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Technische Mitteilungen ThyssenKrupp Dezember 2000 

TK

02 

Impressum 

Herausgeber 

ThyssenKrupp AG 

Zentralbereich Technik 

August-Thyssen-Straße 1 

40211 Düsseldorf 

Postfach 10 10 10 

40001 Düsseldorf 

Telefon 0211/8 24-3 62 91 

Telefax 0211/8 24-3 62 85 

Erscheinungsweise 

„forum – Technische Mitteilungen 

ThyssenKrupp“ erscheint 

ein- bis zweimal jährlich 

in deutscher und 

englischer Sprache. 

Nachdruck nur mit 

Genehmigung des 

Herausgebers. 

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einzelner Aufsätze 

ist erlaubt. 

Der Versand des 


ThyssenKrupp“ 

erfolgt über eine 

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Hilfe der automatisierten 

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geführt wird. 

ISSN 1438-5635 

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ThyssenKrupp 2/2000 

Titelbild 

Intelligente Fertigungsverfahren – das 

Leitthema der vorliegenden Ausgabe von 


ThyssenKrupp“ – sind heute in modernen 

Produktionen unverzichtbar. Sie sind die 

Voraussetzung für Kostenreduzierungen 

sowie für die Optimierung der Produkteigenschaften 

und der -qualität. 

Der im Titelbild gezeigte Hilfsrahmen für 

Automobile ist ein Beispiel für den Einsatz 

eines intelligenten Produktionsverfahrens, 

hier das Innen-Hochdruck-Umformen 

(IHU). Durch eine gezielte Querschnittsverteilung 

besitzt das IHU-Bauteil bessere 

Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften. 

Die Möglichkeit zur komplexen Formgebung 

führt zu einer optimalen Nutzung des 

vorhandenen Bauraums, der Entfall separater 

Versteifungsbleche und Schweißflansche 

zu einer Gewichtsreduzierung. Die 

Integration mehrerer Verfahren wie Umformen, 

Fügen und Lochen in einen Arbeitsgang 

verkürzt die Stückzeiten und damit 

die Produktionskosten. 

Dieses Beispiel steht für eine Vielzahl 

von Entwicklungen und Anwendungen 

intelligenter Fertigungsverfahren in unseren 

Konzernunternehmen, von denen 

wir Ihnen eine kleine Auswahl in diesem 

Heft präsentieren.

03 

Vorwort 

Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Schulz, Vorsitzender des Vorstands der ThyssenKrupp AG 

Liebe Leserinnen, liebe Leser, 

globale Zusammenhänge, innovative Verfahrensprozesse, 

Automations- und Rationalisierungseffekte, 

Kostenreduktionen und 

Qualitätsverbesserungen bestimmen heute 

die Fertigungstechnologien im ThyssenKrupp 

Konzern. Dabei verstehen wir Fertigung als 

Teil einer Kette, die vom Produktdesign 

über die eigentliche Herstellung bis zu 

flexibel ausgelegten Logistik- und 

Montagekonzepten reicht. In diesem 

Themenheft berichten wir über anspruchsvolle 

Fertigungstechniken des Konzerns. 

Neue Verfahren für die Herstellung endabmessungsnaher 

Stähle, wie das Gießwalzen 

von Qualitäts-Flachstählen und das Bandgießen 

von nichtrostenden Stählen, 

revolutionieren bisherige Technologien. 

Bei diesen modernen Verfahren wird in nur 

wenigen Prozessschritten ein marktgerechtes 

Produkt erreicht. Die Materialdurchlaufzeiten 

zwischen Stahlwerk und Kaltwalzwerk 

werden wesentlich verkürzt, die 

Investitions- und Betriebskosten deutlich 

verringert. 

Die ganzheitliche Betrachtung des Herstellungsprozesses 

führte zu einem neuen 

Warmschmiedeprozess für Fahrwerkskomponenten 

von Erdbewegungsmaschinen, 

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der nicht mehr wettbewerbsfähige Fertigungstechniken 

substituiert. 

Neue Methoden zur Qualitätssteigerung 

von Produkten und Baugruppen sind integraler 

Baustein in einer hochmodernen 

Fertigung. So wird in der Fertigung von 

SMC (Sheet-Molded-Composite)-Bauteilen 

für die Automobilindustrie das so genannte 

Six-Sigma-Verfahren als eine Methode zur 

Effizienzsteigerung erfolgreich eingesetzt. 

Die Kombination von Laserstrahlschneiden 

und -schweißen erhöht in unserem Schiffbau 

die Produktivität in der Paneelvorfertigung. 

Modular und flexibel ausgelegte Montagekonzepte 

ermöglichen die Herstellung von 

Lenksäulen für die Automobilindustrie in 

hohen Stückzahlen. 

Das sind nur einige Beispiele intelligenter 

Fertigungsverfahren aus dem ThyssenKrupp 

Konzern. Sie zeigen Lösungen auf, die 

den selbstgestellten Anspruch auf Technologieführerschaft 

untermauern und zur 

Diskussion anregen. 

Ekkehard Schulz 

Prof. Dr.-Ing. 

Ekkehard Schulz, 

Vorsitzender des 

Vorstands der 

ThyssenKrupp AG

04 

Inhalt 

Dr.-Ing. Claus Hendricks, Vorstand Technik 1, 

Dr.-Ing. Wolfgang Rasim, Hauptbereichsleiter 

Gießwalzanlage (GWA), 

Dipl.-Ing. Horst Janssen, Bereichsleiter 

Anlagentechnik GWA, 

Dipl.-Ing. Helmut Schnitzer, Bereichsl. Gießen GWA, 

Dr.-Ing. Eberhard Sowka, Bereichsleiter 

Prozesstechnik/Qualität GWA, 

Dipl.-Ing. Pino Tesé, Bereichsleiter Walzen GWA, 

Thyssen Krupp Stahl AG, Duisburg 

Seite 7 

Inbetriebnahme und bisherige 

Erfahrungen mit der Gießwalzanlage 

der ThyssenKrupp Stahl AG 

Am 02. April 1999 nahm die Thyssen 

Krupp Stahl AG ihre neue Gießwalzanlage 

pünktlich in Betrieb. Seitdem wurden bis 

Ende August 2000 rd. 1,1 Mio t Warmband 

erzeugt. Die Produktion im August 

2000 belief sich auf rd. 133.000 t. 

Die Unterschiede zu anderen CSP-Anlagen 

werden erläutert. Ein Rotorhaspel 

mit Kompaktkühlstrecke ist zusätzlich 

installiert worden. 

Endkapazität und Stand der Hochlaufphase 

werden ebenso beschrieben wie 

erzeugtes Gütenspektrum und erzielte 

Abmessungen. 

Es werden die gleichmäßige Temperaturverteilung 

der Bramme und des Warmbandes 

gezeigt sowie die sehr guten 

Toleranzeigenschaften der erzeugten Coils. 

Das Banddickenquerprofil bleibt innerhalb 

einer Toleranz von +/- 10 µm, die Dickenabweichung 

in der Bandmitte ist in der 

Hauptbandlänge besser als +/- 0,03 mm, 

und in der Breite ist die halbe übliche 

Warmband-Toleranz einhaltbar. Den guten 

Temperaturverhältnissen entsprechend ist 

das Gefüge des Warmbandes über Bandlänge 

und -breite ebenfalls sehr gleichmäßig. 

Die Oberflächenqualität des CSP-Bandes 

liegt auf dem Niveau guten konventionellen 

Warmbandes, ohne bereits jetzt die 

Spitzenanforderung von Automobil-Außenhautteilen 

zu erreichen. Die vorhandenen 

Oberflächenfehler sind im wesentlichen 

Schalen, insbesondere bei Anfahrbrammen 

und unregelmäßigem Gießverlauf. 

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Dipl.-Ing. Eike Schmilinsky, 

Leiter Umschmelzbetrieb, 

Krupp VDM GmbH, Unna 

Dipl.-Ing. Harald Scholz, 

Entwicklungsingenieur Verfahrens- und Anlagenentwicklung 

Vakuum-Metallurgie, 

ALD Vacuum Technologies GmbH, Erlensee 

Seite 14 

Hochreine Nickelbasislegierungen 

durch Elektro-Schlacke- 

Umschmelzverfahren 

Das Elektro-Schlacke-Umschmelzen 

(ESU) ermöglicht die Erzeugung dichter, 

seigerungsarmer Blöcke von hochreinen 

Speziallegierungen, die auf Grund ihrer 

glatten und fehlerfreien Oberfläche direkt 

durch Warmumformung weiterverarbeitet 

werden können. 

Am Standort Unna der Krupp VDM 

GmbH wird derzeit eine neue Umschmelzanlage 

in Betrieb genommen. Eine Besonderheit 

dieser Anlage ist ein gasdichter 

und evakuierbarer Ofenkessel für Rundformate, 

bei dem der gesamte Umschmelzprozess, 

der bei konventionellen ESU-Anlagen 

unter Luftatmosphäre stattfindet, 

unter einer gezielt einstellbaren Schutzgasatmosphäre 

abläuft. 

Eine ESU-Charge, die je nach Blockgewicht 

und -format bis zu 24 Stunden dauern 

kann, gliedert sich in Start-, Hauptschmelz- 

und Schopfheizphase auf. Die 

einzelnen Phasen laufen bei der VDM- 

Anlage nach Eingabe des Startdialogs, von 

einem Anlagen-Rechner gesteuert, vollautomatisch 

ab. 

Das Ergebnis des ESU-Prozesses ist ein 

Block mit isotropen Eigenschaften, hoher 

Dichte und Homogenität, ohne Seigerungen 

und Lunker. 

Umgeschmolzene Legierungen werden 

überall dort eingesetzt, wo ein Höchstmaß 

an Beständigkeit gegen korrosive Einwirkung 

oder hohe Temperaturen gefordert 

wird, wie z.B. bei Gasturbinen, Motorventilen, 

im Offshore-Bereich und in der Elektronikindustrie. 

Dr.-Ing. Hans-Ulrich Lindenberg, Technischer Vorstand, 

Dr.-Ing. Manfred Walter, Projektleiter Bandgießen, 

Dr.-Ing. Guido Stebner, Leiter Prozessentwicklung, 

Dr.-Ing. Ulrich Albrecht-Früh, Projekt Manager Eurostrip, 

Krupp Thyssen Nirosta GmbH, Krefeld 

Romeo Capotosti, Leiter Gießbetrieb, 

Acciai Speciali Terni S.p.A., Terni, Italien 

Dr.-Ing. Dieter Senk, Bereichsleiter Forschung und 

Entwicklung, 

Thyssen Krupp Stahl AG, Duisburg 

Seite 20 

Bandgießen – Innovation für die 

Erzeugung von Flachstahl- 

Produkten im neuen Jahrtausend 

Die seit Anfang der 80er-Jahre in zahlreichen 

F+E-Projekten weltweit verfolgte 

Bandgießtechnologie bietet die Möglichkeit, 

mit wenigen Verfahrensschritten ein 

marktgerechtes Endprodukt zu erzeugen. 

Vorteile ergeben sich neben den dadurch 

erzielbaren Kosteneinsparungen auch in 

umweltrelevanten Bereichen durch Energieeinsparung 

und Emissionsreduzierung. 

Im EUROSTRIP-Projekt wurden die Aktivitäten 

von ThyssenKrupp Steel, Usinor 

und Voest Alpine mit dem Ziel gebündelt, 

im Werk Krefeld von Krupp Thyssen Nirosta 

die erste industrielle Bandgießanlage in 

Europa zu errichten. Nach nur neunmonatiger 

Bauzeit wurde Ende 1999 der 

erste Guss auf der Anlage durchgeführt und 

in der Folgezeit der Gießprozess stabilisiert 

und das Prozessfenster hinsichtlich des 

Dickenspektrums und der Produktivität der 

Anlage ausgeweitet. Die Pilotanlage bei 

Acciai Speciali Terni sowie die an der 

RWTH Aachen betriebene Laboranlage 

leisteten bei den theoretischen Voruntersuchungen 

wie auch in praktischen Tests 

wichtige Hilfestellung. 

Die bisherigen Versuche haben ergeben, 

dass der Reinheitsgrad der Bänder auf 

Grund der raschen Erstarrung besser als 

bei konventionell erzeugten Bändern ist. 

Dies führt zu verbessertem Korrosionsverhalten 

des Produktes. Die mechanisch 

technologischen Eigenschaften sind mit 

denen konventioneller Produkte vergleichbar. 

Die sehr positiven Ergebnisse in Krefeld 

haben zum Entschluss geführt, den Ausbau 

zu einer vollständig industriellen Anlage mit 

400.000 t/a RSH-Stahl voranzutreiben.

05 

Inhalt 

John M. Vergoz, 

Vice President Quality & Technology, 

The Budd Company, Troy, USA 

Seite 28 

Intelligenter Fertigungsprozess – 

Six-Sigma-Teile aus SMC 

Die Eigenschaften von Produkten weisen 

herstellungsbedingt Abweichungen vom 

Idealwert auf. Durch Steuerung der Herstellprozesse 

lassen sich die Produkteigenschaften 

so beeinflussen, dass sie innerhalb 

vom Kunden vorgegebener Grenzwerte 

liegen. Einen wesentlichen Beitrag hierzu 

leistet die bei Budd im Werk Carey bei 

der Fertigung von SMC-Teilen für die Automobilindustrie 

eingesetzte Six-Sigma- 

Methode. Der Begriff Six-Sigma stammt 

aus der Statistik und steht für ein Prozesssteuerungs-Konzept, 

mit dem die Fehlerrate 

auf unter 3,4 ppm (parts per million) 

reduziert werden kann. 

Nach jedem Prozessschritt werden nach 

einem festgelegten Probenentnahmeplan 

Stichproben aus der Fertigung entnommen 

und von geschulten Six-Sigma-Prüfern die 

Produkteigenschaften überprüft. Als Fehler 

erkannte Abweichungen werden definierten 

Fehlerkategorien zugeordnet und 

zusammen mit den Fertigungsdaten in 

einer Datenbank gespeichert. Die Verfolgung 

der einzelnen Fehlercodes macht es 

möglich, Trends bei den Daten zu analysieren 

und zielgerichtet Maßnahmen zu 

ergreifen, bevor beim Kunden Probleme 

entstehen. 

Regelmäßige Planungsbesprechungen 

zur kontinuierlichen Verbesserung, Festlegung 

von Aktionsplänen und Vergleich 

der erreichten Verbesserungen mit den 

Zielsetzungen sind Bestandteil der im Werk 

Carey eingesetzten dokumentierten Verfahren 

zur kontinuierlichen Qualitätsverbesserung 

nach der Qualitätsnorm 

ISO 9000. 

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Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Arndt R. Birkert, 

Geschäftsbereichsleiter Hydroforming, 

Kurt Lagler, Geschäftsbereichsleiter Vorrichtungs- 

und Anlagenbau, 

Dipl.-Ing. M.S. in Management 

Thomas Meichsner, Geschäftsführer, 

Dipl.-Ing. (BA) Hannes Winter, Projektleiter, 

Krupp Drauz GmbH, Heilbronn 

Seite 34 

Moderner Aluminium-Space- 

Frame durch intelligentes 

Karosseriebaumanagement ® 

Das Rohbaukonzept moderner Fahrzeuge 

muss neben dem Karosseriekonzept die 

fügenden und umformenden Fertigungsverfahren 

einbeziehen, um den Anforderungen 

an Leichtbau, kurze Entwicklungszeiten 

und wirtschaftliche Umsetzbarkeit 

Rechnung zu tragen. Die Integration dieser 

Disziplinen und Anforderungen erfolgt 

dabei durch ein intelligentes und umfassendes 

Karosseriebaumanagement im 

Sinne eines Simultaneous Engineering. 

Ein möglicher Lösungsansatz zur Realisierung 

der Zielvorstellungen sind Space- 

Frame-Strukturen aus Aluminium unter 

Verwendung von Profilen, Blechen und 

Druckgussteilen. Sie bilden die Grundlage 

neuer Karosseriekonzepte. 

Als Fügeverfahren kommen hier vorzugsweise 

Laser- und WIG-Schweißen, Nieten, 

Durchsetzfügen und Kleben zum Einsatz. Bei 

den umformenden Fertigungsverfahren ist 

vor allem das Innenhochdruck-Umformen 

von Rohren und Profilen zu nennen. 

In der Fabrikplanung – eine Kernkompetenz 

von Krupp Drauz und ihrer Tochter 

Krupp Drauz Ingenieurbetrieb – fließen alle 

Teilaspekte und -lösungen zusammen. Hier 

entsteht virtuell die gesamte Infrastruktur, 

welche unter Einbeziehung der Kundenbelange 

und unter Berücksichtigung einer 

wirtschaftlichen Umsetzbarkeit zur Darstellung 

der Rohbauumfänge erforderlich sind. 

Die technologieübergreifende Projektabwicklung 

von der Entwicklung bis hin zur 

Fertigung gesamter Karosserien einschließlich 

aller erforderlichen Betriebsmittel garantieren 

den Kunden umfassende und 

kostenoptimale Lösungen. 

Dipl.-Ing. Roman Bilmayer, 

Leiter Fertigungsplanung, 

Dipl.-Ing. René Lörenz, 

Stellv. Leiter Fertigungsplanung, 

Krupp Presta AG, Eschen, Liechtenstein 

Seite 41 

Hochautomatisierte Fertigung von 

Baugruppen von Lenksäulen 

Die Krupp Presta AG ist einer der weltweit 

führenden Hersteller von Lenksäulen, Lenkwellen 

und gebauten Nockenwellen. Die 

Komplexität dieser Produkte in Verbindung 

mit der marktseitig geforderten Variantenvielfalt 

stellt im Hinblick auf eine wirtschaftliche 

Produktion hohe Anforderungen an das 

Produktdesign und das Fertigungskonzept. 

