fräsgravieren ist eine sehr langsame und
Zeitintensive Art des Markierens und ist damit in vielen Anwendungsfällen unwirtschaftlich.
> Kennzeichnung von Gussstücken mittels Tintenstrahldrucker
Der Drucker besteht aus einem Grundgerät und einem separaten Druckkopf. Im Druckkopf
wird kontinuierlich ein Tintenstrahl erzeugt. Zum Erzeugen der Schrift werden einzelne Tropfen
gezielt durch ein elektrisches Feld abgelenkt. Die nicht benutzte Tinte wird abgesaugt
und fließt zurück in den Vorratsbehälter.
81

Das System arbeitet berührungslos und kann fast jede beliebige Stelle beschriften. Allerdings
muss hierzu das Werkstück relativ zum Druckkopf bewegt werden. In Sonderfällen
kann das System auch so angepasst werden, dass sich der Druckkopf relativ zum Gussstück
bewegt.
> Kennzeichnung von Gussstücken durch Labeln bzw. Aufkleber
Vorgefertigte Aufkleber werden per Laserdrucker bzw. Tintenstrahldrucker mit einem entsprechenden
Code (DMC, Barcode oder auch Klartext) versehen und auf das Bauteil geklebt.
Das Anspruchsvolle bei dieser Methode der Gussteilkennzeichnung ist es, einen Klebstoff
auszuwählen, der genau auf die Bedarfsansprüche des jeweiligen Untergrundes bzw. möglichen
Umwelteinflüssen, wie z.B. Lagerung bei tiefen Temperaturen außerhalb beheizter
Räumlichkeiten oder erhöhter Feuchtigkeit zugeschnitten ist. Da in der Praxis nicht immer
gewährleistet werden kann, dass Gussstücke unter Abschluss von UV-Licht (Sonnenlicht)
gelagert werden können, ist unter anderem auch darauf zu achten, dass der Aufdruck auch
unter Einfluss von UV-Licht beständig bleibt.
Die Methode der Kennzeichnung durch Labeln schließt Behandlungen, wie Strahlen oder
Waschen aus.
> Kennzeichnung durch RFID-Transponder
Diese Kennzeichnungsmethode befindet sich noch in der vorindustriellen Testphase und
basiert auf dem Einsatz von passiven Transpondern, bei dem die Daten mittels Radiowellen
übertragen werden. In dem vom Frauenhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte
Materialforschung hergestellten Demonstrator wurde ein Transponder in eine speziell ausgearbeitet
Tasche der Form im Aluminium-Druckgussverfahren vergossen.
Die Herausforderung beim Einbinden von Transpondern in den Gießprozess, ist die entstehende
Wärme durch das eingebrachte Metall, die dazu führt, dass der Transponder ausfällt
bzw. zerstört wird. Um dieses Problem zu umgehen, wird der Transponder in ein spezielles
Epoxidharz eingegossen, und führt zu einer wesentlichen Erhöhung der möglichen Temperaturbelastung.
Der Einsatz von RFID-Transpondern ist z. Zt. noch nicht im industriellen Maßstab erprobt
und aufgrund der hohen Stückkosten relativ kostspielig, doch bringt auch potentielle Vorteile
mit sich. Zum einen wird das Ein- und Auslesen der Daten sehr erleichtert, da die Daten mittels
Radiowellen übertragen werden, und kein direkter Sichtkontakt zum Gussstück notwen-
82

dig ist. Zum anderen ist das Strahlen, Lackieren o. ä. denkbar und es ist theoretisch möglich
ganze Chargen an Gussstücken (Palette oder Gitterbox) auszulesen.
Abbildung 7-7 zeigt ein Beispiel für eine gekennzeichnete Kurbelwelle. Der gelaserte DMC
ist in einer quadratischen Form auf der linken Seite erkennbar. Direkt daneben ist die Kennzeichnung
im Klartext aufgebracht.
Abbildung 7-7: Gelaserter DMC und Klarschrift auf einer fertig bearbeiteten Kurbelwelle
Wo am Gussteil soll die Kennzeichnung angebracht werden?
Aus Gründen der Rückverfolgbarkeit sollten die Identifikationsmerkmale dort angebracht
werden, wo sie durch nachfolgend Bearbeitungsschritte nicht entfernt werden. Die Position
der Kennzeichnung am Bauteil wird in der Zeichnung oder nach Vereinbarung mit dem Auftraggeber
festgelegt.
83

Wie erfolgt die Identifizierung, das Lesen der gekennzeichneten Gussteile?
> Überwachung der Gussteilkennzeichnung
Die Kennzeichnung von Bauteilen stellt ein Qualitätsmerkmal dar und bedarf ständiger
Überwachungen. Wichtige Aspekte, die bei der Überwachung berücksichtigt werden müssen,
sind:
• Art und Lesbarkeit der Markierung
• Überprüfung der korrekten Datenerfassung und -wiedergabe
• Positionierung der Kennzeichnung.
• Merkmale zur Identifizierung von Gussbauteilen
> Zur Identifizierung von Gussbauteilen müssen nachfolgende Daten dauerhaft angebracht
werden:
• Herstellercode oder Zeichen
• Positionsnummer
• Fertigungszeitraum oder Charge
> Das Aufbringen folgender Merkmale als Ergänzung kann vereinbart werden:
• Kundennummer oder -zeichen
• Zeichnungsnummer
• Bauteilnummer (Modellnummer)
• Werkstoff und
• Hinweise zur Verarbeitung und/oder Verwendung
Weitere Merkmale zur internen und/oder externen Abnahme, Rückverfolgbarkeit oder Eingrenzung
bei Reklamationen können Markierungen sein, die einzelne Fertigungsschritte
und/oder Prüfungen kennzeichnen, wie z. B.:
• Prüferzeichen oder -nummer
• Prüfgerätekennzeichnung
Die Kennzeichnung kann grundsätzlich durch Codes verschlüsselt erfolgen.
84

Abbildung 7-8 zeigt die Inhalte des eingesetzten DMC-Codes und dessen Nutzen für die
Rückverfolgung und Prozessteuerung. Zum einen besteht dieser aus dem eindeutigen Zeitstempel,
der das Bauteil unverwechselbar macht, und zum anderen aus spezifischen Daten,
mit denen nachfolgende Prozesse gesteuert werden.
Abbildung 7-8: Daten und ihre Verwendung im DMC
Die Kennzeichnungs- und Einlesevorgänge in den durchlaufenen Produktionsabschnitten
werden schematisch im Abbildung 7-9 am Beispiel der Motorenproduktion der Volkswagen
AG dargestellt.
Abbildung 7-9: Schematische Darstellung der Kennzeichnungs-/Einlesevorgänge
85

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Bauteil- und Prozessrückverfolgung als
übergreifender Prozess zwischen Lieferant und Kunde ein einheitliches, effizientes System
erfordert, das mit dem Rohteil in der Gießerei beginnt und über die mechanische Bearbeitung,
die Montage bis zum Verbau hinaus wirkt. Damit steht ein Tool zur Verfügung, um
Qualitätsstandards und Kundenzufriedenheit nachhaltig zu verbessern [BAE04].
7.5 Gussfehlerdiagnose für höhere Prozessfähigkeit
Nur selten ist die Ursache eines Gussfehlers von vorneherein offensichtlich, z.B. wenn man
weiß, dass ein Speiser vergessen, oder dass eine Form mit Unterbrechung gegossen wurde.
Häufig gestaltet sich die Diagnose schwieriger. Dann muss der gesamte Betrieb in die Betrachtung
einbezogen werden.
Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn neuartige dünnwandigere Leichtbauteile in der
Serienfertigung anlaufen.
Die Diagnose selbst muss methodisch erfolgen, wenn sie kein Zufallsergebnis sein soll. Mit
der der Reihe einzelner Arbeitsschritte wird deutlich gemacht, wo überall Schwierigkeiten
und Schwachstellen in der Diagnosemethodik verborgen sein können.
> Bereich, Gussfehler
• Fehlersammlung und Statistik:
Umschließt die Erfassung der gefundenen Fehler und deren Dokumentation für
betriebliche und verwaltungsmäßige Zwecke.
• Nur wenige Fehler?
In diesem Fall sind keine Fehlerbekämpfungsmaßnahmen notwendig.
• Günstigen Zustand dokumentieren:
Es sind Niveau und Streuung der üblichen Prüfgrößen zu dokumentieren, für seltenere
Untersuchungen sind Proben zu nehmen und in Auftrag zu geben, Werkstoff,
Formstoffen und anderen Hilfsstoffen sind Proben für evtl. spätere Vergleichsuntersuchungen
zu deponieren und zu registrieren (ggf. Austausch veralteter
Proben gegen neue).
• Offensichtliche Fehlerursache erkennbar?
86

Die Ursache bei einer Reihe von Fehlern erkennt der Fachmann sehr schnell; z.B.
Kern fehlt, Modellbeschädigungen, zerschlagene dünnwandige Teile u. a.
In diesem Fall muss natürlich nicht ein langatmiger formalisierter Diagnosegang
durchlaufen werden. Rasche AD HOC-Lösungen sind zweckmäßig.
• AD HOC-Lösung?
Falls bei Gussfehlern die Ursache offensichtlich erkennbar ist, muss entschieden
werden, ob eine AD HOC-Lösung riskiert werden kann.
Falls eine AD HOC-Lösung möglich ist, muss in den Bereich Stellgrößen des Regelkreises
verzweigt werden.
• Probeabguss?
Treten an Probeabgüssen Fehler auf, so muss in jedem Fall eine Diagnose
durchgeführt werden, auch wenn der Probeabguss für den Gesamtbetrieb
nur von geringer wirtschaftlicher Bedeutung ist.
• Schwerpunktanalyse.
Sie dient dazu, wirtschaftlich bedeutsame von wirtschaftlich unbedeutenden Fehlern
zu trennen.
• Ausgeprägte Schwerpunkte?
Falls das Ergebnis der Schwerpunktanalyse keinen eindeutigen Schwerpunkt
ausweist, wird zur Begleitfehleranalyse übergeleitet.
• Begleitfehleranalyse.
Mit Hilfe von Begleitfehler-Listen und/oder statistischen Sonderuntersuchungen
(Untersuchung verschiedener Fehlerarten am selben Stück) werden Begleitfehler
gesucht.
• Schwerpunkt jetzt erkennbar?
Falls die Summe von Begleitfehlern zusammengelegt werden kann, ist möglicherweise
ein Schwer punkt jetzt erkennbar.
• Katastrophaler Fehlerbefall?
Bei besonders starkem Fehlerbefall sind auch
verstärkt diagnostische Maßnahmen erforderlich.
87