Der Produktkomplexität begegnet Krupp 

Presta durch modulare Produktgestaltung. 

Die einzelnen Baugruppen werden dadurch 

weitgehend kundenunabhängig, was zu 

einer Erhöhung der Stückzahl führt und die 

Basis für eine hochautomatisierbare Massenfertigung 

schafft. Bei den Montageprozessen 

werden weitgehend standardisierbare 

Verbindungstechnologien eingesetzt. 

Standardisierbare Prozesse und modulare 

Produktgestaltung waren Voraussetzungen 

für die Einführung eines flexiblen und modular 

erweiterbaren Montagekonzeptes, dargestellt 

am Beispiel der Lenkwellenmontage: 

Bei der Beschaffung einer neuen Montagelinie, 

kapazitätsmäßig ausgelegt auf das gesamte 

Auftragsspektrum, wurde ein hoher 

Automatisierungsgrad realisiert, um eine wirtschaftliche 

Fertigung zu ermöglichen. Um 

die Auslastung bestehender Montageanlagen 

und der neu zu beschaffenden Montagelinie 

möglichst hoch zu halten, wurde der 

Ausbau stufenweise geplant. Im Endausbau 

wird der gesamte Montageverbund aus 

7 Montageeinheiten bestehen, wobei jede Einheit 

sowohl im Verbund als auch einzeln betrieben 

werden kann. Die erzielten Effekte 

sind u.a.: Personaleinsparung, Montagekostenreduzierung, 

kurze Rüst- und Durchlaufzeiten, 

kundengerechte Produktion, vereinfachte 

Disposition und hohe Flexibilität.

06 

Inhalt 

Dr.-Ing. Karsten Kroos, 

Vorsitzender der Geschäftsführung, 

Krupp Automotive Systems GmbH, Bochum 

Dr.-Ing. Henry Puhl, 

Projektleiter, 

ZA Engineering und Investitionen, 

Thyssen Krupp Automotive AG, Bochum 

Seite 47 

Moderne Logistik-Systeme für 

komplexe Modul-Lieferungen 

Die Internationalisierung der Märkte 

und die damit verbundene Globalisierung 

der Unternehmen führen zu weltweiten 

Produktionsnetzwerken von Fahrzeugherstellern, 

Systemlieferanten und Unterlieferanten. 

Moderne Logistik-Systeme sind ein 

wesentlicher Erfolgsfaktor für die Funktion 

dieser Produktionsnetzwerke und eine 

erwartete sowie notwendige Dienstleistung 

des Systempartners. Die vielschichtigen 

Bestandteile des Material- und Informationsflusses 

in der Beschaffungs-, Produktions- 

und Bereitstellungslogistik sowie die 

vielfachen Möglichkeiten ihrer Gestaltung 

erfordern heute umfassende Kompetenz 

und Erfahrung seitens der Systemlieferanten. 

Die frühzeitige Einbindung der 

Logistikentwicklung in das Simultaneous 

Engineering, der Einsatz neuester Planungsverfahren 

sowie die effektive Koordination 

aller Partner sind dabei unabdingbare 

Voraussetzungen für den optimalen 

Entwurf und die schnelle Implementierung 

reaktionsschneller, flexibler und kostengünstiger 

Logistikprozesse. 

Die Krupp Automotive Systems GmbH 

(KAS) stellt sich dieser Herausforderung 

und kann bereits auf vielfältige Erfahrungen 

einer Reihe innovativer und erfolgreicher 

Logistik-Systeme zurückgreifen. 

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Dr.-Ing. Federico Vallese, 

Technical Director, 

Dr.-Ing. Andrea Minguzzi, 

Technology Manager, 

Berco S.p.A., Copparo, Italien 

Seite 55 

Einsatz von Warmschmiedetechniken 

zur Fertigung von Fahrwerkskomponenten 

für Erdbewegungsmaschinen 

Berco, gegründet 1920, produziert komplette 

Laufwerks-Systeme für alle kettengeführten 

Erdbewegungsmaschinen und 

operiert sowohl im Ersatzteilmarkt mit 

einem eigenen Händlernetz als auch im 

OEM-Bereich für die bedeutenden Hersteller 

der Welt. 

Berco hat die Marktführerschaft in diesem 

Sektor erreicht, indem sie der Entwicklung 

des Weltmarktes gefolgt ist, die 

selbst bei den größten Herstellern (Komatsu, 

John Deere, Fiat usw.) zum Outsourcing 

der Laufwerksteile geführt hat. 

Die erfolgreiche Strategie des Unternehmens 

liegt in der Fähigkeit, innovative 

Produktionstechnologien anzuwenden, um 

kontinuierlich die Produktionskosten zu 

senken und ständig wachsende Marktanteile 

zu erlangen. 

Das Maxi-Presse-Projekt ist das 

neueste Beispiel von Berco in der Verfolgung 

des zuvor genannten Konzeptes. Es 

besteht in einer neuen Warmschmiede- 

Linie mit einer 325-MN-Presse (eine der 

beiden größten Spindelpressen weltweit) 

für die Produktion von Kettenrädern und 

ersetzt die bisher eingesetzte Stahlgieß- 

Technologie. 

Die erwarteten Vorteile sind sowohl eine 

Verbesserung der Produktqualität als auch 

eine signifikante Reduzierung der Produktionskosten 

sowie eine Mengensteigerung 

auf Grund der verbesserten Wettbewerbsfähigkeit. 

Dipl.-Ing. Thomas Minks, 

Projektingenieur Laserfertigungslinie, 

Blohm+Voss GmbH, Hamburg 

Seite 61 

Mit dem Laserstrahl den Schiffbau 

revolutionieren: 

Laserstrahlschweißen und 

-schneiden bei Blohm+Voss 

Die Genaufertigung als Mittel zur Steigerung 

der Produktivität und damit der Wettbewerbsfähigkeit 

hat im Stahlschiffbau in 

den letzten Jahren erheblich an Bedeutung 

gewonnen. Genaufertigung steht für das 

Fertigen in sehr engen Toleranzbereichen, 

wodurch der Montageaufwand durch Entfall 

von Richt- und Anpassarbeiten minimiert, 

Nacharbeiten reduziert und Durchlaufzeiten 

verkürzt werden können. 

Die Blohm+Voss GmbH setzt für die 

Genaufertigung als erste Werft weltweit die 

Lasertechnologie ein, kombiniert mit einer 

komplexen Spanntechnik, die das exakte 

Vorpositionieren und Heftschweißen von 

Bauteilen überflüssig macht. 

Das Laserstrahlschneiden ermöglicht 

großformatige Blechzuschnitte mit nahezu 

parallelen Schnittkanten und sehr schmalen 

Schnittspalten, die – in Verbindung mit 

der geeigneten Spanntechnik – das Laserstrahlschweißen 

ohne Zusatzwerkstoff 

möglich machen. 

Das Schweißen mittels Laser führt zu 

geringem Wärmeeintrag in das Werkstück 

und damit zu geringem Verzug der Bauteile. 

Dies ermöglicht die Verwendung von 

geringen Blech- und Profildicken und 

unterstützt die extreme Leichtbauweise, 

welche die von Blohm+Voss gebauten 

Schiffstypen erfordern. 

Mit der Kombination aus Laserstrahlschneiden 

und -schweißen in einer Fertigungslinie 

verfügt Blohm+Voss über das 

derzeit modernste Fertigungszentrum der 

Vormontage, in dem große Flächenbauteile 

von bis zu 12 m Länge und 4 m Breite 

hergestellt werden können.

07 

Dr.-Ing. Claus Hendricks, 

Dr.-Ing. Wolfgang Rasim, 

Dipl.-Ing. Horst Janssen, 

Inbetriebnahme und bisherige Erfahrungen mit der Gießwalzanlage 

der Thyssen Krupp Stahl AG 

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Dipl.-Ing. Helmut Schnitzer, 

Dr.-Ing. Eberhard Sowka, 

Dipl.-Ing. Pino Tesè 

Layout der Gießwalzanlage (Bild 1)

08 

1 Einleitung 

Inbetriebnahme und bisherige Erfahrungen mit der Gießwalzanlage der Thyssen Krupp Stahl AG 

Am 02. April 1999 konnte die Thyssen 

Krupp Stahl AG ihre neue Gießwalzanlage 

nur 24 Monate nach Auftragsvergabe 

pünktlich in Betrieb nehmen. 

Über die Gründe und Konzepte für den 

Bau dieser Anlage sowie über den Ablauf 

des Bauprojektes ist bereits an anderer 

Stelle berichtet worden [1; 2]. 

Hauptzielsetzung der Investition war die 

Nutzung der am Standort Duisburg noch 

vorhandenen zusätzlichen Konverterstahl- 

Kapazität eines der beiden LD-Blasstahlwerke. 

Mit der neuen Anlage und den drei 

auf Dauer vorhandenen Warmbandstraßen 

in Duisburg und Bochum verfügt die 

Thyssen Krupp Stahl AG nun über eine 

Jahreskapazität von insgesamt 14,1 Mio 

Tonnen Warmbreitband. Der dafür erforderliche 

Stahl wird in der Endstufe von den 

beiden Werken in Duisburg-Bruckhausen 

und -Beeckerwerth sowie anteilig vom 

Stahlwerk der Hüttenwerke Krupp Mannesmann 

in Duisburg-Huckingen bereitgestellt. 

Wie bei wohl allen Investitionsentscheidungen 

von Dünnbrammen-Gießwalzanlagen 

spielten zu erwartende geringe 

Technologiepakete Gießmaschine (Bild 2) 

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Betriebskosten durch Minimieren von Energie- 

und Personalkosten eine wichtige 

Rolle. Die dabei ebenfalls relativ geringen 

Investitionskosten durch die Kopplung der 

Produktionsstufen Gießen und Walzen 

machten es für ein großes integriertes Hüttenwerk 

überhaupt erst möglich, eine wirtschaftlich 

sinnvolle Investition unter gleichzeitiger 

Stilllegung vorhandener Gieß- und 

Walzkapazität vorzunehmen. 

Die möglichen Produktinnovationen aber 

bei gleichzeitig hoher Produktqualität waren 

dennoch letztlich die entscheidenden Faktoren 

für diesen mutigen Schritt in die 

Zukunft. 

So ist es mit dieser fortschrittlichen Technologie 

möglich, Warmbänder mit kleinsten 

Enddicken zu erzeugen. 

Durch Ausnutzen der hohen und gleichmäßigen 

„Vorband“-Temperaturen lassen 

sich mit neuen Walzstrategien ganz neue 

Produkte erzeugen. 

Die natürlichen Vorteile des Gießwalzprozesses 

im Hinblick auf Produkttoleranzen 

werden durch die bestmögliche Walztechnologie 

und konstante Prozessbedingungen 

weiter ausgebaut werden: Es entstehen 

Produkte mit bisher nicht darstellbaren 

geringen Streuungen in Geometrie und 

Eigenschaften. 

Im Folgenden werden die wichtigsten 

Anlagendaten der Gießwalzanlage vorgestellt 

und über die bisherigen Betriebsergebnisse 

und den Stand der Anlage nach 

nun rund eineinhalb Jahren Produktion 

berichtet [3]. 

2 Anlagenkonzept 

Die Gießwalzanlage (Bild 1) ist in das 

bestehende Oxygenstahlwerk 1 hineingebaut 

worden, wobei zur Ergänzung der 

sekundärmetallurgischen Linie ein neuer 

400-t-Pfannenofen mit zwei Behandlungspositionen 

und Schwenkelektroden errichtet 

wurde. Der weitere prinzipielle Aufbau 

der Anlage ist aus den bereits mehr als 

zehn Jahren existierenden CSP-Anlagen 

bekannt: Gießmaschinen mit Trichterkokillen 

und Hubpendelscheren, Tunnelöfen, 

Zunderwäscher, 7-gerüstige Fertigstraße, 

Laminarkühlstrecke und zwei Unterflurhaspel. 

Die neue Gießmaschine arbeitet – und 

das ist für Dünnbrammengießmaschinen 

weltweit erstmalig so – mit zwei parallel 

angeordneten Strängen aus einer gemeinsamen 

Verteilerrinne. Diese ist für ein 

Nenngewicht von 70 t bei einem Überlaufniveau 

von 75 t ausgelegt. 

Das von SMS entwickelte und mit Unterstützung 

von ThyssenKrupp in Buschhütten 

erstmalig getestete CSP-Prinzip beruht auf 

der Dünnbrammenkokille mit trichterförmiger 

Aufweitung im Mittenbereich (Bild 2). 

Neben der integralen Wärmestromdichte 

der vier Kupferplatten der Kokille wird die 

partielle Wärmestromdichte der Breitseiten 

mit Widerstandsthermoelementen in den 

Kühlkanälen der Breitseiten abgegriffen. 

Zusammen mit den 60 Thermoelementen

09 


Gleichmäßige Wärmeabfuhr über die Breite der Kokille (Bild 3) 

des Durchbruch-Früherkennungssystems 

stellt dieses „Mould Monitoring“ ein wichtiges 

Instrument zur Optimierung der Erstarrungsbedingungen 

sowie zur Bewertung 

geeigneter Gießpulver dar. Die Wärmeabfuhr 

als wichtiges Kriterium für das Strangschalenwachstum 

und das Anliegeverhalten 

des Stranges in der Kokille ist gleichmäßig 

über die Breitseiten (Bild 3). 

Abweichend von bisherigen CSP-Anlagen 

stellt sich auch die Strangführung mit 

vier hydraulisch geklemmten Segmenten 

dar. Auf einer vertikalen Führungsbahn 

werden sie durch Plungerzylinder exakt in 

Technologiepakete für das Dünnwalzen (Bild 4) 

forum 


ihrer Passline fixiert; die hydraulische 

Klemmung ermöglicht mittels „Liquid Core 

Reduction“ eine stufenlose Einstellung der 

Gießdicke zwischen 48 und 63 mm 

während des Gießens. 

Die sich anschließenden Rollenherdöfen 

werden mit CO-Gas aus dem Konverterprozess 

befeuert, die beweglichen Fährenteile 

aus anlagentechnischen Gründen mit Erdgas. 

Die Länge von insgesamt 240 m 

ermöglicht neben den Grundfunktionen 

„Entkoppeln von Gieß- und Walzstufe, 

Erwärmen und Ausgleichen“ eine ausreichende 

Pufferzeit bei geplanten Zwischen- 

walzenwechseln oder Walzunterbrechungen. 

Die Arbeitswalzendurchmesser sind im 

Hinblick auf die walztechnologischen Randbedingungen 

und die Walzenwerkstoffe 

optimiert worden. Mit 950 mm Durchmesser 

sind in den ersten beiden Walzgerüsten 

hohe Verformungen möglich, die Gerüste 

drei und vier können mit 750 mm hohe 

Walzkräfte übertragen, während die 620 mm 

der letzten drei Gerüste durch verringerte 

Temperaturverluste das Walzen kleinster 

Enddicken ermöglichen. Die installierte Antriebsleistung 

der Hauptantriebe beträgt in 

Summe 69,5 MW. 

Alle Gerüste sind mit hydraulischen 

Anstellsystemen ausgestattet. Die Fertigstraße 

verfügt über ein Profil-, Kontur- und 

Planheitsregelsystem, das in allen Gerüsten 

mit CVC-Verschiebesystemen (+/- 100 mm) 

in Verbindung mit Arbeitswalzenbiegesystemen 

(1100 kN/Zapfen) arbeitet (Bild 4). Die 

Massenflussregelung erfolgt durch hochdynamische, 

hydraulisch betätigte Schlingenheber, 

während ein neues dynamisches 

AGC-Dickenregelungssystem das Walzen 

dünnster Bänder überhaupt erst ermöglicht. 

Laminarkühlstrecke und Haspelanlagen 

sind für eine große Bandbreite verschiedenster 

Stahlgüten ausgelegt und insbesondere 

auch für das Verarbeiten dünner 

Warmbänder geeignet. 

Hinter dem letzten Walzgerüst ist ein 

Online-Oberflächeninspektionsgerät installiert, 

um bereits während des laufenden 

Produktionsbetriebes die Oberflächenqualität 

der Bandober- und -unterseiten auszuwerten.

10 

Anlagendaten (Bild 5) 


3 Abmessungen und Kapazität 

Die Abmessungsgrenzen der Anlage 

liegen in der Bandbreite zwischen 900 und 

1.600 mm. In der Banddicke war die Auslegung 

zwischen 0,8 und 6,4 mm gewählt 

worden (Bild 5). Eine aktuelle Überprüfung 

zeigt aber, dass auch Banddicken bis zu 8 mm 

gewalzt werden können, was zur Abdeckung 

einer Abmessungslücke im 

Portfolio aller Warmbreitbandstraßen von 

ThyssenKrupp Stahl genutzt werden soll. 

Kohlenstoffstähle werden bis 1,3 mm 

heruntergewalzt, wobei die Brammendicke 

hierbei genauso wie bei dünnstem Feinblech 

auf 48 mm herabgesetzt wird. 

Die Gesamtkapazität der Anlage, die 

durch die Gießleistung, das heißt durch 

Gießgeschwindigkeit, Strangdicke, Strangbreite 

und die Sequenzlänge bestimmt 

wird, liegt bei 2,0 Mio Jahrestonnen. 

Seit der Inbetriebnahme der Gießwalzanlage 

im April 1999 wurden bis August 

2000 rd. 1,1 Mio t Warmband erzeugt. Die 

Produktion im August 2000 lag bei 

133.000 t. Das Endziel der Hochlaufphase 

forum 


wird eine Produktionsmenge von 167.000 

moto bzw. 2 Mio jato sein. 

Der Zeitplan der Abmessungsziele konnte 

vorzeitig erfüllt werden (Bild 6). So wurde 

bereits vier Wochen nach Inbetriebnahme 

das erste 2,0-mm-Band gewalzt. Einen Monat 

später folgte das erste Band mit 1,3 mm 

und schon vier Monate nach Inbetriebnahme 

war das erste 1,0-mm-Coil erzeugt. 

Das bis heute dünnste gewalzte Warmband 

der Anlage ist 0,83 mm dick. Im Kohlen- 

Warmbanddicken für DD13 / StW24 (Bild 6) 

stoffstahl-Bereich mit 0,3 % C, z.B. für Verpackungsbleche, 

konnten bereits 1,5 mm 

deutlich unterschritten werden. Es wurden 

Elektroblechgüten mit einer Dicke bis hinunter 

zu 1,0 mm erzeugt, was einen deutlichen 

Kapazitätsgewinn bei dem nachgeschalteten 

reversierenden Kaltwalzen 

bedeutet. 

4 Warmband-Eigenschaften 

Die Geometrie des Warmbandes wird 

nicht nur vom Dickenquer-Profil des Vormaterials 

bestimmt, sondern hängt im 

Wesentlichen auch von der gleichmäßigen 

Durchwärmung der Vorbramme ab. Hier 

zeigen CSP-Anlagen ihren qualitativen 

Hauptvorteil (Bild 7). Das linke Teilbild zeigt 

dazu das Temperaturquerprofil der Bramme 

nach dem Gießen kurz vor dem Rollenherdofen. 

Die Temperaturvarianz von +/- 40 

Grad ist zwar schon recht gering, sollte 

sich aber durch die Verfeinerung der 

Sekundärkühlungseinstellung noch verbessern 

lassen. Im mittleren Bild ist der Temperaturscan 

der Bramme nach dem Verlassen 

des Rollenherdofens kurz vor dem

11 


Temperaturverteilung auf Strang-, Brammen- und Warmbandoberfläche (Bild 7) 

Durchlaufen des Zunderwäschers abgebildet. 

Die geforderte Streuung von weniger 

als 10 Grad über die Brammenbreite wird 

hier eingehalten, die genauso hoch geforderte 

Toleranz über die Bandlänge ist noch 

verbesserungsfähig. Wie im Folgenden 

gezeigt, wird das Problem eventueller Temperaturvarianz 

über die Bandlänge durch 

die gute Dickenregelung der Fertigstraßensysteme 

aber nicht relevant. Im rechten 

Teilbild zeigt der gleichmäßige Farbverlauf 

des Thermokamerabildes, dass eine sehr 

gleichmäßige Temperaturverteilung auch 

im Fertigband hinter dem letzten Walzgerüst 

vorhanden ist. 

Daraus ergeben sich die im Bild 8 

gezeigten geometrischen Eigenschaften 

des Warmbandes: Im oberen Teilbild 

erreicht das Profil, das heißt die Mittenüberhöhung 

des Bandes gegenüber seinen 

Randbereichen, genau die in diesem Beispiel 

angestrebten 50 µm. Bei den Zielbombierungen 

zwischen 30 und 60 µm 

kann daher eine Toleranz von +/- 10 µm 

zugesagt werden. 

Ein nennenswerter Keil ist, vom Einschwingbereich 

abgesehen, nicht zu erkennen. 

forum 


Der im mittleren Teilbild aufgeführte Verlauf 

der Dicke der Bandmittenmessung 

zeigt praktisch keine Abweichung. Einschließlich 

des Kopf- und Fußbereiches 

können daher Dicken-Toleranzen besser als 

+/- 0,10 mm zugesagt werden. 

Ähnlich gut ist die Abweichung der Breite 

über die Bandlänge: Die angestrebte Überbreite 

von + 8 mm wird genau getroffen, 

d.h. etwa die halbe übliche Warmband- 

Toleranz ist einhaltbar. 

Warmbandgeometrie (Bild 8) 

Neben den guten geometrischen und 

thermischen Eigenschaften der Dünnbramme 

werden folgende Prozessgrößen 

und Stellglieder für die Einhaltung der o.g. 

guten Bandtoleranzen verantwortlich 

gemacht: 

● präzise Walzkraftvorausberechnung, 

basierend auf neuronalen Netzen unter 

Berücksichtigung der Stahl-Ist-Analyse 

● absolute Banddickenregelung mit Feed 

Forward-Steuerung in der Anstichphase 

in den ersten Walzgerüsten 

● Massenflussregelung und dynamische 

Walzspaltregelung durch Einsatz von CVC 

und Walzenkühlung in allen Walzgerüsten 

● zyklische Nachberechnung der Walzspaltkontur 

unter Berücksichtigung der Thermik, 

des Walzenverschleißes und der 

„Kühlsysteme“ 

● optimierte Werkstoffwahl sowohl der 

Arbeits- als auch der Stützwalzen

12 


Warmbandgefüge über Bandbreite bei der Güte DD13 1250 mm x 2,50 mm (Bild 9) 

Die gleichmäßige Temperatur der Vorbramme 

führt auch zu einer sehr gleichmäßigen 

Gefügeausbildung, in der das 

sonst übliche Randgrobkorn weitgehend 

vermieden werden kann (Bild 9). Der hier 

vorliegende weiche unlegierte Stahl vom 

Typ DD 13 (StW 24) zeigt über die gesamte 

Bandbreite ein homogenes ferritisch-perlitisches 

Gefüge mit einem Korndurchmesser 

von etwa 10 µm. Die mechanisch-technologischen 

Eigenschaften des Bandes folgen 

dieser Homogenität und zeigen sowohl in 

Längs- als auch in Querrichtung eine hohe 

Gleichmäßigkeit. 

Die in der Gießwalzanlage erzeugten 

Warmbänder entsprechen in der Oberflächenbeschaffenheit 

dem Niveau von 

konventionellem Warmband. In die Leistungsklasse 

„Spitzenanforderung Oberfläche 

5“ ist die GWA bisher aber noch 

nicht vorgedrungen; dies wird eine weitergehende, 

kontinuierliche Verbesserung 

aller oberflächenrelevanten Bedingungen 

insbesondere beim Gießprozess ergeben. 

Die noch vorhandenen Oberflächenfehler 

sind im wesentlichen Schalen, die insbesondere 

auf Anfahrbrammen und bei unregelmäßigem 

Gießverlauf entstehen. 

forum 


5 Qualitätspalette 

Seit der Inbetriebnahme wurde bereits 

eine breite Palette verschiedener Stahlsorten 

über die Gießwalzanlage erzeugt 

(Bild 10). Als Erstes sind weiche, unlegierte 

Stähle bis zum Kohlenstoffgehalt von 

0,075 % zu nennen. Der überwiegende Teil 

dieser Bänder wurde nach dem Kaltwalzen 

in feuerverzinkter Ausführung in die für 

diesen Feinblechsektor üblichen Verwendungszwecke 

gesteuert. Warmbandkunden 

erhielten aus dieser, wie auch aus den im 

Folgenden genannten Produktgruppen 

bereits sehr frühzeitig Probemengen. 

Neben normalen Baustählen S235, S275 

und S355 sind auch Niob-mikrolegierte 

Sonderbaustähle S340MC und Vergütungs- 

Bisher erzeugte Stahlsorten (August 2000) (Bild 10) 

stähle 30MnB5 vergossen und gewalzt 

worden. Im Bereich der Kohlenstoffstähle 

liegen bereits umfangreiche Erfahrungen in 

der Produktion zwischen 0,25 und 0,70 % C 

vor. Und nicht zuletzt sind eine ganze 

Reihe von siliziumlegierten Stahlschmelzen 

für nicht kornorientiertes Elektroblech mit 

bis zu 2,4 % Silizium erfolgreich gegossen 

und gewalzt worden. Zudem wurde mit der 

Erzeugung von Dualphasen-Stahl begonnen. 

Die Resonanz der Kunden ist auf Grund 

der gleichmäßigen Geometrie- und Werkstoffeigenschaften 

unseres Warmbandes 

so sehr positiv, dass die Gießwalzanlage 

bereits jetzt bei einer größeren Zahl von 

Kunden als Standardlieferant geführt wird. 

6 Anlagen-Weiterentwicklung 

Die jüngste Stufe der Weiterentwicklung 

der Anlage ist ab September 1999 

beschritten worden. Hierbei sind direkt hinter 

dem letzten Fertiggerüst eine Kompaktkühlstrecke 

und ein Rotorhaspel aufgebaut 

worden. Ziel dieser Zusatzinvestition ist es, 

die Dünnwalzeigenschaften der gesamten 

Anlage zu verstärken. 

Solange über die konventionellen Unterflurhaspel 

gefahren wird, befindet sich der 

Rotorhaspel neben dem Rollgang in Offline- 

Position. Nach Wegklappen und Wegschwenken 

der entsprechenden Rollgangsgruppen 

kann er innerhalb kurzer Zeit online 

gefahren werden (Bild 11). Nach dem 

Anwickeln des Coils fährt die auf der 

Bedienseite angeordnete Anwickeleinheit 

aus der Walzlinie heraus, und der Rotor 

schwenkt das wickelnde Coil um 180 Grad 

in die Gegenposition. Das folgende Band 

kann dann an derselben Stelle wie das 

erste aufgenommen werden. Die Vorteile 

dieses Systems sind:

13 


Rotor-Haspel online (Bild 11) 

● kurzer Abstand der Haspelfunktion hinter 

dem letzten Fertiggerüst für beide Haspeldorne. 

Bei dünnsten Bändern wird 

damit eine zu hohe Wärmeabstrahlung 

vermieden. 

● Anwickeln in Walzlinie ohne das risikoreiche 

Umlenken des Bandes auf Unterflur 

● kurzer Weg des freien Bandkopfes bis 

zum Haspel und damit Verringerung des 

mit dünner werdendem Band exponentiell 

steigenden Risikos von Band-Hochgehern 

Um auch auf dem Rotorhaspel gewickelte 

Coils mit jeder gewünschten Kühlstrategie 

behandeln zu können, wurde direkt hinter 

dem dem letzten Fertiggerüst folgenden 

Messhaus eine Kompaktkühlstrecke auf 7 m 

Länge installiert. Im Übrigen werden damit 

ganz neue Kühlstrategien im Zusammenwirken 

mit der vorhandenen Laminarkühlstrecke 

möglich. Bild 12 zeigt das erste 

warmgewalzte Coil, das weltweit je in einer 

Warmbandstraße auf einem Rotorhaspel 

gewickelt wurde. 

forum 


Rotor-Haspel in Aktion (Bild 12) 

Schrifttum 

[1] Lüpke, R.; May, W.; Radusch, G.; 

Rasim, W.: 

Stahl u. Eisen 120 (2000) Nr. 1, 

S. 23–27 

[2] Hendricks, C; Rasim, W.; Janssen, H.; 

Schnitzer, H.; Sowka, E.; Tesè, P.: 

The casting-rolling plant of Thyssen 

Krupp Stahl AG. 

Proc. Intern. Conf. on New Developments 

in Metallurgical Process Technology, 

June 13–15, 1999, Düsseldorf. 

[3] Hendricks, C; Rasim, W.; Janssen, H.; 

Schnitzer, H.; Sowka, E.; Tesè, P.: 

Stahl u. Eisen 120 (2000) Nr. 2, 

S. 61–68

14 

Dipl.-Ing. Eike Schmilinsky, 

Dipl.-Ing. Harald Scholz 

Hochreine Nickelbasislegierungen durch Elektro-Schlacke- 

Umschmelzverfahren 

forum 


Elektro-Schlacke-Umschmelzanlage der Krupp VDM GmbH in Unna (Bild 1)

15 

1 Einleitung 

Hochreine Nickelbasislegierungen durch Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren 

Am Standort Unna der Krupp VDM 

GmbH läuft derzeit die Inbetriebnahme 

einer neuen Umschmelzanlage für Speziallegierungen 

(Bild 1). 

Ziel des hier durchgeführten Elektro- 

Schlacke-Umschmelzens (ESU) ist es, unter 

kontrollierten, reproduzierbaren Prozessbedingungen 

dichte, seigerungsarme Blöcke 

von hoher Reinheit mit einer glatten, fehlerfreien 

Blockoberfläche für die direkte Warmumformung 

zu erzeugen. 

Entgegen der konventionellen Technik 

bei geschlossenen, gasdichten Umschmelzanlagen 

mit der koaxialen Stromrückführung 

über den Schmelztiegel wurde 

hier erstmals eine außen liegende Stromrückführung, 

wie sie bei konventionellen 

(offenen) Elektro-Schlacke-Umschmelzanlagen 

zum Einsatz kommt, realisiert. 

Der nachfolgende Artikel beschreibt die 

Verfahrensgrundlagen, die Anlagenkonfiguration, 

den Ablauf einer Umschmelzcharge 

und die Einsatzgebiete für Umschmelzlegierungen. 

2 Prozessbeschreibung 

Im ESU-Ofen wird eine Elektrode in 

einem wassergekühlten Kristallisator (Kupfertiegel) 

zu einem lunkerfreien Block unter 

einer mittels Wechselstrom beheizten 

Schlacke umgeschmolzen. 

Die umzuschmelzenden Elektroden stammen 

aus Primärschmelzen des Block- oder 

Stranggusses. 

Die Stromzuführung für das Umschmelzen 

erfolgt am Elektrodenhalter (Stub) und 

die Stromableitung über die Bodenplatte 

des Kupfertiegels. In Bild 2 ist eine Prinzipskizze 

des ESU-Verfahrens dargestellt. 

Sie zeigt, dass die Elektrode Teil eines 

forum 


Stromkreises ist. 

Aus dem nicht leitenden Schlackengranulat 

entsteht beim Übergang vom festen 

in den flüssigen Zustand eine leitfähige 

Flüssigkeit. Mittels Widerstandserwärmung 

kommt es zur Überhitzung auf 1.600 bis 

1.800 °C. Die erreichte Schlackentemperatur 

liegt dabei oberhalb des Schmelzpunktes 

der umzuschmelzenden Legierung. 

Von der Spitze der Elektrode lösen sich 

ständig Metalltropfen, die im intensiven 

Kontakt mit der flüssigen Schlacke von 

nichtmetallischen Verunreinigungen gereinigt 

werden. Die hohe Schlackentemperatur 

verbessert weiterhin die Metall- 

Schlacke-Reaktion und führt unter anderem 

zu einer gewollten Verminderung des 

Schwefelgehaltes. Grobe Einschlüsse verschwinden 

beim Durchgang durch die 

Schlacke nahezu vollständig, wobei der 

Abbau des gebundenen Sauerstoff- bzw. 

Oxidgehaltes des Ausgangsmaterials weitestgehend 

möglich ist. Die noch vorhandenen 

restlichen Einschlüsse sind klein und 

nahezu gleichmäßig über den Block verteilt. 

Nach dem Passieren der Schlacke bilden 

die Metalltropfen auf dem Boden des Kupfertiegels 

einen flüssigen Sumpf. Daraus 

entsteht der neue Block, der sich zusammen 

mit dem Schlackenbad nach oben 

bewegt. Ein kleiner Teil der flüssigen 

Schlacke gelangt dabei als dünne 

Schlackenhaut zwischen den entstehenden 

Block und die Wand des Kupfertiegels. 

Diese Schlackenhaut ist verantwortlich für 

eine gute, saubere Blockoberfläche, die 

eine nachfolgende Oberflächenbearbeitung 

überflüssig macht. Somit ist das Ausbringen 

bei der Weiterverarbeitung durch 

Prinzipdarstellung des ESU-Verfahrens (Bild 2)

16 Hochreine Nickelbasislegierungen durch Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren 

Oberfläche zweier versandfertiger ESU-Blöcke (Bild 3) Schmelzstationen der ESU-Anlage (Bild 4) 

Schmieden und/oder Walzen wesentlich 

höher. Bild 3 zeigt die Oberfläche zweier 

VDM ESU-Blöcke aus unterschiedlichen 

Legierungen. 

Während des Umschmelzprozesses wird 

die Elektrode entsprechend der legierungsund 

formatabhängigen Abschmelzmenge 

(gemessen in kg/min) ständig nachgefahren, 

um eine gleichbleibende Eintauchtiefe 

der Elektrode in der Schlacke zu gewährleisten. 

Eine ESU-Charge kann je nach Blockgewicht 

und -format bis zu 24 Stunden dauern, 

wobei die gesamte Elektrode (bis auf 

eine kleine Restscheibe) umschmilzt. Der 

Durchmesser des neu entstehenden 

Blockes übertrifft den der Elektrode um ca. 

80 bis 120 mm. 

Eine Umschmelzcharge gliedert sich in 

Start-, Hauptschmelz- und Schopfheizphase. 

3 Fertigungssicherheit durch 

vorgeschmolzene Schlacken 

Die Qualität des fertigen ESU-Blockes 

hängt neben der Elektrodenqualität und der 

Genauigkeit der Anlagensteuerung vor 

forum 


allem von der Qualität der eingesetzten 

Schlacke ab. 

Gegenüber einer Eigenherstellung von 

Schlacke aus zugekauften Komponenten 

bzw. dem Einsatz von granulierten oder 

gesinterten Schlacken bieten vorgeschmolzene 

Schlacken die sicherste Ausgangsbasis. 

Sie gewährleisten eine zuverlässige 

Zusammensetzung mit guter Homogenität 

für eine gleichmäßige und reproduzierbare 

Prozessführung im Umschmelzbetrieb. 

Krupp VDM produziert daher die ESU- 

Schlacken nicht selbst, sondern kauft zertifizierte, 

qualitätsgesicherte Schlacken zu. 