• Alarmstufenplan, ggf. externe Hilfe anfordern.
Sowohl bei schwer erkennbaren Schwerpunkten, als auch bei ungewöhnlich starkem
Fehlerbefall sind die Maßnahmen zur Fehlerbekämpfung zu verstärken. Dies
betrifft verstärkten Einsatz von qualifiziertem Personal, ggf. auch externe Hilfe.
• Bedeutsamste Fehlerart auswählen;
Diagnostische und therapeutische Maßnahmen sollen sich um die wirtschaftlich
wichtigsten Fehler kümmern.
• Stückbeteiligungsanalyse;
Feststellung, welche Stücke zur Entstehung einer bestimmten Fehlerart beitragen.
• Nur eine Stückart befallen?
Es kann sich um jeweils nur einen einzelnen Stücktyp handeln oder ggf. auch um
Teilefamilien (z.B. alle Pumpengehäuse).
• Unterschiede zu anderen Stücken feststellen:
Die Unterschiede zwischen befallenen Stücken und nicht befallenen Stücken
erleichtern die Auswahl von in Frage kommenden Einflussgrößen auf die Fehlerentstehung.
• Prüfgrößen zusammenstellen.
Arten von Prüfgrößen:
o Routinekontrollen (z.B. Laborwerte)
o Sonderuntersuchungen
o Sollwertvorgaben für Stellgrößen (z.B. 3 min. Mischzeit)
• Weitere bedeutsame Fehler?
o Fehler, die sich im Häufigkeitsspektrum von der Masse abheben
o Begleitfehler
o Fehler unabhängig von ihrer wirtschaftlichen Bedeutung, wenn sie aus juristischen
Gründen wichtig sind (z.B. Sicherheitsteile, Lieferverpflichtung oder garantierte
Qualitätszusagen).
88

Bereich, Prüfgroßen
• Aktueller Wert der Prüfgröße bekannt?
Aktualität ist nicht gewahrt, wenn
1. zu selten geprüft wird,
2. die zeitliche Zuordnung zur Fehlerentstehung nicht gesichert ist.
• Anweisung für Prüfung bzw. Sonderuntersuchung:
Aktualität kann hergestellt werden durch nachträgliche Untersuchung an gesichertem
Material (z.B. Gussstück selbst, oder zufällig noch vorhandene Hilfsstoffe).
• Soll-Ist - Vergleich der Prüfgröße.
• Abweichende Prüfgröße merken:
Prüfgrößen, die im Soll-Bereich liegen, werden übergangen.
• Weitere Prüfgrößen vorhanden?
Zusätzliche zu den üblich verwendeten?
• Stellgrößen für abweichende Prüfgrößen zusammenstellen:
> Bereich, Stellgrößen
• Weicht die Stellgröße vom üblichen Bereich ab?
Bewusst wurde hier nicht "Soll-Ist - Vergleich" geschrieben. Grund: Stellgrößen
können in bestimmten Bereichen frei variieren. Dennoch gibt es Grenzen, die nicht
plausibel sind.
Beispiel: Ziel; bei Kupolofeneisen hoher Kohlenstoffgehalt. Stellgröße: je nach
Marktlage "weicher" Gussbruch und 25 - 35 % Roheisen.
Wenn zur Erreichung hohen Kohlenstoffgehaltes plötzlich oder allmählich 60%
Roheisen erforderlich sind, hat sich etwas verändert, was über den ursprünglich üblichen
Bereich hinausgeht.
Es gibt sehr wohl Stellgrößen, die in ähnlich klarer Weise einen Soll-Ist - Vergleich
ertragen, wie bestimmte Prüf großen (z.B. Mischzeit beim Kernsandmischen).
89

• Von Stellgröße beeinflusste Prüfgrößen auflisten.
• Von Stellgröße beeinflusste Gussfehler auflisten.
• Unverträgliche Wirkung zu erwarten?
Bisherige Ergebnisse lassen Bewertung zu, ob Stellgröße unerwünschte Wirkung
haben kann.
• Noch Stellgroßen vorhanden?
Falls unverträgliche Wirkung zu erwarten, weitere Stellgrößen abfragen.
• Ist Stellgröße zu verändern?
Es muss geprüft werden, ob es ratsam oder überhaupt möglich ist, die Stellgröße
zu verändern. Es gibt technische Gründe dagegen, z.B. keine andere Wahl wegen
Rohstoffmarkt, oder Abweichung ist nur unbedeutend gegenüber den üblichen Einstellungen
in der Vergangenheit.
• Maßnahme dokumentieren.
Jede Veränderung muss aktenkundig gemacht werden. Nur so können Kontrollen
über Wirksamkeit später nachgewiesen werden.
• Ggf. Prüffrequenz für beeinflusste Prüfgrößen erhöhen. Sofern die Routinekontrolle zur
Überwachung der Wirkung von Maßnahmen nicht ausreicht, müssen entsprechende
Kontrollen zusätzlich veranlasst werden.
• Fehlersammlung ggf. um spezifische Fehler erweitern:
Sofern eine Veränderung einer Stellgröße Auswirkungen auf bestimmte Gussfehler
erwarten lässt, kann die routinemäßige Gussfehlererfassung für die folgenden Tage
in geeigneter Weise verändert werden: Anweisung zur Beobachtung von spezifisch
beschriebenen Fehlererscheinungen.
• Regelkreis mehrfach wirkungslos durchlaufen?
Je nach Wirkungsweise der verschiedenen Stellgrößen müssen Wirkungen mehr
oder weniger schnell auftreten (z.B. Verzögerungen bei allmählichen Anreicherungen
oder Abmagerungen). Wenn eine angemessene Zahl von Regelkreisdurchläufen
überschritten ist, muss die Wirkung von Maßnahmen erneut kritisiert werden.
90

• Sonderuntersuchungen - ggf. mit externen Kräften.
Wenn Regelkreis mehrfach wirkungslos durchlaufen oder wenn keine wirksame
Stellgröße entdeckt werden konnte, sind gesonderte Maßnahmen erforderlich, vorrangig
Begleitfehleranalyse.
• Ggf. Qualitätsaudit.
Sofern bisher alle Maßnahmen ergebnislos verlaufen sind, müssen grundsätzliche
Überlegungen zur allgemeinen Qualitätsüberwachung angestellt werden.
• Ggf. Korrektur des Diagnoseverfahrens.
Ggf. sind Korrekturen des gesamten Diagnosesystems erforderlich (z.B. wenn sich
die Theorie über eine Fehlerentstehung grundsätzlich geändert hat).
8 Hohe Maßgenauigkeit als Voraussetzung für gegossene Leichtbau-
Komponenten
Die Verminderung von Wanddicken in Gießereien hängt davon, ob die Maßgenauigkeit
in der Gussteilfertigung gesteigert werden kann:
Bei der Gusskonstruktion wird berücksichtigt, ob Maßungenauigkeiten in einer
Fertigung auftreten können. Die Höhe von Sicherheitszuschlägen hängt von der
Streuung der Qualitätskennwerte ab. Je höher die Streuungen oder je größer
auftretende Abweichungen von der angestrebten Geometrie eines gegossenen
Bauteils sind, je größer werden in der Konstruktionsphase die Wanddicken definiert.
Je stabiler der Fertigungsprozess in einer Gießerei ist, umso höher ist die Fähigkeit
Gussteile mit noch geringeren Wanddicken fertigen zu können.
Im Folgenden werden Strategien und Handlungshilfen für die Herstellung noch dünnwandigerer
Gussteile empfohlen.
8.1 Maßhaltigkeit von handgeformten Gussstücken
Abweichungen vom Sollmaß führen zu vermeidbar höherem Gewicht der Gussstücke.
91

Außerdem zwingen die Kosten für spanende Bearbeitung, der Einsatz von NC-Maschinen,
der Trend zu engeren Toleranzen sowie der Wettbewerb gegenüber der Schweißtechnik,
die Maßhaltigkeit von Gussstücken zu verbessern.
> Ursachen für Maßabweichungen am Gussstück
Maßabweichungen am Gussstück werden verursacht durch:
• Ungenaue Maße oder Verzug am Modell.
• Ungenaue Maße oder Verzug am Kernkasten.
• Zu kleine Kernmarken am Kern.
• Verzogene Modellplatten und Aufstampfböden
(auch maßgenaue Modelle verziehen sich hierdurch)
Gemessen: 10 mm Verzug auf 1,5 m 2 Fläche!
Bereits realisiert für Guss mit engen Toleranzen:
0,2 mm Unebenheit auf 1 m 2 -Fläche.
• Verzogene oder zu wenig steife Formkästen (verändern die Form im Hebezeug, beim
Verklammern oder auf dem Gießbett).
• Abgeriebene Kernmarken (sind oft ein Zeichen für Verzug von Modelleinrichtung oder
Form).
• Zu schlecht verdichtete Form (treibt).
• Seitlich nachgiebige Formkästen (federn nach dem Entfernen des Modells zurück und
geben dem Gießdruck nach).
• Zu wenig steife Scheren (6 mm Durchbiegung des Oberkastens beim Gießen auf 1,5 m
Länge gemessen!).
• Unzureichende Verklammerung (führt zu Gratbildung und Übermaß durch Anheben
des Ober-Kastens).
• Zu schwaches Beschweren sowie unzureichenden Kontakt zwischen Form und Beschwereisen
• Hohles, nachgiebiges oder ungleichmäßig verdichtetes Gießbett(Durchbiegung der Form
nach unten).
Zweckmäßige, d.h. vor allem gleichmäßige Herstellungsbedingungen führen auch zu geringeren
Streuungen der Stückgewichte. Deshalb unbedingt Gussstücke einzeln wiegen und
Gewichte in Qualitätsregelkarten (früher: Kontrollkarten) registrieren. Abweichungen vom
gewohnten Gewichtsniveau signalisieren nachgiebige Formen, noch oft, bevor sich unverkäuflicher
Ausschuss einstellt.
92