4 Ausrüstung/Beschreibung des 

Prozesses 

Die ESU-Anlage der Krupp VDM hat zwei 

Schmelzstationen (I und II) mit koaxialer 

Stromführung (Bild 4) zur Herstellung von 

Blöcken in einem langen stationären Tiegel 

unter Schutzgas. 

Für jeden Blockdurchmesser ist eine 

separate Tiegeleinheit notwendig. Eine 

Tiegeleinheit für Rundblöcke besteht aus 

Tiegeloberteil (längsnahtgeschweißte 

Kupferröhre mit Kühlwassermantel aus 

Edelstahl) plus einem Tiegelboden aus 

Kupfer, der auf einem Wasserkasten aufgebaut 

ist. Mit den derzeit vorhandenen Tiegeln 

lassen sich Rundblöcke von 340 bis 

1.020 mm Durchmesser und einer Maximallänge 

von ca. 2.800 mm erzeugen. 

Eine Besonderheit stellt der Brammentiegel 

dar. Mit ihm lässt sich ein Rechteckblock 

(Bramme) von 460 x 1.400 mm bei 

einer Maximallänge von ca. 3.400 mm 

erzeugen. Dieser Tiegel besteht aus 4 Kupferplatten 

mit längsgebohrten Kühlkanälen. 

Die 4 Kühlplatten sind durch einen Edelstahlrahmen 

fixiert. Als Elektrode kommt 

eine (rechteckige) Stranggussbramme zum 

Einsatz. In Bild 5 ist das Kokillenlager zu 

sehen, rechts im Bild die Brammenkokille, 

daneben zwei Rundkokillen. 

Absolutes Novum der neuen ESU-Anlage 

ist der für Rundformate gasdichte und 

evakuierbare Ofenkessel. Damit kann der 

gesamte Prozess, der bei den meisten 

ESU-Anlagen unter Luftatmosphäre stattfindet, 

unter einer gezielt einzustellenden 

Schutzgasatmosphäre (Argon und/oder 

Stickstoff) erfolgen. Bild 6 zeigt den Ofenkessel 

mit der Elektrodenstange.

17 Hochreine Nickelbasislegierungen durch Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren 

Kokillenlager in der ESU-Halle (Bild 5) 

Vergleichbare ältere Öfen, die es erlaubten, 

im abgeschlossenen gasdichten Ofenraum 

Legierungen unter Schlacke umzuschmelzen, 

besitzen den Nachteil einer 

Stromableitung über den Kristallisator 

(„DESU“ Druck-ESU bzw. „PESR“ Protective 

Electro Slag Remelting) und nicht, wie 

bei der konventionellen ESU-Technik üblich, 

über den Tiegelboden und außen liegende 

Stromrückführungsrohre. 

Koaxiale Stromführung (vergleichbar mit 

der Abschirmung eines Fernsehkabels) ist 

notwendig, um Wechselwirkungen von 

Magnetfeldern (erzeugt durch die Induktion 

der Stromleitungen) mit dem noch nicht 

erstarrten Teil des ESU-Blockes (flüssiges 

Sumpf- und Zweiphasengebiet – siehe 

Bild 2) zu vermeiden. Elektromagnetisches 

Rühren des Schmelzsumpfes bei Anlagen 

ohne koaxiale Stromführung ist eine Hauptursache 

für ungleichmäßíge Erstarrungseffekte. 

forum 


Weiterhin ist die Anlage mit einer 

Gewichtsmesseinrichtung zur kontinuierlichen 

Messung des Elektrodengewichtes, 

computergesteuerter Prozessführung und 

automatischer Elektrodenvorschubregelung 

ausgestattet. 

4.1 Vorbereitung 

Vor dem Beginn einer ESU-Charge 

erfolgt außerhalb der Anlage das Verschweißen 

der umzuschmelzenden Elektrode 

mit dem Elektrodenhalter (Stub). Parallel 

dazu laufen die Startvorbereitungen der 

Schmelzstation. Auf den Tiegelboden wird 

eine Startscheibe (gleicher Durchmesser 

und gleiche Legierung wie die Elektrode) 

aufgelegt, um den Verschleiß in der Startphase 

zu minimieren. Per Hallenkran wird 

anschließend das Tiegeloberteil aufgesetzt, 

verschraubt und in die ESU-Anlage eingebaut. 

Bild 7 bietet einen Blick auf die 

Gesamtanlage während des Einsetzens 

eines entsprechend präparierten Tiegels in 

die Station II. 

Diese Vorbereitungsarbeiten einer 

Schmelzstation laufen ab, während in der 

gegenüberliegenden Station eine Elektrode 

umschmilzt. 

Nach dem Einbau des Tiegels folgt das 

Einsetzen der Elektroden-Stub-Einheit 

(siehe Bild 1) und die genaue Ausrichtung. 

Im Anschluss daran fährt die Elektrodenstange 

auf den pilzförmigen Stubkopf und 

übernimmt die Elektroden-Stub-Einheit 

mittels einer pneumatisch betriebenen 

Klemmvorrichtung. 

Vor dem Schmelzenstart erfolgt die 

Befüllung des Schlackenbehälters oberhalb 

der Anlage mit einem genau definierten 

Schlackegranulat. 

Die Anlage wird nun verschlossen, evakuiert 

und der Innenraum sofort mit 

Schutzgas gefüllt. 

Nach einer festgelegten Reihenfolge 

erfolgt im ESU-Leitstand die Kontrolle der 

Anlagenbereitschaft und die Eingabe des 

Blick auf das Innere des Ofenkessels (Bild 6)

18 


Einbau einer Rundkokille (Bild 7) 

Startdialogs. Im ESU-Rechner laufen nach 

dem Einladen des Schmelzrezeptes alle 

spezifischen Chargendaten zusammen. 

Mit Beendigung des Startdialogs erfolgt 

die Stromfreigabe und der Beginn des 

automatischen Prozessablaufes. 

4.2 Startphase 

Nach Zuschaltung des Stromes fährt der 

Schmelzer die Elektrode auf Kontakt mit der 

Startscheibe, wobei sich die Spitze 

erwärmt. Anschließend beginnt die automatische 

Schlackenzugabe und der Anlagen-PC 

durchfährt das gespeicherte Startphasenprofil. 

Nachdem die Schlacke vollständig aufgeschmolzen 

ist, geht die unruhige Anfangs- 

forum 


phase des Kaltstarts in das ruhige normale 

Verhalten des ESU-Prozesses über. 

4.3 Hauptschmelzphase 

Am Ende der Startphase schaltet der 

Computer automatisch auf elektrodengewichtsabhängige 

Schmelzratenregelung 

um und folgt dem im Rezept vorgegebenen 

Schmelzratensollwertprofil. 

Die Umschmelzparameter werden 

während des Prozesses laufend angezeigt, 

abgespeichert und protokolliert. 

Mit Erreichen eines im Rezept hinterlegten 

Elektrodengewichts geht der 

Umschmelzvorgang in das Schopfheizen 

über. 

4.4 Schopfheizen 

Schopfheizen bedeutet eine automatische 

Verringerung der Abschmelzmenge zu 

Prozessende beim Erreichen eines formatabhängigen 

Elektrodenrestgewichtes. 

Dadurch verringert sich die Tiefe des flüssigen 

Metallsumpfes und es kommt zur Verfüllung 

des sonst durch die Erstarrung im 

Blockkopf entstehenden Lunkers. Im 

Anschluss an das Umschmelzen wird der 

fertige Block in der Anlage nachgekühlt 

und gestrippt. Dazu wird die Verschraubung 

der Bodenplatte gelöst und die Kokille 

per Kran angehoben (Bild 8). Im Vordergrund 

sind die Kühlwasserrohre für die 

Kokillenkühlung erkennbar. Bild 9 zeigt den 

fertigen ESU-Block nach dem Strippen, auf 

der Kupferbodenplatte ist die von der Mantelfläche 

abgefallene Schlackenhaut zu 

sehen. 

Im Anschluß an das Umschmelzen 

werden die ESU-Blöcke durch Warmumformung 

weiterverarbeitet. 

5 Vorteile des ESU-Materials 

Die bei ESU-Blöcken entstehende Makrostruktur 

zeichnet sich durch außerordentlich 

hohe Dichte und Homogenität ohne 

Strippen des ESU-Blockes (Bild 8) ESU-Block nach dem Abheben der Kokille (Bild 9)

19 


Einsatz von ESU-Legierungen in einer Gasturbine (Bild 10) ESU-Material in der Elektronikindustrie (Bild 12) 

Seigerungen und Schwindungshohlräume 

(Lunker) aus. 

ESU-Material ist isotrop, d.h. die Blöcke 

haben gleichmäßige mechanische Eigenschaften 

in Längs- und Querrichtung. 

Der Reinheitsgrad und die Gefügeausbildung 

sind wesentliche Maßstäbe für die 

Qualität von Nickelbasislegierungen. Für 

das Umschmelzen von kritischen, seigerungsempfindlichen 

Nickelbasislegierungen 

(z. B. Nicrofer 5219 Nb) kommt es auf die 

exakte Einhaltung der Schmelzparameter 

(Abschmelzleistung) an. Neben den 

genannten Eigenschaftsverbesserungen ist 

das Ziel, vor allem eine gleichmäßige Verteilung 

der Legierungselemente – insbesondere 

von Titan – zu erreichen. Zur Vermeidung 

des Titanabbrandes enthalten die 

entsprechenden Schlacken TiO2. 

6 Einsatzbereiche 

In der ESU-Anlage umgeschmolzene 

Legierungen ergänzen die Palette an Hochleistungswerkstoffen 

von Krupp VDM. 

Bauteile aus ESU-Material sind überall 

dort gefragt, wo ein Höchstmaß an Beständigkeit 

gegen spezifisch korrosive Einwirkung 

oder hohe Temperaturen erforderlich 

ist. 

Ein klassischer Anwendungsbereich für 

derartige Superalloys ist die Gasturbine für 

forum 


Flugzeuge (Bild 10) bzw. die stationäre 

Gasturbine für Kraftwerke. Hierfür kommen 

Stangen zum Einsatz, die aus der ESU- 

Legierung Nicrofer 5219 Nb (Alloy 718) 

erzeugt wurden. Der Heißgasbereich von 

Brennkammern besteht aus der hochwarmfesten 

ESU-Legierung Nicrofer 5120 

CoTi (Alloy C-263) bzw. Nicrofer 6020 hMo 

(Alloy 625). 

In der Automobilindustrie wird für hochbeanspruchte 

Motorenteile ebenfalls ESU- 

Material eingesetzt. Die Legierung Nicrofer 

7520 Ti (Alloy 80 A) dient z.B. der Ventilherstellung 

(Bild 11). 

Im Offshore-Bereich verwendete Stangen 

für Completion Tools kommen auf Bohrinseln 

zum Einsatz. Dies sind Anwendungsfälle 

für die ESU-Legierungen Nicrofer 

5219 Nb (Alloy 718) und Alloy 925. 

Vom Draht über Bänder und Bleche bis 

zu Stangen reichen die vielfältigen Produktformen 

von ESU-Material für die Elektronikindustrie. 

Eine wichtige Legierung für diesen 

Bereich stellt Pernifer 2918 (Bild 12) 

dar. 

Ventile aus der ESU-Legierung Nicrofer 7520 Ti 

(Bild 11) 

Die Elektro-Schlacke-Umschmelzanlage 

von Krupp VDM in Unna bietet somit für die 

unterschiedlichsten Einsatzfälle eine maßgeschneiderte 

Werkstofflösung in einer 

sehr hohen und vor allem reproduzierbaren 

Produktqualität für beste metallurgische 

Ergebnisse.

20 

Dr.-Ing. Hans-Ulrich Lindenberg, 

Dr.-Ing. Manfred Walter, 

Dr.-Ing. Guido Stebner, 

Bandgießen – Innovation für die Erzeugung von 

Flachstahl-Produkten im neuen Jahrtausend 

forum 


Dr.-Ing. Ulrich Albrecht-Früh, 

Romeo Capotosti, 

Dr.-Ing. Dieter Senk 

Bandgießanlage Krefeld in Betrieb (Bild 1)

21 

1 Einleitung 

Bandgießen – Innovation für die Erzeugung von Flachstahl-Produkten im neuen Jahrtausend 

Die Stahlindustrie hat im abgelaufenen 

Jahrhundert eine Reihe umwälzender 

Neuerungen erfahren. Verschiedene dieser 

Technologien revolutionierten unsere Prozesse 

und Produkte und gehen zurück auf 

schon sehr früh formulierte Prinzipien oder 

Ideen. Ein Flachstahlprodukt möglichst in 

einem Arbeitsgang zu erzeugen, war schon 

immer ein Wunschtraum der Metallurgen. 

H. Bessemer meldete bereits 1866 das 

Patent für eine Gießmaschine an, bei der 

Stahl zwischen zwei Rollen zu Band gegossen 

und dann direkt umgeformt werden 

sollte. Dass heute, fast 140 Jahre später, 

die Umsetzung dieser Vision in Form des 

Zwei-Rollen-Bandgießverfahrens ein aktuelles 

Thema ist, lässt erahnen, wie lange 

sich solche Entwicklungen mitunter hinziehen 

können. Die technischen Rahmenbedingungen, 

im konkreten Fall z.B. die Prozessautomatisierung 

und Werkstoffentwicklung, 

müssen einen Stand erreicht 

haben, dass aus einer revolutionären Idee 

letztendlich ein industriell verwertbares 

Verfahren wird, welches mit den konventionellen 

Erzeugungsmethoden unter ökonomischen 

Gesichtspunkten in Konkurrenz 

treten kann. 

2 Vom Forschungsprojekt zum 

industriellen Verfahren 

Das Bessere ist der Feind des Guten. 

Unter dieser Prämisse wurden Anfang der 

80er-Jahre zahlreiche Forschungs- und 

Entwicklungsprojekte in der ganzen Welt 

gestartet, die sich mit dem Bandgießen von 

Stahl in den unterschiedlichsten Formen 

beschäftigten. Ziel dieser vielen F+E-Projekte 

war es, die sich bietenden Potenziale 

des endabmessungsnahen Gießens von 

forum 


Flächenbedarf (Bild 2) 

Stahl zu untersuchen und unter den gegebenen 

Rahmenbedingungen zu bewerten. 

Abhängig von der strategischen Ausrichtung 

des Auftraggebers fiel die Bewertung 

der Verfahren unterschiedlich aus im Spannungsfeld 

Investitionsaufwand und Kapazität, 

Verarbeitungskosten, Qualitäts- und 

Abmessungspotenziale, Durchlaufzeiten 

und Flexibilität (Bild 2). Für die Erzeuger 

von RSH-Flachstahl waren die Ergebnisse 

EUROSTRIP ® – Das europäische Bandgießprojekt (Bild 3) 

so viel versprechend, dass daraus eine 

Reihe von bilateralen Kooperationen von 

Stahlerzeugern untereinander oder von 

Stahlerzeugern mit Anlagenbauern aber 

auch Forschungsinstituten erwuchsen. 

Durch die Errichtung von Pilotanlagen im 

Rahmen dieser Kooperationen in zum Teil 

bestehende Stahlwerke wurde die industrielle 

Machbarkeit des Verfahrens nachgewiesen. 

Am Übergang zum neuen Jahr- 

ThyssenKrupp Steel – Usinor – Voest Alpine Industrieanlagenbau

22 


tausend sind die Weichen nun für die industrielle 

Nutzung des Zwei-Rollen-Bandgießverfahrens 

gestellt. 

3 EUROSTRIP ® : TKSteel kooperiert 

mit europäischen Partnern 

In Europa wurden die bestehenden Aktivitäten 

von ThyssenKrupp Steel mit denen 

von Usinor (Myosotis) und Voest Alpine 

Industrieanlagenbau (Terni) im Eurostrip 

Projekt mit dem Ziel gebündelt, im Werk 

Krefeld der Krupp Thyssen Nirosta die erste 

industrielle Bandgießanlage in Europa zu 

errichten. Die Krupp Thyssen Stainless, als 

Führungsgesellschaft für alle RSH-Aktivitäten 

der Thyssen Krupp Steel Gruppe Weltmarktführer 

für Rostfrei Flach Produkte mit 

einem Jahresumsatz von 8 Mrd DM, vertritt 

die Interessen der ThyssenKrupp Steel im 

Eurostrip Joint Venture (Bild 3). Die Entwicklung 

der Bandgießtechnologie auch 

von Qualitätsstahl hin zur industriellen Reife 

sowie die anschließende Vermarktung von 

Anlagen in Zusammenhang mit dem Prozess 

Know-how sind Ziel dieser Kooperation 

[1]. 

4 Besondere Potenziale im RSH- 

Flachstahl 

Insbesondere für die Erzeugung von 

RSH-Flachstahl ergeben sich im Vergleich 

zur konventionellen Erzeugungskette viel 

versprechende Aussichten (Bild 4). Ist die 

konventionelle Erzeugungsroute, ausgehend 

vom Lichtbogenofen/AOD-Konverter/ 

Stranggießanlage über Warm- und Kaltwalzwerk 

bis hin zum Endprodukt, unterteilt 

in viele einzelne, zum Teil diskontinuierlich 

verlaufende Prozesse, so bietet sich bei 

konsequenter Verfolgung der Bandgießtechnologie 

die Möglichkeit, mit wenigen 

forum 


Aktuelle und zukünftige RSH-Fertigung (Bild 4) 

Verfahrensschritten ein marktgerechtes 

Endprodukt zu erzeugen. Am Beispiel des 

Werkes Krefeld, welches nicht über eine 

Warmwalzlinie verfügt, wird schnell klar, 

welche großen Vorteile die Einführung einer 

Bandgießanlage haben kann. Das 

Schließen der technologischen Lücke 

zwischen dem Stahlwerk und den Kaltwalzwerken 

führt unter anderem 

● zum Entfall der Brammenzurichtung, 

● zum Entfall von Brammen- und Coiltransporten 

zum bzw. vom Warmbandwerk, 

● zum Entfall des Warmwalzens, 

Vergleich des Energiebedarfs am Beispiel 

KTN Krefeld (Bild 5) 

● zur Verkürzung der Materiallaufzeit 

zwischen Stahlwerk und Kaltwalzwerk 

sowie zur Verkleinerung der Bestände. 

5 Energieeinsparung und 

Emissionsreduzierung 

Aber nicht nur pekuniäre Aspekte können 

als entscheidende Argumente für das 

Bandgießen ins Feld geführt werden. In 

einem Europa, in welchem die Bürger in 

zunehmender Weise für den Umweltschutz 

sensibilisiert werden, spielen Faktoren wie 

Energieverbrauch und Emissionsschutz 

eine immer wichtigere Rolle bei der Bewertung 

neuer Technologien (Bild 5). So kann 

unter den für das Werk Krefeld geltenden 

Rahmenbedingungen bei der Erzeugung 

von 1 t Stahl eine Energieeinsparung von 

2,8 GJ im Vergleich zur konventionellen 

Produktionslinie prognostiziert werden. Der 

Ausstoß des für den Treibhauseffekt verantwortlich 

gemachten Verbrennungsproduktes 

CO2 kann um 160 kg/t vermindert 

werden, unter der Annahme, dass in 

der konventionellen Erzeugungsroute Erdgas 

zur Aufheizung der gegossenen Brammen 

benutzt wird (Bild 6). Unter gleichen

23 


Vergleich der Emissionen am Beispiel KTN Krefeld (Bild 6) 

Rahmenbedingungen verringert sich der 

Ausstoß des gleichfalls klimarelevanten 

Stickoxids um 270 g/t und von Schwefeldioxid 

um 35 g/t. Aus diesem Grund hat 

die Europäische Kommission entschieden, 

das Projekt als Teil ihres Thermie-Programmes 

maßgeblich zu fördern. 

6 Stahlwerk Krefeld: 

Der optimale Standort 

Die Einplanung der Bandgießanlage in 

das Stahlwerk Krefeld wurde bereits unter 

industriellen Gesichtspunkten vorgenommen. 

So wurde die Gießmaschine in den 

Stofffluss des Stahlwerkes integriert. Die 

Maschine wurde nahe der existierenden 

Stranggießanlage errichtet, sodass beide 

Gießmaschinen über einen Kran mit flüssigem 

Stahl versorgt werden. Dies führt zu 

einer guten Ausnutzung logistischer Synergien. 

Der Aufbau der Anlage wurde durch 

intensive Studien vorbereitet, in welche die 

Ergebnisse aus dem Terni- und Myosotis- 

Projekt einflossen (Bild 7). Die Gießkapazität 

der Anlage beträgt in der jetzigen 

Phase 100.000 t/a. Die einzelnen Kompo- 

forum 


nenten der Anlage wie z.B. Pfannendrehturm, 

Verteilerwagen, Gießrollen oder 

Bandaustragslinie sind bereits für den Ausbau 

zur industriellen Anlage ausgelegt. Die 

Bandgießanlage als solche besteht sowohl 

aus konventionellen Komponenten, die aus 

den Bereichen Stranggießen und Stahlwerk 

bekannt sind, als auch aus neuen Komponenten, 

für die innovative Lösungen gesucht 

werden mussten. So sind die Gießrollen 

z.B. in einen Schnellwechselrahmen 

BGA Krefeld: Der erste Schritt zur industriellen Anlage (Bild 7) 

installiert, der kurze Wechselzeiten für die 

Kokilleneinheit ermöglicht. Der Schnellwechselrahmen 

ist bereits für eine Verbreiterung 

der Rollen auf 1.450 mm Breite konzipiert, 

die für Anfang 2001 vorgesehen ist. 

Typische erzeugte Banddicken liegen z.Zt. 

im Bereich zwischen 2,3 und 3,2 mm bei 

Gießgeschwindigkeiten von 35 bis 70 m/min. 

Ausgehend vom Drehturm, der die Pfanne 

aus dem Kran aufnimmt, wird der flüssige 

Stahl über die Verteilerrinne in die Gießmaschine 

gebracht. Nach der Erstarrung, die 

im Gegensatz zum Strangguss in ca. 0,5 s 

vollständig zwischen den Gießrollen erfolgt, 

wird das Band über Treiber, Schlingengrube 

und Rollgang auf einem Drumcoiler aufgewickelt. 

Am Ende des Gusses, zurzeit nach 

einer 90-t-Pfanne, wird das gegossene 

Band zurückgewickelt und auf einem Recoiler 

in kleinere Coils aufgeteilt. Für die 

Erweiterung der Anlage zur Industrieanlage 

ist die Implementierung einer Banderwärmungseinheit, 

eines Warmwalzgerüstes 

sowie einer Doppelhaspelanlage bereits 

z.T. in der Fertigung, sodass in dieser 

Phase das Gießen von Sequenzen ermöglicht 

wird.

24 


7 Bandgießanlage Krefeld: 

Erste Ergebnisse 

Nach einer Bauzeit von nur 9 Monaten – 

die Grundsteinlegung erfolgte am 

25. 02.1999 – wurde der erste Guss auf der 

Anlage am 10.12. 1999 durchgeführt 

(Bild 1). Bereits bei diesem ersten Probeabguss 

konnten 36 t Nirosta 1.4301 in 

einer für die Weiterverarbeitung sehr gut 

geeigneten Bandqualität erzeugt werden. 

Die gegossene Bandbreite betrug 1.130 

mm mit einer Banddicke von 3 mm. Drei 

Monate später, am 10. 03. 2000, konnte 

zum ersten Mal das gesamte Schmelzgewicht 

einer Pfanne vergossen werden. In 

den folgenden Monaten wurde der Gießprozess 

stabilisiert und das Prozessfenster 

unter anderem im Hinblick auf das Dickenspektrum 

und die Produktivität der Anlage 

ausgeweitet. 

Die Oberflächeninspektion der erzeugten 

Bänder zeigte keine speziellen Fehler. Die 

Bandgeometrie in Längsrichtung liegt im 

Rahmen der Warmbandtoleranzen und 

erfüllt die Anforderungen des Kaltwalzwerkes. 

Die Bandkantenqualität ist ausgesprochen 

gut. 

Die ersten Bänder wurden bereits im 

Kaltwalzwerk standardmäßig durchgesetzt. 

Nach dem Abwalzen des gegossenen Produktes 

an eine Enddicke von 0,8 mm wurden 

die Bänder geglüht und unter Standardkriterien 

der konventionellen Produktion 

bewertet. Die Oberflächeninspektion 

zeigte keine bedeutenden Oberflächenfehler 

auf. Der Reinheitsgrad der Bänder ist 

auf Grund der raschen Erstarrung besser 

als bei konventionell erzeugten Bändern. 

Dies führt zu verbessertem Korrosionsverhalten 

des Produktes. Die mechanisch 

technologischen Eigenschaften des Produktes 

sind mit denen konventioneller Pro- 

forum 


dukte vergleichbar, wobei die gemessenen 

Dehnungen am unteren Ende der Skala 

liegen. Die Anpassung der dem Gießprozess 

nachfolgenden Prozessstufen im Hinblick 

auf die Besonderheiten und charakteristischen 

Eigenschaften des direktgegossenen 

Materials wird nun nach der Stabilisierung 

des Gießprozesses ein wesentlicher 

Arbeitsschwerpunkt in den kommenden 

Monaten auf dem Weg bis hin zum vermarktungsfähigen 

Produkt sein. 

8 Pilotanlage Terni: Gießbedingungen 

für die industrielle Anlage 

Bei der Entwicklung des Bandgießens für 

vermarktungsfähige RSH-Produkte leistete 

die Pilotanlage in Terni eine wichtige Hilfestellung. 

Die Anlage, die von Acciai Speciali 

Terni betrieben wird, baut auf theoretischen 

Voruntersuchungen und praktischen 

Tests z.B. an der Aachener Laboranlage 

auf, um über die prinzipielle Vergießbarkeit 

einer Stahlsorte hinaus konkrete Betriebs- 

parameter der industriellen Anlage in Krefeld 

zu erproben. Anlagenteile und Verfahrensmodifikationen 

können hier später, 

ohne den Produktionsprozess zu unterbrechen, 

getestet und optimiert werden. 

Vor diesem Hintergrund wurde die Anlage 

in Terni Anfang 1999 vollständig modernisiert. 

Die Anlage ist derzeit in der Lage, 

60 t flüssigen Stahl zu einem Band der 

Breite 1.130 mm zu vergießen. Der Gießrahmen 

wurde bereits auf eine mögliche 

Verbreiterung der Anlage auf 1.350 mm 

vorbereitet. Weiterhin verfügt die Anlage 

über ein Warmwalzgerüst, welches eine 

Inline-Umformung des gegossenen Bandes 

mit Umformgraden bis zu 50 % ermöglicht 

(Bild 8). Die hohe Flexibilität der Pilotanlage 

Terni erlaubt es, verschiedene Stahlgüten 

und verschiedene Prozessbedingungen 

vergleichsweise einfach zu erproben. Zur 

weiteren Untersuchung der Bänder in den 

nachfolgenden Prozessschritten liegen 

gecoilte Bänder in industriellen Dimensionen 

vor, sodass die Weiterverarbeitung in 

Pilotanlage Terni: Erste europäische Bandgießanlage mit Inline-Warmwalzen (Bild 8)

25 


den Kaltwalzwerken unter den Standardbedingungen 

erfolgen kann. Hierdurch 

besteht die Möglichkeit der Optimierung 

des Gießprozesses aus den Ergebnissen 

am Endprodukt. 

Die Anlage erweist sich daher als wertvolles 

Werkzeug, sowohl für die Entwicklung 

von Prozessparametern z.B. der Inline- 

Warmwalzbedingungen für RSH-Stähle, als 

auch bei der Parameterentwicklung für das 

Bandgießen von Kohlenstoff- und Siliziumstählen 

sowie im Hinblick auf neue Einsatzgebiete 

der Bandgießtechnologie. 

Die Inbetriebnahme der Anlage nach der 

Modernisierung verlief sehr erfolgreich, 

sodass bereits seit Mitte 2000 eine Vielzahl 

kompletter 60-t-Chargen, sowohl aus 

autenitischem Edelstahl, als auch niedrig 

gekohltem Qualitätsstahl, vergossen und 

mit z.T. maximalem Umformgrad inline 

gewalzt wurden. Die ersten Ergebnisse zeigen 

eine weitere Verbesserung der mechanisch 

technologischen Eigenschaften des 

direktgegossenen und inline gewalzten 

Bandes (Bild 9). So können die Dehnungswerte, 

die beim gegossenen Material noch 

an der unteren Normgrenze liegen, durch 

Inline-Walzen deutlich verbessert werden. 

Auch hier wird die Anpassung der dem 

Gießprozess nachfolgenden Prozessstufen 

ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt in den 

kommenden Monaten sein. 

9 Laboranlage Aachen: 

Basisuntersuchungen 

Kleinere Bandgießanlagen im Labormaßstab 

sind in der Lage, flexibel und kostengünstig 

die zahlreichen Gießparameter der 

unterschiedlichen bestehenden Stahlsorten 

sowie neuer Legierungen zu ermitteln. 

Solche Anlagen erzeugen Probematerial, 

an dem sowohl das Gussband charakterisiert 

forum 


Bandgießen: Warmbandeigenschaften (Bild 9) 

als auch die prinzipielle Weiterverarbeitbarkeit 

sowie Endeigenschaften des Kaltbandes 

untersucht werden können. 

Dies sind auch die wesentlichen Zielsetzungen 

der Laborbandgießanlage von 

ThyssenKrupp Stahl, die seit 1988 gemeinsam 

mit dem Institut für Bildsame Formgebung 

an der RWTH Aachen betrieben wird. 

Neben der Entwicklung von mathematischen 

Modellen [2] zur Beschreibung der 

Rollenbombierung, der Stahlströmung und 

des Bandbildungsprozesses, werden seit 

einigen Jahren unterschiedliche Stahlsor- 

Bandgießanlage am IBF, RWTH Aachen (Bild 10) 

ten zu Band gegossen. Ziel ist die Überprüfung 

der Bandgießfähigkeit sowie die 

Anpassung von Prozess und Stahlzusammensetzung 

im Hinblick auf die Herstellung 

von vermarktbarem Band. Die stahlsortenspezifischen 

Erscheinungen werden durch 

Anpassung der Gießparameter wie Überhitzung, 

Gießgeschwindigkeit und Bandformungskraft 

berücksichtigt. 

Die Laborbandgießanlage in Aachen ist 

hinsichtlich der realisierten vollautomatisierten 

Prozessschritte mit denen der Pilotbandgießanlage 

in Terni vergleichbar, aber

26 


hinsichtlich der Bandbreite (150–300 mm) 

und der Schmelzengröße limitiert. Die 

Gießmaschine erhält Stahlschmelze aus 

einem 180-kg-Schutzgas-Induktionsofen. 

Unterhalb der Anlage durchläuft das Band 

eine Inertgaszone, Kühlstrecken und ein 

Inline-Warmwalzgerüst; das Band wird abschließend 

auf einen Haspeldorn gewickelt 

(Bild 10). Diese als Bandnachbehandlung 

bezeichnete Strecke dient zur Steuerung 

der Zunderbildung, zur Einstellung von 

Temperaturverläufen und zur Warmumformung. 

Abkühlungsgeschwindigkeiten von 

über 400 K/s werden realisiert. Innerhalb 

einer Einhausung für das Band kann der 

Sauerstoffgehalt der Atmosphäre so stark 

abgesenkt werden, dass die Zunderschichtdicken 

um bis zu 2 /3 im Vergleich zur Abkühlung 

an Luft verringert werden. Durch 

die Wahl der Gieß- und Nachbehandlungsparameter 

werden die mechanisch-technologischen 

Eigenschaften des Dünnbandes 

bestimmt. Die zu untersuchenden Stahlsorten 

orientieren sich an dem Stahlsortenspektrum 

der Kohlenstoff-Mangan-Qualitätsstähle 

wie Tiefziehgüten, hochkohlenstoffhaltiger 

Einsatzstahl und höherfeste mikrolegierte 

Güten sowie hochsiliciumhaltige Stähle für 

Elektroblech. Auch neuartige Stahlsorten 

wie Komplexphasenstähle werden erprobt. 

Beim Gießen von Band mit etwa 3 mm 

Dicke ergeben sich durch die schnelle 

Abkühlung Vorteile, die sich während der 

Erstarrung in dem feinen Primärgefüge – oft 

mit globulitischer Mittenzone – niederschlagen 

[3]. Bei den hohen lokalen Abkühlungsgeschwindigkeiten 

von mehreren 

100 K/s an der Erstarrungsfront resultieren 

geringe Sekundärdendriten-Armabstände 

von weniger als 10 µm. Dies wiederum hat 

geringe Mikroseigerungen und kurze Diffusionswege 

für den Konzentrationsausgleich 

zur Folge. Weiterhin ist bei einer durch- 

forum 


Gefügeausbildung eines bandgegossenen perlitarmen höherfesten Stahls, ohne und nach Inline-Warmwalzschritt 

(Bild 11) 

schnittlichen Verweildauer der Schmelze im 

Sumpf von ca. 10 s und einer Erstarrungszeit 

von weniger als 1 s die Gefahr gering, 

größere, qualitätsmindernde Ausscheidungen 

zu agglomerieren. 

„Inline“ zwischen Gießrollen und Haspel 

können die Bandeigenschaften gesteuert 

werden: Insbesondere die Temperaturführung 

kann wegen der geringen Banddicke 

gut zur Steuerung der Gefügeumwandlungen 

genutzt werden. Durch einen 

Warmwalzstich wird eine eventuell vorhandene 

Mittenporosität beseitigt; gleichzeitig 

bietet sich dadurch eine Möglichkeit zur 

weiteren Kornfeinung an: Die kornfeinende 

Wirkung eines Warmwalzstiches bringt die 

bereits im Gusszustand feine Gefügeausbildung 

auf das Niveau von Warmbändern 

aus konventioneller Fertigung (Bild 11). Im 

Gussband eines perlitarmen mikrolegierten 

Aufbau Gießwalzanlage (Bild 12) 

Baustahles liegen Ferritkörner mit Durchmessern 

zwischen 6,5 und 10 µm 

(GASTM=10,3-11,5) vor, nach einer Inline- 

Umformung wurden nur noch 3,6 bis 

5,0 µm große Ferritkörner (GASTM=12,3- 

13,2) festgestellt [3]. 

Mit Hilfe der numerischen Simulation 

werden anhand von Modellrechnungen die 

thermomechanischen Prozesse beim Bandgießen 

mit Walzstufe optimiert, wie es im 

Falle des Warmwalzens heute üblich ist. 

Ziele der Modellierung sind Parameterstudien 

zum Einengen des technologischen 

Fensters für gezielte Versuche und die 

Übertragbarkeit der Ergebnisse des Labormaßstabes 

auf Anlagen für die betriebliche 

Produktion. Der Modellabgleich erfolgt 

durch Dilatometerversuche mit betriebsnahen 

Parametern. 