Ursachen unzureichender Maßhaltigkeit sind gleichzeitig bedeutende Ursachen überhöhten
Putzaufwandes (Grate, Metallauswüchse und Sandeinschlüsse).
Eine Übersicht über die Einflussgrößen auf die Maßhaltigkeit von handgeformten Gussteilen
zeigt Abbildung 8-1.
8.2 Vermeidung von Maßabweichungen bei Kernen
Veränderungen von Kernabmessungen können zu Unterschieden in der Gussstückwanddicke
und zu Vergeudung von Rohmaterial führen. Dies kann bei kritischen Teilen Gussfehler
oder Ausschuss verursachen.
>> Ursachen für Veränderungen von Kernmaßen
Die Kernabmessungen im ausgehärteten Zustand können sich aus folgenden Gründen verändern:
• ungenaues oder unwirksames Verklammern der Kernkästen
• unangemessene Überwachung der Fertigung
• Änderungen des Kernbindemittel-Typs oder der Zusammensetzung
• Unterschiede in der Verdichtung
• Schwierigkeit beim Entkernen oder
• Zusammensacken des Kernes nach dem Entkernen
Außerdem können Verformungen entstehen, wenn sich die Form mit Gießmetall füllt.
>> Empfehlung für sachgerechtes Arbeiten
Verdichtung
Kerne sind gleichmäßig und gut zu verdichten. Ein mangelhaft verdichteter Kern kann wegen
zu geringer Festigkeit zerstört werden.
• Versichern Sie sich bei der Handverdichtung, dass alle Stellen im Kernkasten sorgfältig
verdichtet sind.
• Versichern Sie sich bei geschossenen Kernen, dass die Einrichtung ordnungsgemäß
instand gehalten ist, halten Sie den Schießdruck unter Kontrolle und stellen angemesse-
93

ne Entlüftung sicher. Setzen Sie den Kernkasten nötigenfalls instand.
Entkernen
Kerne haben schlechten Oberflächenzustand und Maßabweichungen, wenn sie schwer aus
dem Kernkasten zu entnehmen sind oder wenn der Kernkasten stark gerüttelt werden muss,
um sie freizugeben. Nachstehende Maßnahmen sollen das Entkernen erleichtern.
Halten Sie die Arbeitsfläche des Kernkastens in einem guten und sauberen Zustand.
Verwenden Sie Gleitmittel nach der Empfehlung der Bindemittel-Lieferanten.
Stellen Sie sicher, dass bei kalthärtenden Kernen der Kernkasten und der gemischte Sand
auf gleichmäßiger Temperatur von 20 - 25°C sind.
Kontrollieren Sie streng den Zeitpunkt für das Entkernen. Wenn die Zeit zu kurz ist, sind die
Kerne nicht hinreichend gehärtet und Kernstoffreste können im Kernkasten hängen bleiben.
Wenn die Zeit zu lang ist, können die Kerne Im Kernkasten festsitzen. Einmal festgelegt, sind
die Zeiten für das Entkernen strikt unter Kontrolle zu halten.
Maßliche Änderungen beim Härten
Beim Aushärten schrumpfen chemisch gebundene Sande in der Größenordnung von 0,1 %
linear. Diese Änderung ist nur klein, aber wenn der Entkernungszeitpunkt zu spät ist,
schrumpft der Kern auf das Modell, das Entfernen wird schwierig. Unterschiedliche Binder
haben unterschiedliche Schwindung.
Durchbiegung beim Gießen
Kerne können sich unter der kombinierten Wirkung von Hitze und ferrostatischen Druck
verwerfen, wenn der Formhohlraum mit flüssigem Metall gefüllt wird.
Folgende Maßnahmen vermindern die Durchbiegung von Kernen bei hoher Temperatur:
• Stellen Sie sicher, dass die Kerne vollständig ausgehärtet sind.
• Verwenden Sie Kerneisen oder Kernstützen, um Durchbiegen zu verhindern.
• Stellen Sie sicher, dass die Kerne sachgerecht in die Form eingefügt
sind.
• Wenden Sie bei Maskenkernen größere Maskendicke an.
94

8.3 Verzug und andere Deformationen von plattenförmigen Gussteilen
Deformationen von Gussteilen sind auf vielfältige Ursachen zurückzuführen, die in folgenden
Bereichen liegen können:
>> Modellbau und -zustand
• unstabile Modelle oder unstabile Modellplatten
• deformiertes Modell oder deformierte Modellplatte
• Spalt in der Formteilung
>> Formanlage, Formen
• instabiler Pressholm
• ungenügende Verdichtung
• Modelldurchbiegung beim Formen
• Spalte in der Form
• Schwindungsbehinderung durch Kerne und Formballen
>> Formkasten
• zu geringe Steifigkeit des Formkastens
• schwache Kastenschoren
• nachgebende, durchgebogene Klammern und Zapfen
>> Beschweren
• ungenügendes Abfangen von Auftriebskräften
• ungleichmäßiges Beschweren der Formen
• beschweren der Form am Kastenrand
• zu frühes Abheben von Beschwereisen
>> Ausleeren
• zu früh ausgeleert
>> Putzen
• zu hohe Strahlenergie bei dünnwandigen Gussstücken
>> Metallurgie
• ungünstige, zu großer Schwindung führende Metallzusammensetzung
95

Bearbeitung
• unsachgerechtes Spannen bei Bearbeitung
• einseitige Überhitzung z.B. beim Schnellfräsen
• zu geringe Wanddicke im Spannbereich
>> Nachbehandlung
• unsachgemäße Wärmbehandlung (zu schnelles Aufheizen bzw. Abkühlen
Gefügeumwandlungen)
• zu starke Aufheizung bei der Oberflächenbehandlung (Nitrieren oder Verzinken)
• Spannungsaufbau durch Schweißen
>> Gusskonstruktion
• ungünstige, zu Spannungen führende Verrippung
• sprunghafte Wanddickenunterschiede
8.4 Deformation dünnwandiger Gussteile beim Strahlen
Die Kaltverformung, von den Strahlmittel- und Strahlanlagen-Herstellern als "Verdichtung"
der Gussoberfläche bezeichnet, ist in erster Linie von der Aufprallkraft des einzelnen Strahlkorns
abhängig, d.h. von Korngröße und Strahlgeschwindigkeit. Der Einfluss der Strahlzeit
spielt eine untergeordnete Rolle, weil die für das Putzen notwendige Strahlzeit fast immer
wesentlich größer ausfällt als die relativ kurze Zeit für die Stauchung der Oberflächenzone.
Die Gussoberfläche wird schon vor dem gänzlichen Abtragen der Verunreinigungen verformt:
Die üblichen Strahlzeiten liegen zwischen 3 und 10 min; eine wesentliche Verformung erfolgt
häufig schon nach 0,5 min.
Der Putzbedarf, d.h. die zu beseitigenden Anhaftungen bestimmen die Strahlzeit, die andererseits
von der Aufprallkraft des Strahlkorns abhängig ist.
Um Verzug bei dünnwandigem Guss zu vermeiden, muss in den meisten Fällen die Aufprallkraft
des einzelnen Korns soweit gesenkt werden, dass unabhängig von der Strahlzeit keine
bedeutende Verfestigung und Verformung der Gussoberfläche stattfindet.
Abhilfemaßnahmen gegen Verzug durch eine Kaltverfestigung bestehen im Herabsetzen der
Strahlkorngröße und/oder der Strahlgeschwindigkeit:
96

Ein kleineres Strahlkorn kann nur dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn für die übrige
Gusspalette die reduzierte Strahlleistung und die damit verbundenen längeren Strahlzeiten
akzeptabel sind. In den meisten Fällen ist das Gegenteil, d.h. eine durch größeres Strahlkorn
erhöhte Strahlleistung erstrebenswert. Der wahlfreie Einsatz unterschiedlicher, an das jeweilige
Gussstück angepasster Korngrößen, ist nur mit außerordentlichem Aufwand möglich.
Das Herabsetzen der Strahlgeschwindigkeit für dünnwandige Gussstücke ist optimal, jedoch
heute noch fast immer mit einem Umbau des Schleuderräder-Antriebs verbunden. Zu empfehlen
ist eine variable, mittels Frequenzumwandler einstellbare Strahlgeschwindigkeit, was
schon bei der Planung der Strahlanlage berücksichtigt werden sollte. Der Grund für unzureichende
Strahlleistungen vieler Strahlanlagen liegt im Fehlen einstellbarer Strahlgeschwindigkeiten.
Man wählt bei der Anlagenplanung kleinere Korngrößen und kleinere Strahlgeschwindigkeiten,
um auch empfindlichen Guss ohne Deformationen strahlen zu können.
Dieser unnötige Kompromiss reduziert die optimale Strahlleistung für robusten Guss und
schließt Deformationen empfindlichen Gusses nicht aus, weil die Aufprallkraft des Strahlkorns
für empfindlichen Guss in den meisten Fällen immer noch zu groß ist. (Zu Umbaukosten
des Schleuderrad-Antriebs und zum notwendigen Einstellbereich der Strahlgeschwindkeit.
In einem Fall gelang es durch Wenden des Gussstücks in der Strahl-Halbzeit, größeren Verzug
zu verhindern. Die Schleuderräder der Hängebahnanlage waren auf einer Seite der Anlage
placiert, die gefährdete Stelle des Gussstücks war von beiden Seiten für das Strahlkorn
gleichermaßen gut zugänglich, gestrahlt wurde im rotierendem Strahlkorb Dmr. 1300 mm.
Durch diese Maßnahme konnte die Durchbiegung von 3,7 auf 0,5 mm reduziert werden, das
Richten war nicht mehr notwendig.
97

Maßabweichungen am Gusstück Maßabweichungen bei Kernen
Verzogene Modellplatten
und Aufstampfböden
Verzogene bzw. zu wenig
steife Formkästen
Zu kleine Kernmarken am Kern
Ungenaue Maße oder Verzug
am Modell bzw. Kernkasten
Ungleichmäßiges beschweren der Form
Unstabile Modelle bzw. Modellplatten
Modelldurchbiegung beim Formen
Deformiertes Modell od. Platten
Ungenügende Verdichtung
Spalt in der Formteilung
Instabiler Pressholm
Verzug und andere Deformationen
von plattenförmigen Bauteilen
Maßhaltigkeit von handgeformten Gussstücken
Abgeriebene Kernmarken
Schlecht verdichtete Form
Zu wenig steife Scheren
Unzureichende Verklammerung
Unzureichende Beschwerung
Spalte in der Form
Schwindungsbehinderung
durch Kerne und Formballen
Zu geringe Steifigkeit des
Formkastens
Schwache Kastenschoren
Durchgebogene Klammern
Zu frühes Abheben von
Beschwereisen
Inhomogene
Verdichtung
Schwierigkeiten
beim Entkernen
Zusammensack
en des Kerns
Deformation dünnwandiger
Gussteile beim Strahlen
Abbildung 8-1: Einflussgrößen auf die Maßhaltigkeit von handgeformten Gusstücken
98
Ungenaues bzw. unwirksames
Verklammern von Kernkästen
Unangemessene
Überwachung der Fertigung
Strahlkörner haben eine zu
hohe Geschwindigkeit
Zu lang gewählte Strahlzeit
Zu hohe Strahlkorngröße
Änderung des Kernbindemittels od.
Zusammensetzung

9 Gefährdungsanalyse in Gießereien
Bei der Durchführung von Gefährdungsanalysen in Arbeitsbereichen in Gießereien werden
systematisch und umfassend alle potentiellen Gefährdungen ermittelt und Maßnahmen zum
Gesundheits- und Arbeitsschutz werden definiert und umgesetzt.
Die Durchführung von Gefährdungsanalysen ist im Arbeitsschutzgesetz vorgeschrieben.
Eine empfehlenswerte Anleitung für Eisen- und Stahlgießereien, die in weiten Bereichen
auch unmittelbar für Nichteisenmetallgießereien nutzbar ist, hat die Vereinigung der Metall-
Berufsgenossenschaften erstellt und herausgegeben (Abbildung 9-1).
Abbildung 9-1: Anleitung für die Durchführung von Gefährdungsbeurteilungen in Gießereien
Seitens des Instituts für Gießereitechnik gGmbH sind Hilfsmittel zur Anwendung der Handlungsanleitung
der Metall-BGen entwickelt worden.
Abbildung 9-2 und Abbildung 9-3 zeigen Arbeitsblätter, mit denen eine Gefährdungsbeurteilung
in einer Gießerei in allen Arbeitsbereichen einer Gießerei und mit Einbeziehen aller
Arbeitsplatzfaktoren und Gefährdungen durchgeführt werden kann.
99

Gefährdungsbeurteilung - arbeitsbereichsbezogen
Betriebsinterne Nr.: BBG-
Unternehmen:
Betriebsart: Gießerei
Arbeitsbereich Sandaufbereitung
Gefährdungs-/
Belastungsschlüssel: 3.3
Gefährdungs-/
Belastungsfaktor: Aerosole
Arbeitsplatz Sandaufbereitung
Teilgefährdung/Teilbelastung: Staub
Handlungsbedarf: Ja. Starke Staubbelastung im gesamten Bereich.
………………………………………………………………………….
Beratung: Nein
Rang .
Schutzziel normiert: .
Schutzziel sonstiges: Insbesondere Langzeitschäden verhindern.
Beschreibung des Schutzzieles: Lungenschädigung vermeiden.
………………………………………………………………………….
Maßnahme technisch: .
Maßnahme organisatorisch: .
Maßnahme personenbezogen: Ja
Beschreibung der Maßnahme: P: PSA (Staubschutzmasken) zur Verfügung stellen. Regelmäßige
Vorsorgeuntersuchungen. Regelmäßige Sicherheitsunterweisungen.
……………………………………………………………………………
Maßnahme abgearbeitet: .
Zyklus der Maßnahme: .
Prüfer für Wirkungskontrolle: .
Termin der Wirkungskontrolle: .
Wirkungskontrolle abgearbeitet: .
Zyklus der Wirkungskontrolle: .
Ist die Maßnahme wirksam?: .
Sonstiges: .
Erfasst durch: IfG gGmbH, Düsseldorf: Team Helber/Lindhauer
Erfasst am: 12./13.11.2007
Abbildung 9-2: Arbeitsblatt für eine Gefährdungsanalyse – Beispiel: Sandaufbereitung
und Aerosole
100

Gefährdungsbeurteilung - arbeitsbereichsbezogen
Betriebsinterne Nr.: BBG-
Unternehmen:
Betriebsart: Gießerei
Arbeitsbereich Sandaufbereitung
Gefährdungs-/
Belastungsschlüssel: 1.1
Gefährdungs-/
Belastungsfaktor: ungeschützt bewegte Maschinenteile
Arbeitsplatz Sandaufbereitung
Teilgefährdung/Teilbelastung: Insbes. Einziehen an den Bandenden
Handlungsbedarf: Ja. Die meisten Bandenden sind ungeschützt.
Beratung: Evtl. wegen Bauausführung
Rang .
Schutzziel normiert: .
Schutzziel sonstiges: Verletzungsgefahr vermeiden
Beschreibung des Schutzzieles:
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
Maßnahme technisch: Ja.
Maßnahme organisatorisch: .
Maßnahme personenbezogen: .
Beschreibung der Maßnahme: Abdeckungen aus Gitterblech o. ä. anbringen.
Maßnahme abgearbeitet: Nein
Zyklus der Maßnahme: .
Prüfer für Wirkungskontrolle: .
Termin der Wirkungskontrolle: .
Wirkungskontrolle abgearbeitet: .
Zyklus der Wirkungskontrolle: .
Ist die Maßnahme wirksam?: .
Sonstiges: .
Erfasst durch: IfG gGmbH, Düsseldorf: Team Helber/Lindhauer
Erfasst am: 12./13...2007
Abbildung 9-3: Arbeitsblatt für eine Gefährdungsanalyse – Beispiel: Sandaufbereitung
und Maschinenteile
101

10 Analyse von Unfallursachen und Unfallvermeidung in Gießereien
Im Vergleich mit anderen Industriezweigen ist die Unfallhäufigkeit in Gießereien vergleichsweise
hoch. Statistischen Angaben hierzu werden von den Berufsgenossenschaften bereitgestellt.
Für die Analyse von Unfallursachen und die Ergreifung von präventiven Maßnahmen zur
Unfallvermeidung liefern diese statistischen Daten wenig. Es bedarf einer systematischen
Erfassung und Auswertung von Betriebsdaten einer Gießerei, um Unfallgefahren und Risikoschwerpunkte
zu ermitteln. Anschließend können geeignete Arbeitsschutzmaßnahmen definiert
und umgesetzt werden.
Unfallaufnahme und Untersuchungen
Die Unfallaufnahme sollte möglichst unmittelbar nach Eintritt des Unfallereignisses
durchgeführt werden.
Betriebliche Unfalluntersuchungen sind als Grundlage für weitere Auswertungen mit großer
Sorgfalt vorzunehmen. Sie dienen u. a. den Zwecken:
• Ursachen und Umstände, die zu einem Unfallereignis führten, zu erkennen (Gefährdungsermittlung).
• das Schutzziel neu festzulegen und die sich hieraus ergebenden Maßnahmen zu
planen und durchzuführen.
• der Datensammlung für betriebliche und überbetriebliche Unfallstatistiken zur Ermittlung
und Analyse von Schwerpunkten. Die Unfalluntersuchung soll grundsätzlich
durch den betrieblichen Vorgesetzten zusammen mit dem Sicherheitsbeauftragten
(früher Unfallvertrauensmann) und dem Betriebsrat erfolgen.
Statistische Darstellung von Unfallereignissen
Die Statistik ist eine Hilfswissenschaft, die Methoden für die Sammlung, Aufbereitung, Analyse
und Interpretation von Daten bereithält.
Jede Unfallursachenstatistik soll gezielte Sicherheitsmaßnahmen auslösen. Eine Unfall-
Folgenstatistik zeigt Maßnahmen auf, wie Schäden verhindert oder zumindest vermindert
werden können. Schon die einfache Darstellung der Unfallhäufigkeit vermittelt erste Aufschlüsse
über Arbeitssicherheitsmängel.
102

Grundlagen und Datenerfassung
Wird die Unfallzahl auf eine festliegende Größe bezogen, so ergibt sich bereits eine Unfallhäufigkeit.
Größen, die das Unfallgeschehen und somit die Häufigkeit beeinflussen, sind:
- Zeitraum (Monat, Jahr)
- Belegschaftsstärke (1000-Mann-Quote pro Monat oder Jahr)
- Geleistete Arbeitsstunden (1 Mio. Std. pro Monat oder Jahr)
Für eine statistische Betrachtung führt die Einbeziehung der tatsächlich geleisteten Arbeitsstunden
zu einer besonders geeigneten Vergleichskenngröße.
Zur Datenerfassung dient der Vordruck nach Abbildung 10-1. Darin sind die wichtigsten
Gießereiabteilungen aufgeführt. Einzufügende Freizeilen erlauben weitere Differenzierungen.
Ebenso können durch Eintragungen in Summenfelder oder mit Hilfe von Klammern Werte
zusammengefasst werden.
103