Walzgerüst

27 


10 Von der Pre-industrial zur 

Industrial Plant 

ThyssenKrupp Steel befindet sich im 

Hinblick auf die Entwicklung des Bandgießverfahrens 

in einer ausgesprochen 

komfortablen historischen Lage. Die Verfügbarkeit 

über eine Labor-, eine Pilot- und 

eine vorindustrielle Anlage insbesondere 

mit den dort eingearbeiteten und engagierten 

Teams ist einmalig. Diese Voraussetzungen 

in Verbindung mit den insgesamt 

sehr positiven Ergebnissen in Krefeld waren 

derart ermutigend, dass die Erweiterung 

der vorindustriellen Bandgießanlage in Krefeld 

zur vollständig industriellen Anlage 

zügig vorangetrieben wird. Aufbauend auf 

den bereits beschriebenen industriellen 

Komponenten wird die Bandgießanlage 

Krefeld mit einem Inline-Warmwalzgerüst 

und einer Doppelcoileranlage ausgestattet 

(Bild 12). Die Inbetriebnahme des Warmwalzgerüstes 

ist im ersten Halbjahr des 

Jahres 2001 vorgesehen. Im Zuge des weiteren 

Ausbaus wird die Rollenbreite der 

Gießanlage auf 1.450 mm verbreitert und 

eine Schnellwechseleinheit für die Seitenplatten 

installiert. Zudem werden Arbeiten 

in der Peripherie der Anlage (z.B. Wasserwirtschaft, 

Stromversorgung etc.) durchgeführt 

und eine Infrastruktur für die Instandhaltung 

geschaffen. Nach Abschluss dieser 

Arbeiten wird die Anlage in den kontinuierlichen 

Hochfahrbetrieb übergehen, um die 

geplante Produktionskapazität von 400.000 

t/a RSH–Stahl zu erreichen. 

Wir sind zuversichtlich, dass wir damit 

ein bedeutsames Kapitel in der Entwicklungsgeschichte 

der Metallurgie von Eisen 

und Stahl, besonders im Gebiet der hochlegierten 

Edelstähle, erfolgreich abschließen 

werden. 

forum 


Literatur 

[1] Albrecht-Früh, U.; Capotosti, R.; 

Damasse, J. M.; Hohenbichler, G.: 

EUROSTRIP – Future Perspective of 

the Strip Casting Process for Flat 

Steel Production. 

Continuous Casting Conference 2000, 

Linz / Austria, Juni 2000 

[2] Senk, D.; Litterscheidt, H.; Simon, 

R. W.; Kopp, R; Rake, H.: 

Modellbildung und Prozesssimulation 

zum Bandgießen nach dem Zwei-Rollen-Verfahren. 

Stahl und Eisen 115 (1995) Nr. 5, 

S. 107–111 

[2] Senk. D; Schmitz, W.; Schmitz, H.-P.; 

Kopp, R.; Hagemann, F.; Hammer, B.: 

Umformen und Kühlen von direktgegossenem 

Band. 

Stahl und Eisen 120 (2000), Nr. 6, 

S. 65–69

28 

John M. Vergoz 

Intelligenter Fertigungsprozess – Six-Sigma-Teile aus SMC 

forum 


Teilansicht des Werkes Carey, Ohio, der Budd Company (Bild 1)

29 

1 Einführung 

Der intelligente Fertigungsprozess Six- 

Sigma wird im Werk Carey, Ohio, der Budd 

Company zur Fertigung von Fahrzeugteilen 

aus SMC-Kunststoff (Sheet Molded Composite) 

für DaimlerChrysler, Ford und 

General Motors eingesetzt. Das Werk der 

Budd Company in Carey, Ohio, wurde 1970 

gegründet und hat derzeit 417 stundenweise 

und 65 fest angestellte Beschäftigte. Das 

Werk Carey wird im Jahr 2000 15.000 Tonnen 

SMC-Kunststoffteile fertigen und soll 

2,8 Millionen Teile an Ford, 342.000 Teile 

an DaimlerChrysler und 9.000 Teile an 

General Motors liefern. Für das Geschäftsjahr 

2000 rechnet Carey mit Umsätzen in 

Höhe von 70 Mio Dollar. Zu den wichtigsten 

Produkten, die in Carey gefertigt werden, 

zählen Fahrzeug-Kühlergrillträger und 

-Motorhauben mit Oberflächenanforderungen 

der Klasse A. Six-Sigma hat maßgeblich 

dazu beigetragen, dass die Fehlerrate 

von Carey bei Ford, General Motors und 

DaimlerChrysler derzeit bei weltweiten Spitzenwerten 

von 4 ppm, 0 ppm und 47 ppm 

(parts per million) liegt. Diese Six-Sigma- 

Methodik zur Verbesserung der Effizienz 

und Reduzierung der Fehlerrate kommt im 

Werk Carey seit Oktober 1996 zunehmend 

zum Einsatz. 

2 Six-Sigma 


Sigma (σ) ist ein griechischer Buchstabe, 

der in der Regel dazu dient, die Standardabweichung 

einer Normalverteilung 

mathematisch zu beschreiben. Six-Sigma 

ist ein Prozesssteuerungskonzept, das nach 

Perfektion strebt. Mit der Six-Sigma- 

Methodik soll die Produktfehlerrate bei den 

Kunden auf unter 3,4 ppm reduziert 

werden. 

forum 


Effekte einer Mittelwert-Verschiebung der Normalverteilung um 1,5 σ (Bild 2) 

Der Qualitätsausschuss der Budd 

Company wurde durch einen Besuch bei 

Motorola im April 1994 auf die Six-Sigma- 

Methodik aufmerksam. Die Erfahrung von 

Motorola untermauert die Tatsache, dass 

der Hersteller, der die höchste Qualität liefert, 

auch der Hersteller mit den geringsten 

Kosten ist. 

Bei General Electric lief mehrere Jahre 

lang ein aktives Six-Sigma-Programm, und 

auf der Jahreshauptversammlung 1999 

unterstrich der Vorsitzende Jack Welch die 

Rolle von Six-Sigma: „Six-Sigma bedeutet, 

Prozesse so festzulegen, dass sie nahezu 

perfekt sind. . . und sie dann so zu steuern, 

dass sie stabil bleiben. Die gemeinsame 

Zielsetzung von allen Six-Sigma-Programmen 

ist es, Abweichungen zu eliminieren.“ 

Abweichungen treten bei allen Produkteigenschaften 

auf. Abweichungen bei den 

Produkteigenschaften gefährden die 

Qualität. Doch Abweichungen bei den Produkteigenschaften 

lassen sich so steuern, 

dass sie innerhalb der vom Kunden vorgegebenen 

Grenzwerte liegen, indem die 

Produkteigenschaften stichprobenartig 

überprüft werden und der Fertigungsprozess 

entsprechend gesteuert wird. Letztendlich 

sorgt das Six-Sigma-Verfahren für die 

Stabilität und Haltbarkeit zukünftiger Produktkonstruktionen, 

da beim Auftreten von 

Abweichungen in den Teilen, die in dem 

aktuellen Produktionsprozess hergestellt 

werden, entsprechende Rückmeldungen 

erfolgen. Bild 2 zeigt die Verteilungskurve 

einer Produkteigenschaft, bei der der Mit- 

Ist eine Fehlerrate von 1% akzeptabel? (Bild 3)

30 Intelligenter Fertigungsprozess – Six-Sigma-Teile aus SMC 

Fehler-Definitionen (Bild 4) 

telwert der Daten um 1,5 σ verschoben ist. 

Der Prozessfähigkeitsindex Cpk ist eine 

Kennzahl, die beschreibt, inwieweit ein Prozess 

den Anforderungen oder spezifizierten 

Grenzwerten des Kunden entspricht. Ein 

Prozess mit einer Mittelwertverschiebung 

von 1,5 σ und Six-Sigma-Fähigkeit hat 

einen Cpk-Wert von 1,5 und erzeugt bei dem 

„Prozessschritt“ mindestens 99,99966 % 

gute Teile bzw. nicht mehr als 3,4 Fehler/ 

Million. 

Viele Prozesse arbeiten auf 3-Sigma- 

Niveau bzw. mit etwa 1 % Ausschuss. 

Doch wie in Bild 3 dargestellt, ist das 

3-Sigma-Niveau für viele Bereiche des 

täglichen Lebens nicht akzeptabel. Zum 

Glück befördern Fluggesellschaften ihre 

Passagiere oberhalb des 7-Sigma-Niveaus, 

während das Gepäck nur auf 4-Sigma- 

Niveau eingecheckt wird. Bei einem Flug ist 

es also 20.000 mal wahrscheinlicher, dass 

Sie das Ziel sicher erreichen, als dass Ihr 

Gepäck das Ziel sicher erreicht. 

Six-Sigma-Fähigkeit wird durch systematisches 

Aufzeichnen der Daten von 

Bauteilproben in jeder Phase des Fertigungsprozesses 

erreicht. Die aufgezeichneten 

Daten sind jeweils benannte „Fehler“, die 

bis zu einer Größe gesteuert bzw. kontrolliert 

werden, die deutlich innerhalb der vom 

forum 


Kunden spezifizierten Grenzen liegt. Die bei 

der Six-Sigma-Methodik verwendeten Fehlerdefinitionen 

sind in Bild 4 dargestellt. 

Die Methode der Prozesssteuerung umfasst 

die Einstellung der Prozessparameter, 

vorbeugende Wartung und Prozessbereinigung. 

Ford startet gerade ein sehr attraktives, 

Prozessfluss und Kontrollstationen (Bild 5) 

verbrauchergesteuertes Six-Sigma-Programm. 

3 Six-Sigma und SMC im Werk 

Carey 

Bild 5 zeigt den Prozessfluss und die 

Inspektionen für den SMC-Betrieb im Werk 

Carey. Das Bild zeigt links ein typisches 

Prozessflussdiagramm für den SMC-Prozess. 

Die acht dargestellten Prozessschritte 

sind mit roten Pfeilen verbunden und stellen 

wichtige wertschöpfende Schritte in 

dem Fertigungsprozess dar. Die grünen 

Pfeile rechts zeigen auf die Bereiche, in 

denen nach jedem Prozessschritt Proben 

entnommen werden. Im Fall Carey ermitteln 

wir Fehler und zählen diese nach 

jedem Prozessschritt.

31 

31 Intelligenter Fertigungsprozess – Six-Sigma-Teile aus SMC 

Produktprüfung (Bild 6) 

Die Fehlerkategorien sind folgende: 

● Rohmaterialfehler, beim Pressformen 

festgestellt 

● Pressformfehler, beim Pressformen festgestellt 

● Pressformfehler, beim Verbundvorgang 

festgestellt (Austrittsfehler) 

● Verbundfehler, beim Verbundvorgang 

festgestellt 

● Pressformfehler, beim Fertigstellen festgestellt 

(Austrittsfehler) 

● Verbundfehler, beim Fertigstellen festgestellt 

(Austrittsfehler) 

● Lackierfehler, beim Fertigstellen festgestellt 

Die Produktprüfung (Bild 6) wird in einem 

Auditverfahren von geschulten Six-Sigma- 

Prüfern durchgeführt. Obwohl der Probenentnahmeplan 

je nach Produkt variieren 

kann, werden im Allgemeinen für jeden 

Prozessschritt und in jeder Schicht mindestens 

5 Teile pro Formwerkzeug überprüft. 

Wie man sich vorstellen kann, sind 

forum 


die Prüfer bald sehr gut mit den Fehlern 

vertraut. Außerdem werden die Daten in 

einem Format erfasst, das beschreibt, in 

welchem Bereich des Bauteils sich der Fehler 

befindet. 

Die Datenerfassung (Bild 7) erfolgt mit 

einem Telxon-Datenerfassungssystem. 

Dies ist ein stiftbasiertes System, bei dem 

die Informationen auf einer Flash-Karte 

gespeichert und am Ende jeder Schicht in 

eine Access-Datenbank übertragen werden. 

Es ist wichtig, noch einmal darauf hinzuweisen, 

dass der Wert der von den Prüfern 

aufgezeichneten „Fehler“ deutlich unter der 

vom Kunden spezifizierten zulässigen Grenze 

liegt. 

Bei der Prüfung werden folgende Daten 

aufgezeichnet: Datum und Uhrzeit der Fertigung 

des Teils, Position und Größe jedes 

Fehlers, das Formwerkzeug sowie die 

Spannvorrichtungen zum Entgraten, zum 

Bohren und für den Verbundvorgang, die 

bei der Fertigung des geprüften Teils 

jeweils verwendet werden. Ferner werden 

Fehlerkategorien aufgezeichnet, wie z. B. 

Schmutz, Blasen, beschädigte Kanten, 

Faserrisse usw. Insgesamt können bei der 

Herstellung von SMC-Teilen im Werk Carey 

95 verschiedene Fehler auftreten. Diese 

Fehler entstehen in den Press-, Bohr-, 

Verbund- und Lackierphasen des SMC- 

Prozesses. Insgesamt sind in den Teilen, 

die jährlich in Carey gefertigt werden, 106 

Millionen Bohrungsfehler und über 10 Millionen 

Meter Kantenfehler möglich. Wir 

haben zum Beispiel gelernt, dass eine 

korrekte Wartung der Schneideinrichtungen 

erforderlich ist, um Haarrisse und Faserrisse 

an den Bauteilkanten zu minimieren. 

Ebenso ist eine genaue Wartung bei den 

Bohrungseinrichtungen notwendig, um Bohrungsfehler 

auf ein Minimum zu reduzieren. 

Alle Fehler werden kodiert und in einer 

Access-Datenbank geführt. Standardfehlerberichte 

werden täglich, wöchentlich, 

monatlich und vierteljährlich an Vertreter 

der Abteilungen Qualität, Technische Planung, 

Fertigung und Wartung herausgegeben. 

Maßnahmen zur Korrektur des Fer- 

Datenerfassung (Bild 7)

32 


Ermittlung der DPU’s und TDU’s (Bild 8) 

• Die Fehler pro Einheit (DPU) werden bei jedem Prozessschritt ermittelt 

(Fehler/Anzahl der geprüften Teile) 

• Die Gesamtfehlerquote (TDU) wird durch Addieren der DPU´s der einzelnen 

Prozessschritte ermittelt 

• Die Stellen mit den höchsten DPU´s werden täglich identifiziert und an 

Produktion, Technik und Qualitätswesen gemeldet 

Material- 

DPU 

Formen- Verbund- Montage- Lackieren- Fertigstellen- 

+ 

DPU 

+ 

DPU 

+ 

DPU 

+ 

DPU 

+ 

DPU 

= 

TDU 

tigungsprozesses werden eingeleitet, bevor 

der Fehler den vom Kunden vorgegebenen 

Grenzwert erreicht. 

Es werden die DPU-Werte (Defect per 

unit) der einzelnen Prozessschritte ermittelt 

(Bild 8). Dann werden die DPU-Werte aller 

Prozessschritte addiert, um einen TDU- 

Wert (Total defects per unit) für jede 

Produktlinie zu erhalten. Sobald die DPUund 

TDU-Werte ermittelt sind, fließen diese 

in den Planungsprozess zur kontinuierlichen 

Verbesserung ein. 

Planungsbesprechungen zur kontinuierlichen 

Verbesserung finden zweimal 

wöchentlich mit den Abteilungen Technische 

Planung und Qualität statt. Es werden 

Toplisten der DPU-Werte (normalerweise 

die oberen 3–5) für die einzelnen Produktlinien 

und für das gesamte Werk aufgestellt. 

Auf Basis einer Prioritätenliste werden Aktionsteams 

und Aktionspläne festgelegt, um 

die Probleme mit Hilfe von Problemlösungstechniken 

zu lösen. Alle Aktionspläne werden 

dokumentiert, und die zu ergreifenden 

Maßnahmen werden zusammen mit den 

voraussichtlichen, geschätzten Verbesserungen 

der DPU/TDU-Werte spezifiziert. 

Nach Durchführung der Maßnahmen prüft 

forum 


das Team die Prozessfähigkeit, indem es 

die als Ergebnis realisierten TDU-Werte 

aufzeichnet und mit der Zielsetzung vergleicht. 

Der Prozess ist fortlaufend und Bestandteil 

der von Carey eingesetzten dokumentierten 

Verfahren zur kontinuierlichen 

Verbesserung nach der Qualitätsnorm 

ISO 9000. 

Ein Beispiel für das Six-Sigma-Verfahren 

zur kontinuierlichen Verbesserung ist in 

Bild 9 für die Motorhaube des Fahrzeugs 

Prüfbereiche der Econoline-Motorhaube (Bild 9) 

Econoline mit einer Oberfläche und Kanten 

der Klasse A dargestellt. Hier ist die Motorhaube 

in 26 Bereiche unterteilt und nach den 

Buchstaben des Alphabets gekennzeichnet. 

Bild 10 zeigt die Fehler, die in der 45. KW 

1999 in den einzelnen Bereichen der Econoline-Motorhaube 

festgestellt wurden. Aus 

dieser Abbildung ist ersichtlich, dass die 

Fehler in den Bereichen Q, D, E, F, G, H, I, 

J und K dicht an die Kundenspezifikation 

herankommen. Dies deutet auf ein mögliches 

zukünftiges Problem bei der Kantenentgratung 

hin. Es wurden daraufhin 

vorbeugende Wartungsarbeiten an den 

Formwerkzeugen durchgeführt, und in der 

46. KW 1999 waren die Fehler auf die in 

Bild 11 dargestellten Werte reduziert. 

Durch Verfolgung der einzelnen Fehlercodes 

ist es möglich, Trends bei den Daten 

zu analysieren und bestimmte Wartungsarbeiten 

zu planen und durchzuführen, 

bevor es bei den Kunden zu Problemen 

kommt. Die Daten werden analysiert und 

in Beziehung gesetzt, um genau vorherzusagen, 

welche Werkzeuge wann aufgearbeitet 

und ersetzt werden sollten. 

Die DPU/TDU-Werte werden intern für

33 


Fehler an der Econoline-Motorhaube in der 45. KW 1999 (Bild 10) 

Anforderungen im Hinblick auf Werkzeugbestückung, 

Prozessänderungen und Mittelbedarf 

eingesetzt. Alle Anforderungen 

bezüglich zusätzlicher Werkzeuge, Werkzeugaufarbeitung 

oder Budgeterhöhungen 

(produktbezogen) bedürfen der Angabe der 

aktuellen DPU- oder TDU-Werte und der 

voraussichtlichen Verbesserungen. Nachdem 

die Prozessänderungen erfolgt sind, 

forum 


Kundenspezifikation 

Kundenspezifikation 

Fehler an der Econoline-Motorhaube in der 46. KW 1999 (Bild 11) 

werden die realen DPU/TDU-Werte aufgezeichnet, 

um zu prüfen, welche Verbesserungen 

erzielt wurden. 

Die Senkung der DPU- und TDU-Werte 

wird auf Ebene der Plastics Division von 

Budd verfolgt, um das Kosten-Nutzen- 

Verhältnis zu ermitteln. 

Der letzte Schritt im Six-Sigma-Ansatz 

zur Verbesserung des Verfahrens besteht 

darin, die Informationen in den Konstruktionsprozess 

einzubeziehen, wo der größte 

Effekt zu erzielen ist. In der Plastics Division 

umfasst dies DPU/TDU-Ziele für alle neuen 

Produktentwicklungsprogramme als 

Bestandteil des APQP-Prozesses, Benchmarking 

von Prozessen anhand der DPU- 

Daten zur Ermittlung der „best practices“ 

und eine kontinuierliche Verfolgung und 

Verbesserung der TDU-Werte für alle Programme. 

4 Abschließende Bemerkungen 

Ein Beweis für die Effektivität des Six- 

Sigma-Programms im SMC-Werk der Budd 

Company in Carey, Ohio, sind die weltbesten 

ppm-Werte bei verschiedenen Kunden. 

Weitere Vorteile des Programms sind: 

● die Fähigkeit, die Auswirkung von 

Prozessänderungen sofort zu erkennen 

und zu messen 

● die Fähigkeit, für Wartungsarbeiten Prioritäten 

und Ziele festzulegen 

● die Fähigkeit, durch Benchmarking (mit 

Ist-Daten) Prozesse zu vergleichen, um 

die „best practices“ zu ermitteln 

● die Fähigkeit, die Fortschritte des kontinuierlichen 

Verbesserungsprogramms 

nach den QS-Anforderungen zu dokumentieren 

Als letzter wichtiger Punkt ist zu beachten, 

dass alle Six-Sigma-Prüfungen für die drei 

Schichten in Carey von insgesamt vier 

stundenweise beschäftigten Kräften durchgeführt 

werden. Dies ist nur ein Bruchteil 

der Anzahl von Beschäftigten, die vor 

Einführung des Six-Sigma-Verfahrens im 

Werk Carey zur Aufarbeitung der SMC-Teile 

erforderlich waren.

34 

Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Arndt R. Birkert, 

Kurt Lagler, 

Dipl.-Ing. M.S. in Management Thomas Meichsner, 

Dipl.-Ing. (BA) Hannes Winter 

Moderner Aluminium-Space-Frame durch intelligentes 

Karosseriebaumanagement ® 

forum 


Fertigungszelle für Bodengruppe in Virtual Reality (Bild 1)

35 

1 Einleitung 

Moderner Aluminium-Space-Frame durch intelligentes Karosseriebaumanagement ® 

Aus den bisweilen vielfach zitierten 

Anforderungen an moderne Karosserien, 

wie insbesondere werkstoff- und konstruktionsoptimierter 

Leichtbau, kurze Entwicklungszeiten 

und wirtschaftliche Umsetzbarkeit, 

lassen sich für den Karosseriebau verschiedene 

Lösungsansätze ableiten. Diese 

basieren in technologischer wie in wirtschaftlicher 

Hinsicht auf dem Fahrzeugbzw. 

Karosseriekonzept, dem zunächst die 

Herstellverfahren der einzelnen Karosseriekomponenten, 

außerdem die Fügeverfahren 

zum Verbinden der Einzelkomponenten 

und Baugruppen sowie schließlich die 

dazugehörende Fabrikplanung zu Grunde 

liegen. Hinzu kommen wachsende Anforderungen 

des Marktes, die durch einen 

zunehmenden Individualismus geprägt 

sind. Diese Anforderungen schlagen sich 

auf Seiten der Automobil- und Automobilzulieferindustrie 

in immer größeren Produktpaletten 

bei mitunter abnehmenden 

Stückzahlen nieder. Das heißt, dass die 

Variantenvielfalt stetig zunimmt, um den 

Kundenwünschen gerecht zu werden. 

Die Integration sämtlicher oben genannten 

Disziplinen und Anforderungen erfolgt 

durch ein intelligentes und umfassendes 

Karosseriebaumanagement ® im Sinne 

eines Simultaneous Engineering, welches 

zur Erzielung optimaler Lösungen in einem 

kontinuierlichen Entwicklungsprozess alle 

fertigungsrelevanten Belange berücksichtigt. 

Die Zusammenhänge sind in Bild 2 

dargestellt. 

Einen möglichen Lösungsansatz zur 

Realisierung der diskutierten Ziele stellen 

moderne Space-Frame-Strukturen aus 

Aluminium unter Verwendung von Strangpressprofilen, 

Blechteilen und Aluminium- 

Druckgussteilen dar. In diesem Zusammen- 

forum 


Simultaneous Engineering im Karosseriebau (Bild 2) 

hang bietet die Krupp Drauz GmbH im 

Technologieverbund mit ihren Schwestergesellschaften 

von ThyssenKrupp Automotive 

das gesamte Entwicklungs- und Realisierungs-Know-how 

aus einer Hand. Im 

Folgenden ist das Leistungsspektrum von 

TKA unter Verwendung ausgesuchter Beispiele 

dargestellt (Bild 3). 

Krupp Drauz GmbH 

Beispiele für Aluminium-Bauteile (Bild 3) 

2 Das Karosseriekonzept 

Neue Karosseriekonzepte, die die oben 

genannten Anforderungen erfüllen, basieren 

vorzugsweise auf modularen Plattformstrategien 

auf der Grundlage von Space- 

Frame-Strukturen. Das Ergebnis sind Produktfamilien, 

wodurch einzelne Modelle 

innerhalb einer Familie bei einem segmentartigen 

Aufbau aus verschiedenen Baugruppen 

durch den Austausch einzelner 

Modulen entstehen (Bild 4). 

Die gewünschte Modularität und damit 

Flexibilität erhält man, indem man bei- 

Kloth-Senking Metallgießerei GmbH 

Krupp Drauz GmbH Krupp Drauz GmbH

36 


spielsweise auch im Sinne einer wirtschaftlichen 

Fertigung die klassische Modulbildung 

Vorderwagen/Boden Mitte/Hinterwagen/Seitenwand/Dach 

hinter sich lässt und 

übergeht zu einer Modulbildung Vorderwagen 

unten/Vorderwagen oben/Boden 

Mitte/Hinterwagen unten/Hinterwagen 

oben/Seitenwand/Dach. 

Die Verwendung von Aluminium trägt 

dabei zum einen der Forderung nach einem 

gewichtsoptimierten Fahrzeugbau Rechnung 

und unterstützt zum anderen durch 

den möglichen kombinierten Einsatz von 

Strangpressprofilen, Gussteilen und Blechteilen 

die geforderte Flexibilität im Karosseriebau. 

Die Akzeptanz von Aluminium als 

Karosseriewerkstoff spiegelt sich in der 

zunehmenden Anzahl an Fahrzeugtypen 

wider, die entweder ganz oder teilweise aus 

Aluminium hergestellt werden. Genannt 

seien an dieser Stelle folgende Typen: 

Aston Martin Vanquish, Audi A8, Audi 

A2, BMW Z8, DaimlerChrysler S-Coupe, 

Ferrari 335, Ford P 2000, Jaguar X350, 

Lotus Elise, Porsche 928, Range Rover, 

und andere. Darüber hinaus wird im 

europäischen und überseeischen Ausland 

momentan mit Nachdruck an Fahrzeugkonzepten 

gearbeitet, die ganz oder teilweise 

aus Aluminium hergestellt werden sollen. 

Bild 5 zeigt den Aufbau des Audi A2 in 

schematischer Darstellung. 

Bei der konkreten Umsetzung von Aluminium-Leichtbaugedanken 

in die Praxis 

haben sich im Wesentlichen die folgenden 

Konzepte herauskristallisiert: 

● Aluminium-Space-Frame 

(z.B. Audi A8 und A2) 

Kennzeichnend für diese Bauweise ist 

die ehr oder weniger gleichmäßige 

Verwendung von Guss-, Strangpressund 

Blechteilen. 

forum 


Mögliche Fahrzeugvarianten innerhalb einer Modellreihe (Bild 4) 

● Selbsttragende Aluminiumkarosserie 

(z.B. Ford P 2000) 

In Analogie zur selbsttragenden Stahlkarosserie 

handelt es sich hierbei um 

einen blechintensiven Rohbau auf der 

Basis von Aluminiumblech. Guss- und 

Strangpresskomponenten kommen nur 

sehr begrenzt zum Einsatz. 

● Aluminium-Profilmischbauweise 

(z.B. BMW Z8, Lotus Elise) 

Bei der Profilmischbauweise entsteht 

auf der Basis von Strangpressprofilen 

eine Rahmen- oder Kastenstruktur, die 

mit Außenhautteilen eines beliebigen 

Werkstoffs verkleidet wird. Diese Variante 

eignet sich auf Grund der geringen Werkzeugkosten 

für Strangpressprofile 

gegenüber denen für Gussteile insbesondere 

für Baureihen in kleinen Stückzahlen. 

● Stahl- und Aluminium-Mischbauweise 

(z.B. DaimlerChrysler S-Coupe) 

Die Stahl- und Aluminium-Mischbauweise 

– auch Hybridbauweise genannt – 

vereint die Werkstoffe Stahl und Aluminium 

einschließlich derer Vorteile in einer 

Karosserie. 

Im Folgenden wird auf die einzelnen Aktivitäten 

und Verfahren zur Realisierung intelligenter 

Karosseriekonzepte näher eingegangen. 

Die Ausführungen basieren auf 

Erfahrungen, die in jüngster Vergangenheit 

bei ThyssenKrupp Automotive und insbesondere 

bei Krupp Drauz gesammelt 

wurden. 

3 Fabrikplanung (und Vorrichtungs- 

und Anlagenbau) 

Im Rahmen der Fabrikplanung im weitesten 

Sinne entsteht virtuell die gesamte Infrastruktur, 

welche zur Umsetzung der Rohbauumfänge 

erforderlich ist. In Bild 6 ist 

ein Ausschnitt aus dem Layout eines Rohbaus 

dargestellt. Hierbei sind sämtliche 

Belange des Kunden hinsichtlich Fertigungstiefe, 

zur Verfügung stehende Kapazitäten 

bezüglich Organisation, Raum, Personal 

und vieles mehr zu berücksichtigen. 

So beeinflusst beispielsweise die Verfügbarkeit 

von Fachpersonal den Automatisierungsgrad 

in der Produktion. Bild 7 verdeutlicht 

die Vielfältigkeit der Planungsparameter. 

Die Problematik liegt darin, dass 

die Planungsparameter in der Regel nur 

teilweise zu Projektbeginn festgeschrieben

37 


werden. Somit fließen die anfangs nicht 

bestimmten Parameter mit zunehmendem 

Projektfortschritt in das Pflichtenheft mit 

ein. 

Die Krupp Drauz Gruppe, bestehend aus 

der Krupp Drauz GmbH in Heilbronn sowie 

ihrer Tochtergesellschaft Krupp Drauz Ingenieurbetrieb 

GmbH in Hohenstein-Ernstthal, 

zählt die Fabrikplanung in oben genanntem 

Sinne zu ihren Kernkompetenzen. Unter 

Zuhilfenahme modernster Techniken, wie 

z.B. virtueller Planungsinstrumente (Virtual 

Reality, Robotersimulation), entstehen 

Fabrikkonzepte, die sämtliche Kriterien hinsichtlich 

einer wirtschaftlichen Umsetzbarkeit 

berücksichtigen. So wurde bei Krupp 

Drauz im Sinne einer hohen Planungssicherheit 

eine mehrkanalige Großbild- 

Rückprojektionswand installiert. 

Der einem flexiblen, segmentartigen 

Aluminiumkarosseriebau zugrunde liegende 

Systemgedanke bildet hierbei den Leitfaden 

für eine praktikable Umsetzung. 

Grundsätzlich findet sich der durch den 

Automobilbauer vorgegebene Modularitätsgrad 

der Karosserie in der Fabrikplanung 

von Krupp Drauz wieder. 

Audi-Space-Frame am Beispiel Audi A2 (Quelle: Audi AG) (Bild 5) 

forum 


4 Fügende Fertigungsverfahren 

Als Fügeverfahren kommen in den Anlagen 

von Krupp Drauz unter anderem das 

Laserschweißen, das MIG-Schweißen, das 

Nieten, das Durchsetzfügen und das Kleben 

zum Einsatz. 

Das Widerstandspunktschweißen wird 

bei Aluminium kaum angewendet, da die 

stets vorhandene Oxidschicht in schwankender 

Ausprägung die Qualität der 

Schweißverbindung mitunter stark beeinträchtigt. 

Eine gewünschte Prozesssicherheit 

ist somit nicht gegeben. 

Das Laserschweißen bietet sich insbesondere 

für die Verbindung von Blechteilen 

mit anderen Halbzeugen an, da auf Grund 

durchgehender Schweißnähte hohe Steifigkeiten 

der Fahrzeugstruktur erzielt werden. 

Der Forderung nach geringsten Schweißspalten 

wird dadurch Rechnung getragen, 

dass Blechteile infolge ihrer vergleichsweise 

geringen Steifigkeit mittels entsprechender 

Spannvorrichtungen spaltfrei auf dem zu 

verschweißenden Bauteil angedrückt werden 

können. 

Das Verschweißen von Strangpressprofilen 

oder Gussteilen untereinander mittels 

Laser erfolgt nur dann prozesssicher, wenn 

die spaltfreie Fixierung zueinander sicher 

gewährleistet werden kann. Prinzipiell können 

CO2-Laser oder Nd-YAG-Laser verwendet 

werden. Der Nd-YAG-Laser wird derzeit 

von Krupp Drauz gegenüber dem CO2- 

Laser favorisiert. Als Gründe hierfür können 

die Zugänglichkeit der Schweißnaht oder 

das Energieabsorptionsvermögen beim 

Schweißen von Aluminium und die damit 

verbundene höhere Effizienz genannt werden. 

Darüber hinaus treibt Krupp Drauz 

Neuentwicklungen im Bereich des Remote- 

Laserschweißens voran. 

Das MIG-Schweißen kommt bei der Verbindung 

von Gussteilen, Strangpressteilen 

und Blechen jeweils untereinander und 

halbzeugübergreifend zum Einsatz. Dem 

Vorteil einer möglichen Kompensation von 

Schweißspalten und damit Toleranzen in 

den Einzelteilen gegenüber dem Laserschweißen 

steht die hohe Wärmeeinbringung 

und der daraus resultierende Bauteilverzug 

gegenüber. Zu Gunsten hoher 

Schweißgeschwindigkeiten sind aber auch 

hier die Schweißspalte möglichst gering zu 

halten. 

Eine wesentliche Besonderheit, die beim 

MIG-Schweißen von Aluminium zu berücksichtigen 

ist, ist die hohe Schmelztemperatur 

von ca. 2000 °C, die zum Aufschmelzen 

der auf Aluminiumoberflächen befindlichen 

Oxidschicht erforderlich ist. Durch die hohe 

Temperatur, die in etwa das Dreifache der 

Schmelztemperatur von Aluminium beträgt, 

entsteht ein äußerst dünnflüssiges 

Schmelzbad. Damit ist ein Schweißen über 

Kopf nicht möglich. Ebenso reduzieren 

schräge Nahtverläufe die Prozesssicherheit. 

Bei entsprechenden Schweißnahtlagen 

sind somit in der Anlagenplanung so

38 


genannte Trommelvorrichtungen vorzusehen, 

die eine optimale Schweißnahtlage 

ermöglichen. Ferner spielt der hohe Wärmeeintrag 

beim MIG-Schweißen in Verbindung 

mit der vergleichsweise hohen Wärmeausdehnung 

von Aluminium gegenüber 

Stahl eine wesentliche Rolle bei der Auslegung 

der Schweißvorrichtungen. Erschwerend 

kommt die Tatsache hinzu, dass die 

Schrumpfung von Aluminium beim Erkalten 

größer ist, als dessen Ausdehnung während 

des Schweißens. Für die erfolgreiche 

Umsetzung eines anspruchsvollen Aluminiumkarosseriebaus 

muss diese Problematik 

vom Anlagenbauer beherrscht werden. 

Das Nieten, und hier insbesondere das 

Stanznieten, wird beim Fügen von Aluminium 

eingesetzt, weil sich Punktschweißverbindungen 

bis heute nicht prozesssicher 

darstellen lassen. Der Vorteil des Stanznietens 

gegenüber dem Blindnieten liegt vor 

allem darin, dass keine Löcher in den zu 

fügenden Werkstücken vorgebohrt werden 

müssen. Allerdings ist gegenüber dem 

Blindnieten eine Zugänglichkeit der Fügestelle 

von beiden Seiten erforderlich. Ferner 

erweist sich häufig die Baugröße der Nietzange 

als nachteilig, die auf Grund der vergleichsweise 

hohen Prozesskräfte sehr 

massiv ausgeführt sein muss. Hierdurch 

wird die Zugänglichkeit der Fügestelle mitunter 

deutlich erschwert. 