Abbildung 10-1: Formular zur Datenerfassung zur Unfallstatistik
104

Unfallhäufigkeitsstatistik
Abbildung 10-2 zeigt die Unfallstatistik für eine Anzahl Gießereien und macht den Schwerpunkt
des Unfallgeschehens in den verschiedenen Betriebsabteilungen deutlich. Diese Darstellung
weist Ansatzpunkte für eine Unfallursachenermittlung auf. Zudem besteht die Möglichkeit
eines anonymen Vergleichs mittels Firmenschlüsselnummern zwischen verschiedenen
Unternehmen.
Es sind Konzepte in der Entwicklung zukünftig auch sogenannte Beinaheunfälle zu erfassen
und für die Entwicklung präventiver Maßnahmen nutzbar zu machen.
Abbildung 10-2: Vergleich der Unfallhäufigkeit nach Betriebsabteilungen
>> Analyse der Unfallfolgen
Die Unfallhäufigkeitsstatistik zeigt die Unterschiede bezogen auf die Zeiteinheit und/oder die
verfahrenen Arbeitsstunden und ermöglicht, gezielte Fragen nach der Verletzungsart und
dem verletzten Körperteil - also den Unfallfolgen - zu stellen.
Statistiken über verletzte Körperteile (Kopf, Augen, Arm, Hand, Finger, Oberkörper, Unterkörper,
Beine, Füße, Zehen) für ganze Unternehmen oder gar Branchen sind mehr oder weniger
wertlos. Es ist vielmehr erforderlich, die verletzten Körperteile statistisch nach gleichartigen
Arbeitsplätzen oder überschaubaren Betriebsbereichen zu betrachten. Hieraus ergeben
sich Hinweise auf
• Fehler an Anlagen, Maschinen und Einrichtungen,
• fehlende, defekte oder unvollständige Schutzvorrichtungen,
• Mängel bei der Arbeitsplatzgestaltung,
105

• erforderliche bzw. zu verbessernde Körperschutzmaßnahmen etc.
Die Analyse der verletzten Körperteile ist nur in Verbindung mit dem Wissen über die Verletzungsarten
aussagefähig (Abbildung 10-3). Dazu gehören auch Angaben zur Dauer der
Arbeitsunfähigkeit.
106

Abbildung 10-3: Formular 2 zur Datenerfassung zur Unfallstatistik
Hiernach sind Schutzziele zu bestimmen und die erforderlichen Maßnahmen einzuleiten
[UIG79].
107

11 Energieeffiziente Gussproduktion
Gießereien sind prozessbedingt (Schmelzen von Metall) vergleichsweise energieintensive
Betriebe. Nach derzeitigen Erfahrungen gehen wir davon aus, dass ein großes Potential an
technischen und organisatorischen Maßnahmen vorhanden, aber noch nicht erschlossen
sind.
Im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren, mit denen metallische Bauteile gefertigt werden,
hat das Gießen allerdings auch deutliche Vorteile und Potentiale hinsichtlich des Materialeinsatzes
und der Energieeffizienz:
• Gussteile werden endkonturnah gefertigt - d. h. eine vergleichsweise geringe Bearbeitung
und Abtragung von Material ist notwendig, um die Endkontur des Bauteiles
zu erreichen.
• Die hinsichtlich Werkstoffwahl und Design außerordentlich vielfältigen Möglichkeiten
des Gießens erlauben es, Bauteile hinsichtlich Materialeinsatz und Energieeffizienz
für jeden Anwendungsfall zu optimieren. Mit komplexen, teilweise nach bionischen
Konstruktionsprinzipien gestalteten Bauteilen können diese in höchstem Maße anwendungs-
und anforderungsgerecht als Leichtbaukonstruktionen gefertigt werden.
Die Fertigung derartiger Leichtbaukonstruktionen ist aber sowohl bei der Fertigung
der Bauteile als auch bei deren Verwendung – beispielsweise als Automobilbauteile –
material- und energieökonomisch.
• Die besonders hohe Gestaltungsfreiheit beim Bauteildesign ermöglicht es außerdem,
nahezu jede noch so komplizierte Geometrie als Bauteil zu realisieren. Dies ermöglicht,
neuartige gegossene Bauteile herzustellen, die mehrere Funktionen erfüllen und
mehrere zuvor verwendete Bauteile ersetzen – dies trägt ebenfalls zur Erhöhung von
Material- und Energieeffizienz bei.
Leichtbau- und funktionsintegrierte gegossene Bauteile ermöglichen Materialeinsparungen –
d. h. weniger Material für die Herstellung eines Bauteils ist energieintensiv zu schmelzen und
bei der Verwendung des Gussteils, beispielsweise im PKW, führt die Gewichtseinsparung zu
einem geringerem Kraftstoffverbrauch eines PKW (oder anderen Fahrzeuges).
Die Ansätze zu gegossenen Leichbaukonstruktionen liegen
� im Guss-Design, beispielsweise nach bionischen Prinzipien,
� in einer höheren Prozessfähigkeit beim Fertigungsverfahren Gießen, was ermöglicht,
geringere Toleranzen und geringere Wanddicken, d. h. masseärmere, Gussteile prozesssicher
zu fertigen,
108

� in einer innovativen Werkstoffwahl, beispielsweise kann man Bauteile gießen, bei denen
innerhalb eines Gusswerkstoffes verschiedenartige, den ortspezifischen Anforderungen
angepasste Werkstoffeigenschaften erreicht werden (Gradientenguss).
Ziel im Verbundvorhaben LeiKom ist es gewesen, diese Ansätze zu umsetzbaren betrieblichen
Maßen zu entwickeln. Eine ausführliche Darstellung enthält der LeiKom-Band „Produkt“.
Tafel 11-1 zeigt die Ergebnisse aus Erhebungen zur Energieeffizienz in mehreren Eisengießereien.
Die unterschiedlichen Fertigungstechniken und unterschiedliche Grade der Energieeffizienz
führen zu deutlich unterschiedlichen Energieverbräuchen.
Tafel 11-1: Energieverbräuche in Eisengießereien (rot: markante Werte)
Abbildung 11-1 zeigt eine Methode und Form der Darstellung, die sich bei Analysen in Gießereien
zur Bewertung der Energieeffizienz und zur Erschließung von Potentialen zur Verbesserung
der Energieeffizienz bewährt hat.
109

Abbildung 11-1: Analyse der Energieströme in einer Gießerei
Eine Handlungsanleitung zur systematischen Bewertung und Verbesserung der Energieeffizienz
in einer Gießerei – mit einer Checkliste, mit einem Katalog mit Maßnahmen zur Erhöhung
Energieeffizienz und mit Empfehlungen für ein Energiemanagement in einer Gießerei
ist im Folgenden ausführlich dargestellt.
Übersicht 11-1: Handlungsanleitung zur Steigerung der Energieeffizienz
Allgemeine Überprüfung des Betriebes anhand einer Checkliste
>> Allgemeines
• Energieverbrauch erfassen und überwachen.
• Leistungs-Maximum für elektrische Energie und Gas überwachen und steuern
(Spitzen abschneiden).
>> Nutzung der bezahlten Leistung:
• Benutzungsstunden verbessern.
• Strom- und Gasverträge überprüfen, mit anderen vergleichen; Starklastzeitenregelung
nutzen.
• Bei Gas leistungsfreien Bezug durch 'unterbrechbaren' Vertrag prüfen.
110

• Spezifische Verbrauchsdaten erfassen und vergleichen (Verbrauchsunterschiede über
mehrere Jahre überprüfen).
• Energiebilanzen einzelner Anlagen und ganzer Produktionszweige erstellen, um daraus
Energieverluste zu ermitteln bzw. Schwerpunkte für Sparmaßnahmen festzulegen.
• An Wochenenden Funktion der Heizungsabsenkung und der Anordnungen zum Abschalten
der Energieverbraucher überprüfen.
• Energiekosten einschl. Druckluft und Wasser verbrauchsabhängig der verursachenden
Betriebsabteilung berechnen.
• Im Betrieb 'Energiebeauftragte' zur Verfolgung eines rationellen Energieverbrauchs
einsetzen.
>> Elektrische Energie
• Nutzung von verbilligtem Wärme- und Nachtstrom (Schmelzen in der Nachtzeit,
Warmhalten am Tage).
• Blindstromkompensation möglichst beim Verbraucher.
• Überdimensionierung von Elektroantrieben vermeiden.
• Leerlaufverluste von Trafos vermeiden.
• Installierte Lichtleistung prüfen bzw. anpassen.
• Dämmerungsschalter einsetzen.
• Beleuchtung in geeigneten Gruppen abschaltbar machen.
• Wahl der wirtschaftlichsten Beleuchtungskörper (Leuchtstofflampen, Hochdruckdampflampen).
• Fenster reinigen. Hallen und Anlagen lichtfreundlich streichen.
• Antriebe in den Pausen möglichst abschalten (besonders bei Entstaubungen wegen
gleichzeitigem Abzug geheizter Luft im Winter).
• Notstromaggregate zur Leistungsspitzenregelung einsetzen
• Automatische Abschaltuhren einbauen.
>> Wärme
• Temperaturregelung über Thermostat mit Nacht- und Wochenendabsenkung und
Frostschutzsicherung, Thermostatventile in Büros.
• Wahl der richtigen Kesselgröße und des Standortes (Teillastbetrieb vermeiden).
111

• Regelmäßige Kesselreinigung und Brennerüberprüfung (Rußzahl, CO, Abgastemperatur,
Kesselwirkungsgrad) verschmutzte Kesselflächen ergeben Minderleistung bis
30 %. verschmutzte Brenner ergeben Minderleistung bis 20 %.
• Gegebenenfalls Kessel und Brenner erneuern.
• Einsatz bivalenter Brenner (Gas/Öl) zur Verbesserung der Benutzungsstunden - Vorsicht:
Betriebssicherheit geht vor.
• Spezifischen Wärmeverbrauch pro beheizte Fläche oder Raumvolumen ermitteln und
vergleichen (Abhängigkeit von den Gradtagen, d.h. Tage x (20°C - effektive Tagesdurchschnittstemperatur)
berücksichtigen).
• Bei Dampfheizung Kondensat zurückführen.
• Einzelplatzheizung vor Hallenheizung.
• Einsatz von Strahlungsheizung prüfen.
• Kontrollierte Lüftung und Ersatz von abgesaugter Luft,
• Einbau von Torschleusen.
• Prüfung der Möglichkeit, gereinigte Abluft in Hallen zurückzuführen.
• Isolation von Leitungen und Gebäuden (mögliche Schwitzwasserbildung beachten).
• Verbraucher mit niedrigerem Temperaturniveau getrennt versorgen.
• Soweit möglich ganze Leitungsstränge abstellen und Einzelverbraucher im Sommer
und in der Übergangszeit getrennt versorgen, um Leitungsverluste zu verringern.
• Sozialräume und Verbraucher von Warmwasser an wenigen Stellen zusammenfassen
und möglichst dicht an den Wärmeerzeuger legen (Sommerverbraucher mit kurzen
Leitungen).
>> Wasser
• Trinkwassereinsatz in der Produktion vermeiden.
• Trinkwasser nicht zum Kühlen von Getränken verwenden (Kühlschränke).
• Abwassergebühr entfällt, wenn das verbrauchte Wasser nicht in den öffentlichen Kanal
abgeleitet wird (Eingang in das Produkt und Verdampfung), zusätzlich Verhandlung
mit Abwasserentsorger.
• Kühlwasser im Kreislauf nutzen.
• Wasserkühlung bei kleinen Anlagen durch Luftkühlung ersetzen.
• Kühlung temperaturabhängig steuern und in Betriebspausen abstellen.
• Mehrfachnutzung des Wassers prüfen (Werkskläranlage).
112

Druckluft
• Abgabemengen messen und verbrauchsbezogen die Abteilungen mit den Kosten belasten.
• Erfassung und Beseitigung von Leckagen (Leckrate im Stillstand oder im laufenden
Betrieb mit Ultraschall-Lecksuchgerät überprüfen).
• Kompressoren nachts und am Wochenende abstellen (evtl. kleinen Kompressor vor
Ort einsetzen).
• Optimalen Betriebsdruck für bestimmte Arbeitsaufgaben festlegen und einstellen.
• Für Blaspistolen Düsen hinsichtlich Druck und Lärm mit günstigstem Bohrungsdurchmesser
wählen.
• Richtige Dimensionierung der Kompressoren und Anpassung an schwankenden
Verbrauch (mehrere Einheiten).
• Einsatz von Druckluft soweit wie möglich vermeiden bzw. durch Hochfrequenz ersetzen
oder Lüfter einsetzen.
• Druckluft nicht zum Kühlen und Reinigen verwenden.
• Verwendung der Abwärme aus Kompressoren prüfen.
>> Gebäude
• Flächen-Raum-Verhältnis optimieren.
• Sozialräume, Büros etc. über Fertigungsstätten einrichten.
• Hallenhöhe optimal auslegen und nutzen.
• Tore mit Schleusen versehen.
• Getrennte Personentüren einbauen (Servicetore).
• Häufig befahrene Tore mit automatischer Steuerung ausrüsten.
• Luftschleier nur dort, wo unvermeidbar und dann mit Kaltluft (wichtig ist richtige
Auslegung).
• Im Sommer geöffnete Hallenfenster und Oberlichter im Winter schließen.
• Dächer und ggf. Wände isolieren.
• Fenster mit Isolierverglasung, bei Industrieverglasung z.B. doppelschalige Acryl-
Lichtplatten verwenden (sind gleichzeitig schlagfest).
>> Fertigungseinrichtungen
• Überprüfen der Verfahren hinsichtlich Energieträger und Verbrauch unter Berücksichtigung
der Gesamtkosten und Qualität.
• Entstaubungsanlagen nicht überdimensionieren.
113

• Abzug der beheizten Raumluft mindern durch geeignete Absaughauben (Punktabsaugung)
und bei Entstaubungen Teilstromrückführung in die Anlage als Trägerluft.
• Bei Wärmebehandlungsöfen Ofenfüllung verbessern. Betriebspausen verringern.
• Ofenisolierung optimal auslegen.
• Verbrennungsluftvorwärmung oder Einsatz von Rekubrennern.
• Abwärme aus Abgas und Kühlwasser nutzen.
• Pfannenfeuer mit modernen Hochdruckbrennern ausrüsten (Verbrennungsluftvorwärmung
oder Rekubrenner).
• Pfannen abdecken (z. B. in Aluminiumgießereien bringt das Abdecken von Warmhalteöfen
rd. 12 %, bei Schmelzöfen rd. 3 % Energieeinsparung).
• Pfanneneinsatz optimieren und Stillstandzeiten vermeiden.
• Pfannentrocknungs- und Vorwärmzeiten vorgeben.
• Hilfsanlagen elektrisch mit der Hauptanlage verriegeln, um Weiterlaufen in Pausen
zu verhindern.
• Fertigungsfluss optimieren; Überstunden an wenigen Arbeitsplätzen vermeiden.
• Materialeinsatz verbessern (Formkastenausnutzung und Ausbringen optimieren).
• Hydraulikanlagen mit auf den jeweiligen Anwendungsbereich abgestimmten Druck-
Systemen wählen und mit Regelpumpen ausrüsten; zu hohe Betriebsdrucke machen
Investitionskosteneinsparungen durch höhere Energiekosten zunichte.
• Heizeinrichtungen über Zeitschaltuhren und Thermostate schalten.
• Gebläse für regelbaren Luftbedarf (z.B. Kupolofenwind) auch mit drehzahlgeregeltem
Antrieb ausrüsten.
• Fahrzeugeinsatz optimieren, Transportwege stets freihalten.
• Bei Transportfahrzeugen Fahrzeiten über Stundenzähler überwachen (Nutzungsgrad
prüfen).
• Bei Dieselfahrzeugen kleinere Düsen einsetzen und Einstellung regelmäßig kontrollieren,
Erstellung von Energieanalysen und –bilanzen
>> Zweck
• Ermittlung von Schwerpunkten.
• Schaffung von Unterlagen, anhand derer eine langfristige Überwachung von
Verbrauch und Kosten möglich ist, aber auch zur Kontrolle des Erfolgs von Maßnahmen.
• Aufstellung eines Energiesparprogramms mit konkreten Zielvorgaben.
114

Durchführung
• Analyse des Ist-Zustandes.
• Erfassung und Auswertung des Energieverbrauchs von Heizungsanlagen (als Beispiel
siehe Beiblatt "Monatsbericht Heizenergie"), Produktionsanlagen, Fertigungsbereichen,
Produktgruppen usw.
• Erstellen von Energiebilanzen
• Bewertung des Verbrauchs durch Vergleiche einzelner Monatswerte (z. B. Sommer/Winter)
bzw. mit bekannten Werten aus anderen Fertigungen. Bei Vergleichen
stets auf ähnliche Betriebszustände und gleiche Einzelkostenerfassung achten.
• Energiebilanzen periodisch graphisch darstellen, um Trends beobachten zu können.
• Erarbeitung von Einzelmaßnahmen mit Investitionskosten und Abschätzung der Einsparungen.
Motivation der Belegschaft zur Vermeidung von Energievergeudung und zur Durchsetzung
eines Sparprogramms
>> Psychologische und organisatorische Grundlagen
• Energiesparen bedeutet Verzicht, z.B. auf Gewohnheiten, Kornfort, Prestige usw.
• Privates Sparverhalten ist im Betrieb oft vergessen (Trittbrettfahrerphänomen ist ein
Hindernis zum Sparen im Betrieb),
• Zwang in allen möglichen Formen lässt sich nicht vermeiden, wird aber akzeptiert,
wenn nach entsprechender Aufklärung die Notwendigkeit erkannt wird; ein Zustand
der Selbstverwirklichung muss erreicht werden.
• Vorrangiges Ziel muss die Vermeidung unnötigen und unzweckmäßigen Energieverbrauchs
und erst in zweiter Linie die Einführung sparsamerer Technologien sein.
>> Mittel und Wege zur Motivation
• Information über Verbrauch und Kosten möglichst mit Vergleichen zum besser verstandenen
Privatbereich.
• Information über Werkszeitschrift, Betriebsversammlung, Meister- und Vorarbeitergespräch.
• Einsetzen von Betriebsbeauftragten für Energie.
• Vorbildliches Energiesparen durch die Vorgesetzten.
• Sonderaktion im Verbesserungsvorschlagswesen (ggf. mit Sonderprämien).
• Information und Ansprache über Plakate und Aufkleber.
115

• Vorgaben zur Energieeinsparung für einzelne Bereiche machen und über Ergebnis
informieren.
Erstellung und Durchführung eines Energiesparprogramms
>> Chef des Unternehmens
• setzt das Sparziel, gibt es bekannt und erklärt warum
• nennt organisatorische und personelle Maßnahmen
• zeigt laufend Interesse
• bekommt laufend Berichte
• gibt Ergebnisse bekannt - würdigt Erfolg
• setzt die Befugnisse fest für den Chef des Programms
>> Chef des Programms
• schafft die Unterlagen zur Einführung des Programms in organisatorischer Sicht (Arbeitsplan,
Zeitplan. Berichtswesen, Kontrollen)
• in fachlicher Sicht (eigenes Fachpersonal, Berater, Ingenieurbüros)
• in psychologischer Sicht (Motivierung, Anreize, Schulung)
motiviert Mitarbeiter, lässt Mitarbeiter ausbilden,
holt Vorschläge ein, lässt sie prüfen und bewerten,
entscheidet über Ausführung, setzt Prioritäten,
kontrolliert Erfolg [EEG85]
12 Prozessintegrierter Umweltschutz
Mit dem Fertigungsverfahren „Gießen“ ist ein nahezu vollständiges Metall-Recycling möglich
und als endkonturnahes Fertigungsverfahren ist es vergleichsweise energiesparend. Jedoch
steigen die Anforderungen des Umweltschutzes stetig weiter: Nachbarschaft und Umfeld von
Gießereien erwarten eine weitere Reduzierung der Emissionen und die Verknappung von
Deponieraum fordert noch intensiveres Recycling.
Als vor einiger Zeit deutlich geworden ist, dass „klassische“ Umweltschutzmaßnahmen, wie
Abluftreinigung, die gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen können, ist der „Integrierte
Umweltschutz“ zur Strategie geworden. Es sind Maßnahmen entwickelt und erprobt worden,
die negative Umweltauswirkungen an der Quelle verhindern.
116

Die Fertigungsprozesse und Einsatzstoffe müssen so gestaltet werden, dass Emissionen gar
nicht entstehen oder möglichst minimiert werden. Umweltunverträgliche Stoffe sollten durch
umweltverträgliche Stoffe substituiert werden. Durch effizientere Produktion sollten Energieund
Materialverbrauch reduziert werden.
Dabei sollte die Wirkung von Produkten auf die Umwelt in die Betrachtung als produktintegrierter
Umweltschutz mit einbezogen werden. Der gesamte Lebenszyklus eines Produktes ist
zu betrachten: Emissionen und Abfälle bei der Rohstoffgewinnung, der Herstellung, dem
Gebrauch und der Entsorgung.
Die Gießereiindustrie betrachtet den integrierten Umweltschutz als strategisches Ziel.
Die strategische Richtung, Umweltschutz in den Fertigungsprozess oder in die Produkte/Gussteile
zu integrieren, wurde dankenswerterweise vom Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) und dem Projektträger DLR „Umweltforschung und –technik“ mit
dem Förderprogramm „Integrierter Umweltschutz in der Gießereiindustrie“ maßgeblich unterstützt.
Die Titel der Verbundvorhaben sind in Tabelle 18 zusammengestellt. In diesen Verbundvorhaben
sind modellhaft und für die Umweltaufgaben der Gießereien mit höchstem Handlungsbedarf
betriebliche Maßnahmen erarbeitet worden.
117

Tafel 12-1: Themen des BMBF-Programms „Integrierter Umweltschutz in der Gießereiindustrie“
Die Ergebnisse aus dem Programm „Integrierter Umweltschutz in der Gießereiindustrie“, hier
am Beispiel der Minderung von Geruchsemissionen durch neuartige verbesserte Kernbindemittel,
sind auch in technische Standards, wie VDI-Richtlinie 4075, aufgenommen worden
(Abbildung 12-1).
118

Geruchseinheiten je m 3
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
Frühere Kernbindemittel
Neuere Kernbindemittel
5 30
Zeit nach Abguss (min)
60
Abbildung 12-1: Minderung von Geruchsemissionen einer Eisengießerei durch neue
Kernbindemittel
Aus einzelnen modellhaft entwickelten prozessintegrierten Maßnahmen ist ein System zur
Bewertung (Abbildung 12-2 und Abbildung 12-3) und zur Vorgehensweise entwickelt worden.
Abbildung 12-2: Mehrdimensionale Bewertung von betrieblichen prozessintegrierten
Maßnahmen
119

Abbildung 12-3: Systematische Bewertung von ökologischen Größen bei prozessintegrierten
Maßnahmen
Eine ausführliche Darstellung der prozessintegrierten und der nachgeschalteten Maßnahmen
des betrieblichen Umweltschutzes in Gießereien mit Hinweisen auf technisch-wirtschaftliche
Rahmenbedingungen gibt die umfassende Darstellung zu den Best Verfügbaren Techniken
in Gießereien (Abbildung 12-4) mit einem Umfang von rund 400 Seiten und zahlreichen
Quellen.
Dieser Ausarbeitung zu Grunde liegen Arbeiten vieler europäischer Institute und Unternehmen.
Abbildung 12-4: Beschreibung der Best Verfügbaren Techniken in Gießereien für eine
umweltverträgliche Produktion [PIU 05]
120

13 Instandhaltung in Gießereien
Ziele und Aufgaben der Instandhaltung
Die Instandhaltung umfasst die Gesamtheit der Maßnahmen, die zur Bewahrung und Wiederherstellung
des Sollzustandes des Betriebsmittels sowie zur Festlegung und Beurteilung
des Ist-Zustandes von technischen Mitteln eines Systems erforderlich sind (Abbildung
13-1).
Abbildung 13-1: Die Aufgabengebiete der Instandhaltung
Unter Wartung sind alle Maßnahmen zur Bewahrung des Sollzustandes von technischen
Mitteln eines Systems zu verstehen. Der Begriff der Inspektion vertritt alle Tätigkeiten, die
zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes dienen. Die Instandsetzung schließlich
beschäftigt sich geplant oder ausfallbedingt mit der Wiederherstellung des Sollzustandes von
technischen Mitteln (Abbildung 13-2).
121

Abbildung 13-2: Instandhaltung zur Wiederherstellung des Soll-Zustandes
Aufgabe und Ablauf der Instandhaltung
Damit ist zu unterscheiden zwischen den eigentlichen Aufgaben der Instandhaltung und den
Aufgaben, die betriebsabhängig meist zusätzlich wahrgenommen werden. Es lassen sich
allgemeine Unterziele für die Instandhaltung ableiten:
• Sicherstellen einer hohen Maschinen-, bzw. Anlagenverfügbarkeit
• Verhinderung von Produktionsausfällen
• Verlängerung der Lebensdauer
• Frühes Erkennen von sich anbahnenden Schäden, damit Verhinderung von größeren
Folgeschäden
• Schwachstellenerkennung
• Vermeidung von Unfallrisiken
• Erhöhung der Arbeits- und Anlagensicherheit
• Vermeidung von Umweltbelastungen oder Schäden.
122

Heute sind in den Gießereien vorwiegend drei Organisationsformen anzutreffen:
• Zentrale Organisationsstruktur: Hier sind die disziplinarische und fachliche Verantwortung
aller Instandhaltungsaktivitäten in einer Hand.
• Dezentrale Organisationsstruktur: In dieser Form heißt das, dass das Instandhaltungspersonal
dem Anlagenbetreiber fachlich und disziplinarisch zugeordnet ist.
• Integrierte Instandhaltung: Bei dieser Organisationsform nimmt das Instandhaltungspersonal
sowohl instandhalterische wie auch produktive Aufgaben wahr.
Weitere Mischformen als Kombination der drei Organisationsstrukturen sind
gebräuchlich, aber sehr stark auf die jeweilige Anlagen- und Betriebssituation
ausgerichtet. Die Tendenzen gehen im Sinn von „lean" eindeutig in Richtung auf die
integrierten Organisationsformen, Wie später noch gezeigt wird, wird teilweise in
Maschinenbaubetrieben schon die „absolute" Integration dadurch angestrebt, indem
die Produktionsmitarbeiter mögliche Instandhaltungsarbeiten selbst ausführen.
Abbildung 13-3 zeigt die zukünftig zu bewältigenden Aufgaben der Produktionsmitarbeiter:
Abbildung 13-3: Aufgabenintegration bei Gruppenarbeit in der Produktion
123

Physikalische Einordnung der „Instandhaltung" im Unternehmen
Aus rein theoretischen Ansätzen ergeben sich grundsätzlich drei verschiedene Unterbringungsvarianten
der Instandhaltung auf einem Firmengelände, die im Abbildung 13-4 dargestellt
sind:
Abbildung 13-4: Unterbringung der Instandhaltung in der Firma
Mögliche Lagen von Instandhaltungsbetrieben
Aus diesen Betrachtungen lassen sich eindeutig Vorteile zunächst für eine
zentral liegende Instandhaltungswerkstatt ableiten. Die Vorteile liegen zunächst „nur"
im Bereich der unproduktiven Wegezeiten der Instandhaltungsmitarbeiter. Diese
Zeit- und Wegevorteile erhöhen sich weiter bei der Aufteilung der zentralen Einheit
in mehrere kleinere dezentrale Instandhaltungsbereiche. Wie bereits erwähnt
werden neuere „Lean-Überlegungen" auch aus anderen Gründen zu diesen kleinen
Instandhaltungsgruppen „vor Ort" führen.
124

Mögliche Instandhaltungsstrategien
In der Praxis sind mehrere grundlegende Strategien der Instandhaltung anzutreffen. Sie beginnen
beim „Nichtstun" (die Anlagen werden solange betrieben, bis ein Reparaturfall eintritt)
und enden bei einer planmäßigen Wartung, planmäßiger Inspektion und planmäßiger Instandsetzung,
so dass eine störungsbedingte Instandsetzung vermieden werden soll.
Die in Gießereien anzutreffenden Strategien zur Instandhaltung sind in zehn von fünfzehn
untersuchten Gießereien ausfallbedingt (Tafel 13-1). Weitere vier Gießereien betreiben Instandhaltung
nach vorausberechneten Zeitintervallen. Nur eine der untersuchten fünfzehn
betreibt vorbeugende Instandhaltung.
Tafel 13-1: Instandhaltungsstrategien bei fünfzehn automatischen Formanlagen
125

Generelle Instandhaltungsstrategie
Durch zielgerichtete Auswahlkriterien gilt es, die optimale Strategie der Instandhaltungstaktik
für jedes Unternehmen neu zu bestimmen im Hinblick auf eine optimale Nutzung der Betriebseinrichtungen.
Nicht zuletzt, aber spätestens nach einer Entscheidung für eine bestimmte
(höhere) Instandhaltungsstrategie muss die Frage nach der „geplanten Instandhaltung"
oder nach der Arbeitsvorbereitung in der Instandhaltung aufgegriffen werden.
Arbeitsvorbereitung in der Instandhaltung
Der Dienstleister „Instandhaltung" soll von seiner Zielsetzung her so rationell wie möglich
arbeiten. Die Aufgabenstellung und das Ziel einer Arbeitsvorbereitung ist es, mit Planung
und Steuerung zu gewährleisten, dass wirtschaftliche und humane Arbeitsmethoden in der
Instandhaltung angewendet und nicht notwendige Arbeiten vermieden werden. Dabei ist
selbstverständlich die Arbeitssicherheit zu gewährleisten und Umweltbelastungen sind zu
vermeiden. Es gibt Erkenntnisse, danach ist die Haupttätigkeit der Instandhalter in Betrieben
nach einer Multimomentaufnahme nur ca. 51%. Die Effektivität dieser Instandhaltungsbetriebe
wurde durch den Aufbau einer Arbeitsvorbereitung im Minimum auf ca. 65%, im Maximum
auf ca. 71% Haupttätigkeiten verbessert.
Die Effizienzsteigerung in der Instandhaltung hat, wie eingangs bereits aufgezeigt, enorme
wirtschaftliche Bedeutung für ein Unternehmen. Durch Einführen von planmäßigem Handeln
wird diese Effizienzsteigerung erkennbar durch:
>> Erfolgskriterien:
• Sicherstellen der Standzeiten von Maschinen und Anlagen, bzw. Erhöhen
der Standzeiten
• Minimieren der störungsbedingten Stillstandszeiten
• verbesserte Qualität der Produktion
• niedrigere Kosten
• weniger Umweltbelastungen
• geringere Unfallzahlen
>> Erreicht werden kann dies durch:
• technische Festlegung der Arbeit
126

• Materialplanung und Disposition
• Optimierung des Arbeitsablaufes
• Information aller Beteiligten (von Produktion bis Einkauf)
• Festlegen des entsprechenden Arbeitschutzes
Neben einer funktionierenden Planung ist die anschließende Steuerung der
Tätigkeiten in der Instandhaltung von hervorzuhebender Bedeutung. Der zu
treibende Aufwand hängt naturgemäß von der Größe des Unternehmens ab. Mit der
Steuerung sollen folgende Punkte erreicht werden:
• Realisieren der vorgegebenen Solldaten
• Einhalten der Termine
• Auslasten der Kapazitäten
• Senken der Kosten
>> Als Hilfsmittel dienen dabei:
• termingerechte Bereitstellung von Menschen, Betriebsmitteln, Material und
allen sonstigen Eingaben (z. B. Informationen)
• rechtzeitiges Veranlassen, Überwachen und Sichern der vorgeplanten Aufgaben.
• Absprachen mit allen Beteiligten, insbesondere der Produktion
Die systematische Planung der Aufgaben der Instandhaltung führt zum nächsten
Untersuchungspunkt, der Entscheidung „Make or Buy".
„Make or Buy" von Instandhaltungsleistungen
Wichtig aber ist die exakte Vorgabe für den externen Dienstleister (Abbildung 13-5) die
exakte Planung und Beschreibung der auszuführenden Tätigkeiten.
Ein weiterer wichtiger Punkt liegt in einer zuverlässigen Kostenaussage über bestimmte,
anfallende Tätigkeiten der eigenen Instandhalter. Nur auf der Basis der Kostentransparenz.
bei exakt vorgegebenem Arbeitsinhalt lässt sich ein Kostenvergleich „intern- extern ermit-
127

teln. Aber auch hier sind wir in der primären Aufgabenstellung einer Arbeitsvorbereitung in
der Instandhaltung.
Der letzte, aber nicht unwesentliche Aspekt, der bei Fremdvergabe von Instandhaltungsleistungen
beachtet werden sollte, liegt in der terminlichen Durchführung der Arbeiten. Ist eine
schnelle, pünktliche Erledigung der Arbeiten durch den Anbieter gewährleistet, so steht der
Vergabe prinzipiell nichts mehr im Wege. Ein „Notdienst“ eigenen Instandhalter wird dennoch
kaum zu umgehen sein.
Doch Achtung, werden Teile der Instandhaltungsleistungen fremd vergeben, so tauchen
auch schon die ersten juristischen Stolperfallen auf! Sobald ein eigener Mitarbeiter (Vorgesetzter)
einem Mitarbeiter einer beauftragten Fremdfirma unmittelbar Weisungen erteilt, sei
es auch noch so richtig, werden die Grenzen des Auftragsrechtes überschritten, und rein
juristisch handelt es sich dann um Arbeitnehmerüberlassung mit allen Konsequenzen. Dies
ist oftmals den Betroffenen gar nicht klar.
128

Abbildung 13-5: Anlässe für die Wahl zwischen Eigen- und Fremdinstandhaltung
Kostentreiber in der Instandhaltung - Ansätze zur Beseitigung
Wenn von Kostentreibern die Rede ist, muss begonnen werden zunächst festzustellen, welches
überhaupt die „normalen Kosten“ sind. Dazu bietet das VDI-Merkblatt [VDI06] „Bildung
von Kennzahlen für die Instandhaltung“ direkte Hilfestellung. Neben den eigentlichen Definitionen
der Kennzahlen wird ein methodischer Weg aufgezeigt, um zu diesen Kennzahlen zu
gelangen, der im folgenden Flussdiagramm dargestellt ist (Abbildung 13-6).
129

Abbildung 13-6: Entscheidungsdiagramm zur Auswahl und Bildung von Kennzahlen
Mit diesen „herkömmlichen" Methoden des Vergleichens von Kennzahlen lassen sich sehr
leicht zunächst Kostentrends aufzeigen oder eine Fremdvergabe steuern. Bedeutungsvoll
ist aber das Sammeln von Daten, das auch bei anderer Vorgehensweise (in Richtung
„lean") an Bedeutung gewinnt.
130

Die eigentlichen Kostentreiber liegen jedoch verborgen „hinter" der Qualität der Instandhaltungsoperationen:
angefacht durch das Denken in „Lean-Prozessen" zeigt sich auch in der
Instandhaltung, dass sehr viel mehr erreicht werden kann, wenn die Menschen, die Instandhalter
mit einbezogen werden in das, was sie tun sollen.
Dann werden plötzlich
• verkrustete Aufbauorganisationen
• veraltete Arbeitsmethoden
• mangelnde Produktivität des einzelnen Mitarbeiters
• mangelnde Arbeitsplatzgestaltung
• schleppende Auftragsabwicklung und
• der fehlende Wille zur grundlegenden Veränderung aufgebrochen, und alle
Mitarbeiter gehen gemeinsam einen neuen Weg.
Die Integration von bisher externen Arbeitsaufgaben in Gruppen von Produktionsmitarbeitem,
lässt auch die Überlegung zu, Instandhaltungsaufgaben in diesen Bereich zurück zu
delegieren. Der Vorteil im organisatorischen Bereich liegt auf der Hand; der Instandhalter
braucht nicht gerufen zu werden, sondern ist vor Ort. Er kennt seine Anlage, weiß um die
verschiedenen Gefahrenpunkte. Er kennt Zusammenhänge mit anderen Produktionsstätten
und kann so die Folgen besser abschätzen. Es entsteht bei der Integration der Instandhaltungsaufgaben
in das Produktionsteam eine Aufgabenanreicherung, die letztendlich weiter in
Richtung Selbstkontrolle und Selbstorganisation der Gruppe führt. Doch ohne Vorbereitung
fassen sich die Aufgaben nicht direkt übertragen.
Zur Vorbereitung eines solchen Vorhabens müssen zunächst Daten erhoben und ausgewertet
werden, mit dem Ziel die „übertragbaren Instandhaltungsaufgaben" aufzudecken. Eine
wichtige Voraussetzung ist, dass Produktion und Instandhaltung kooperativ zusammenarbeiten.
Das Fachwissen und das Problembewusstsein müssen zusammenfließen. Keiner darf
dem anderen eine Falle stellen wollen, denn die gibt es genügend.
Die Basis für alle Entscheidungen bildet eine Klassifizierung der Tätigkeiten, die bisher
von der Instandhaltungsgruppe ausgeführt wurden. Dabei darf nicht nur nach den Tätigkeiten
unterschieden werden, sondern die zu übertragenden Aufgaben sollten eine gewisse
Wiederholungsfrequenz aufweisen, damit durch „dauernde Übung" auch das übertragene
Wissen vertieft wird. In Diskussionsrunden wird im nächsten Schritt gemeinsam
festgelegt, welche Tätigkeiten:
131

• komplett übertragbar sind, d.h. direkt durch das Bedienpersonal ausgeführt werden
können (nach entsprechender Anlernphase), zusammen (Instandhaltung und Produktion)
durchgeführt werden können, mit dem Ziel, langfristig auch diese Arbeiten von
der Produktion zu übernehmen,
• überhaupt nicht durch die Produktionsmitarbeiter ausgeführt werden
können, da Spezialwissen erforderlich ist oder Vorschriften (z.B. der UW)
dem entgegenstehen.
In der Praxis gibt es noch Fälle, die eine Übernahme der Instandhaltungstätigkeiten
durch die Produktion ermöglichen würden, wenn technische Änderungen an Anlagen
oder Einrichtungen vorgenommen würden. Hier ist eine Kosten-Nutzen-Analyse über die
entsprechenden Arbeiten auszuführen bevor eine endgültige Aussage über den Verbleib
der Arbeiten getroffen werden kann.
Bevor die Instandhaltung weitestgehend auf die Produktionsgruppen übertragen werden
kann, muss sicherlich eine weitere Qualifizierung der Mitarbeiter in dieser Richtung erfolgen.
Eine vollständige Übertragung aller Tätigkeiten der Instandhaltung wird wohl nicht
stattfinden, wohl eine Personalkostenreduzierung.
Sicher wird in den nächsten Jahren eine Veränderung im Bereich der Instandhaltung einsetzen,
wie sie bereits im produktiven Bereich stattfindet. Auch die Instandhaltung wird sich
„lean" ausrichten müssen. Wie diese Entwicklung aussieht, lässt sich nur aus Sicht des einzelnen
Unternehmens sagen.
132

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