Klebstoffe werden neben ihren Funktionen 

als Stützkleber und Bördel- oder Falznahtkleber 

z.B. als ergänzende Verbindungsmethode 

beim Nieten eingesetzt. 

Durch den zusätzlichen Auftrag von Klebstoff 

erhöht sich die Haltekraft von Stanznieten 

beträchtlich. Kleben als einziges 

Fügeverfahren scheidet für den Karosseriebau 

infolge der fehlenden Langzeiterfahrung 

in verschiedenen Klimazonen bis 

heute in der Regel aus. 

forum 


Beispiel-Layout einer Fertigungszelle (Bild 6) 

Das Durchsetzfügen wird bevorzugt für 

nicht dynamisch beanspruchte Teile wie 

Türen, Hauben und Deckel verwendet. 

Der wirtschaftliche Einsatz aller bei 

Aluminiumkarosserien eingesetzten Fügeverfahren 

erfordert einen angepassten 

Rohbau. Prinzipiell sind außer dem Laserschweißen 

alle genannten Fügeverfahren 

auch manuell umsetzbar. Dieses ermöglicht 

es dem Fabrikplaner, eine hinsichtlich 

der Losgröße, der Karosseriekomplexität 

und des Automatisierungsgrades optimale 

Gesamtanlage zu gestalten. 

5 Umformende Fertigungsverfahren 

Vor dem Hintergrund von Aluminium- 

Space-Frame-Anwendungen sind im 

Bereich der umformenden Fertigungsverfahren 

vor allem das Innenhochdruck- 

Umformen von Rohren und Profilen und die 

Herstellung von Blechteilen mittels kombinierten 

Tief- und Streckziehens zu nennen. 

Das Innenhochdruck-Umformen kommt 

hierbei in zwei grundsätzlich unterschiedlichen 

Verfahrensvarianten zum Einsatz. An 

erster Stelle sei das Innenhochdruck-Kalibrieren 

und Innenhochdruck-Lochen von 

Strangpressprofilen (SPP) genannt. Auf 

Grund der verfahrensbedingt gegebenen 

Abweichungen von SPP von der konstruktiven 

Sollgeometrie kann die Verwendung 

nichtkalibrierter SPP in der Karosseriestruktur 

abhängig vom Karosseriekonzept zu 

Effekten führen, die sowohl die Fertigung

39 


der Karosserie als auch die Karosserie 

selbst negativ beeinflussen. So haben z.B. 

Querschnittsabweichungen mitunter 

Schweißspalte zur Folge, welche eine 

erhebliche Herabsetzung möglicher 

Schweißgeschwindigkeiten bedingen können. 

Ferner können zu große Toleranzen 

bei den Einzelteilen, insbesondere bei Bauteilen 

mit einem hohen Integrationsgrad, zu 

unkontrollierbaren Abweichungen in der 

gesamten Toleranzkette der Karosserie 

führen. Maßabweichungen in Anbindungsbereichen 

von Beplankungsteilen können 

Unruhen im Erscheinungsbild der Pkw- 

Außenhaut hervorrufen, die die optische 

Qualität des Gesamtfahrzeugs mehr oder 

weniger stark beeinträchtigen. 

Durch das Innenhochdruck-Kalibrieren 

können an SPP Genauigkeiten von ± 0,2 mm 

erreicht werden. Bild 8 zeigt als Beispiel den 

Schweller, wie er im Audi A2 in der Form 

eines Zweikammer-Profils eingesetzt wird. 

forum 


Durch die Integration von Lochoperationen 

in den Innenhochdruck-Fertigungsprozess 

kann die Wirtschaftlichkeit des 

Gesamtprozesses verbessert werden, da 

die Löcher ansonsten in einem nachfolgenden 

Arbeitsschritt mittels mechanischer 

Bearbeitung oder Laserbearbeitung eingebracht 

werden müssten. 

Die Frage, ob ein Innenhochdruck-Kalibrieren 

erforderlich ist oder nicht, hängt 

von verschiedenen Faktoren, in erster Linie 

aber vom gewählten Karosseriekonzept 

und dem damit verbundenen Rohbaukonzept 

ab. Insbesondere bei gebogenen SPP 

kann ein Kalibrieren alleine dadurch erforderlich 

werden, dass die Querschnitte der 

Werkstücke beim Biegen je nach Komplexität 

der Biegegeometrie mehr oder weniger 

stark einfallen, was durch Kalibrieren rückgängig 

gemacht werden kann. 

Die zweite grundsätzliche Verfahrensvariante 

stellt das Aufweiten oder auch Auf- 

Mögliche Einflußparameter bei der Auslegung einer Karosseriebauanlage (Bild 7) 

weitstauchen von Rohren und Profilen dar. 

Diese Verfahren werden eingesetzt, wenn 

am Werkstück deutliche Querschnittsänderungen 

bzw. eine Verdrehung von Querschnitten 

über der Werkstücklänge realisiert 

werden sollen. 

Die Aktivitäten von Krupp Drauz 

erstrecken sich im Bereich der Innenhochdruck-Umformung 

von der fertigungsgerechten 

Auslegung von Einzelkomponenten 

und Baugruppen über die Verfahrensentwicklung, 

den Werkzeugbau und den Prototypenbau 

bis hin zur Serienfertigung 

einschließlich aller erforderlichen Nachbearbeitungsschritte. 

Im Hinblick auf eine kontinuierliche Weiterentwicklung 

der Innenhochdruck-Verfahren 

im Besonderen und der Hydroumformung 

im Allgemeinen wurde bei Krupp 

Drauz in Heilbronn ein Entwicklungszentrum 

installiert. Ziel ist dort die ständige 

Weiterentwicklung von Verfahren und 

Betriebsmitteln. Bezüglich der Umformung 

von Aluminiumprofilen und -rohren werden 

z.B. die Integration von Endenbearbeitungsprozessen 

sowie das Trennen von 

einteilig umgeformten Doppelbauteilen im 

IHU-Prozess vorangetrieben. Einen weiteren 

Entwicklungsschwerpunkt mit dem Ziel 

der Verkürzung der Prozesskette und der 

Erhöhung der Wirtschaftlichkeit bildet die 

Integration von Vorform- und Vorbiegeprozessen 

in den IHU-Prozess. Ferner stellt 

besonders beim Umformen von Mehrkammerprofilen 

die zuverlässige Abdichtung 

der Profilenden während des Befüllens und 

Umformens einen wichtigen Aspekt dar. 

Mit den vielfältigen Erfahrungen im 

Bereich der Rohr- und Profilumformung ist 

Krupp Drauz in der Lage, alle relevanten 

Kriterien im Sinne einer wirtschaftlichen 

Herstellbarkeit bereits bei der Bauteilentwicklung 

zu berücksichtigen.

40 


Innenhochdruck-kalibriertes Strukturbauteil (Quelle: Audi AG, Krupp Drauz GmbH) (Bild 8) 

6 Der Kundennutzen 

Durch eine Zusammenführung einer Vielzahl 

von Aluminium-Aktivitäten und -Innovationen 

im Bereich Karosseriebaumanagement 

bietet Krupp Drauz eine technologieübergreifende 

Projektabwicklung von 

der Entwicklung bis zur Fertigung gesamter 

Karosserien unter Einbeziehung sämtlicher 

erforderlicher Betriebsmittel und stellt sich 

damit den Herausforderungen des Marktes. 

Eine enge Zusammenarbeit mit den 

Schwesterunternehmen garantiert dem 

Kunden umfassende und kostenoptimale 

Lösungen bei minimierten Durchlaufzeiten. 

forum 


Durch die Entwicklung von Karosseriekomponenten 

und Gesamtkarosserien in 

ständigem Dialog mit den Verfahrenstechnikern 

ist die Berücksichtigung fertigungstechnischer 

Belange in allen Entwicklungstufen 

gewährleistet. Der größte Nutzen 

wird hierbei erreicht, wenn sich die 

Projektpartner, wie z.B. Automobilist, Anlagenbauer 

und Teilelieferant, zu einem möglichst 

frühen Zeitpunkt zusammenfinden.

41 

Dipl.-Ing. Roman Bilmayer, 

Dipl.-Ing. René Lörenz 

Hochautomatisierte Fertigung von Baugruppen für Lenksäulen 

forum 


Audi B6-Lenksäule (Bild 1)

42 

1 Einleitung 


Die Krupp Presta AG mit Sitz in Liechtenstein 

ist einer der weltweit führenden Hersteller 

von Lenksäulen, Lenkwellen und 

gebauten Nockenwellen. 

Zu den Kunden von Krupp Presta zählen 

namhafte Automobilhersteller am Weltmarkt. 

Derzeit produziert Krupp Presta jährlich 

ca. 20 Mio Lenkwellen (drehmomentübertragendes 

Teil der Lenksäule). Davon werden 

ca. 6 Mio in der Krupp Presta zu kompletten 

Lenksäulen weiterverbaut. Die 

Stückzahlen der einzelnen Produkte bewegen 

sich zwischen 20.000 und 1.200.000 

pro Jahr. 

Die Anforderungen an eine Lenkwelle/ 

Lenksäule können in 4 grobe Blöcke unterteilt 

werden: 

● aktiver und passiver Personenschutz 

durch Energieabsorbtion im Chrashfall 

● Drehmomentübertragung Lenkrad – 

Lenkgetriebe (Funktionalität) 

● Komfort (Höhen-/Längsverstellung) 

● Vermittlung Lenkgefühl (Rollreibung, 

Hysterese) 

2 Produktespektrum 

Plattform- und Gleichteilestrategie sind 

derzeit die großen Schlagworte in der 

Automobilindustrie. Dies muss auch die 

Strategie der Krupp Presta sein. Die Variantenvielfalt 

der Produkte seitens des Marktes 

stellt sich derzeit bei Lenksäulen wie folgt 

dar: 

● ca. 50 verschiedene Lenksäulen mit ca. 

200 Untervarianten 

● ca. 60 bis 80 unterschiedliche Einzelteile 

je Lenksäule 

forum 


Matrix modularer Produktaufbau (Bild 2) 

Dies bedeutet aus montagetechnischer 

Sicht: 

● ca. 100 bis 200 Montageoperationen je 

Lenksäule 

● ca. 70 bis 100 Prüfoperationen ( großteils 

in Montageoperationen integriert) 

Die Vielfalt der unterschiedlichen Designs 

spiegelt sich unmittelbar in der Komplexität 

der Montagetechnik wider. 

Dies bringt folgende Schwierigkeiten mit 

sich: 

● Kundenspezifische Entwicklungen führen 

zu kundenspezifischen Lösungen. Das 

Ergebnis ist eine Vielzahl an Designvarianten, 

welche auf bestehenden oder 

auch neuen Montagemaschinen nur mit 

sehr hohem finanziellem Aufwand bzw. 

gar nicht realisiert werden können. 

● Es entsteht eine hohe Produkte- und Prozessvielfalt, 

welche nur schwer in der 

Montage händelbar ist. 

● Durch die Komponenten- und Prozessvielfalt 

entsteht ein hoher Aufwand in der 

Entwicklung, was zu unsicheren Prozessen 

und langen Entwicklungszeiten führt. 

● Der Koordinations- und Abstimmungsaufwand 

zwischen Produkt-, Prozessentwicklung, 

Qualität und der Produktion 

wird enorm (Projektteam, Zulieferanten, 

Standorte, etc.). 

Die Komplexität der Produkte in Verbindung 

mit der Variantenvielfalt stellt daher 

hohe Anforderungen an das Produktdesign 

und die Fertigungskonzepte, um wirtschaftlich 

produzieren zu können. 

3 Konzept von Krupp Presta 

Krupp Presta begegnet der Variantenvielfalt 

und Komplexität durch: 

● automationsgerechte modulare Produktgestaltung 

● standardisierte Montageprozesse 

● modulare und flexible Montagekonzepte

43 


3.1 Automationsgerechte 

modulare Produktgestaltung 

Durch modularen Aufbau der Produkte 

wird die Produktkomplexität beherrschbar. 

Baugruppen werden funktional und physisch 

unabhängig und können für mehrere 

Kunden eingesetzt werden. Dies erhöht die 

Stückzahlen und schafft die Basis für eine 

vollautomatisierbare und damit wirtschaftliche 

Massenfertigung (Bild 2). 

3.2 Standardisierte Montageprozesse 

Die Herstellung von Sicherheitsbauteilen 

bei Krupp Presta erfolgt auf Basis weitgehend 

standardisierter Verbindungstechnologien 

(z.B. Fügeprozesse, Verstemmoperationen, 

Taumelnieten, Zwick-/Stauchprozesse 

und alternative Technologien). 

Die Prozessabsicherung erfolgt über 

geregelte Prozesse mit automatischer 

Qualitätsüberwachung (kritische Prozesse 

werden zu 100 % während des Montagevorganges 

überwacht) (Bild 3). 

forum 


Darstellung einer Kraft-Wegmessung (Bild 3) 

3.3 Analyse und Auswertung der 

Betriebs-, Produktions- und 

Qualitätsdaten 

Über eine standardisierte Rezeptur werden 

typenspezifisch Produkt-, Maschinenund 

Qualitätsparameter definiert (Bild 4). 

Die während der Produktion anfallenden 

Daten werden fortlaufend erfasst und sind 

die Basis für Prozess- und Designverbesserungen 

(Bild 5). 

Eine standardisierte Ausschussbehandlung 

garantiert, dass bei Über- oder Unterschreitung 

der Toleranzgrenzen die Aus- 

schussteile automatisch entsorgt werden. 

Dadurch wird sichergestellt, dass nur Gut- 

Teile in weiteren Montageschritten verbaut 

werden. 

4 Beispiel einer hochautomatisierten 

Montagelinie bei 

Krupp Presta 

Standardisierte Prozesse sowie modulare 

Produktgestaltung waren die Voraussetzung 

für ein flexibles und modular erweiterbares 

Montagekonzept. Nachfolgend wird 

am Beispiel einer Gelenkwellenmontagelinie 

die Krupp Presta-Montagephilosophie 

erläutert: 

4.1 Ausgangssituation 

1998/99 wurde eine Montagelinie für die 

Fertigung von Lenkwellen und Lenkspindeln 

(drehmomentübertragendes Element 

der Lenksäule) beschafft. Die Beschaffung 

erfolgte aufgrund der Bestellung von 1,2 

Mio Lenkwellen eines namhaften Kunden. 

Weitere Aufträge unterschiedlichster Kunden 

waren bereits im Hause. Das Design 

für diese Aufträge war jedoch noch sehr 

unklar. Um eine wirtschaftliche Fertigung zu 

ermöglichen, wurde die Anlage kapazitäts- 

Typen- und Parameterverwaltung in der Rezeptur (Bild 4) Histogramm/Zeitlicher Verlauf der Einzelwerte (Bild 5)

44 


Produktaufbau einer Lenkwelle (Bild 6) 

mäßig für 4,5 Mio Stück/Jahr ausgelegt. 

Damit war die Voraussetzung geschaffen, 

das gesamte Auftragsspektrum abzudecken. 

Einer hochautomatisierten Anlage 

stand damit nichts mehr im Wege. Um die 

Auslastung bestehender Montageanlagen 

wie auch der neu zu beschaffenden Montagelinie 

möglichst hoch zu halten, wurde der 

Ausbau stufenweise geplant. Im Endausbau 

besteht der gesamte Montageverbund 

aus 7 Montageeinheiten, jede Einheit kann 

sowohl im Verbund als auch einzeln betrieben 

werden. 

Anforderungen an das Maschinenkonzept 

waren: 

● Abdeckung des Produktespektrums 

(Auslegung auf max. Bauraum des 

Produktespektrums) 

● kurze Rüstzeiten 

● Integrationsmöglichkeit von zusätzlichen 

Modulen (Modulbauweise) 

● Wiederverwendbarkeit der Montagemodule 

● stufenweiser Ausbau bis hin zu einer 

Vollautomation 

● jede Montageeinheit muss einzeln 

betrieben werden können 

● durchgängiges Konzept für Maschinen-, 

Betriebs- und Qualitätsdatenerfassung 

forum 


4.2 Ausbaustufe 1: 

Schiebewellenmontage 

Funktionen der Schiebewelle sind: 

● Montageeinbauhilfe beim Kunden ins 

Fahrzeug 

● Zusammenfahren der Lenkwelle im 

Crashfall 

In der ersten Stufe wurde die Schiebewellenmontage 

realisiert (Bilder 7 bis 9). 

Diese besteht aus 36 Einzelmontagemodulen 

und 5 Messmodulen. Um der hohen 

Taktzeitanforderung zu genügen, wurde ein 

starr verketteter Lineartransfer (Taktkette) 

gewählt, aufgebaut aus Einzelmodulen. 

Die Taktzeit der Kette beträgt 0,5 sec, die 

Gesamttaktzeit der Maschine 3,5 sec. je 

Ausbaustufe 1: Schiebewellenmontage mit manueller Teileeingabe (Bild 7) 

Teil. Bis dahin bestehende Lösungen 

haben eine Taktzeit, die um den Faktor 2,5 

mal höher ist. Durch Vereinheitlichung der 

Werkstückgreifbereiche konnten die normalerweise 

produktspezifischen Werkstückaufnahmen 

entfallen, dies führte zu massiven 

Rüstzeitreduktionen. Dadurch wurde es 

möglich, ein großes Typenspektrum auf der 

Anlage zu realisieren, derzeit ca. 15 verschiedene 

Produkte. Auf eine Vollautomatisierung 

der Zuführtechnik wurde zu diesem 

Zeitpunkt aufgrund des Mengengerüstes 

noch verzichtet. 


Erweiterung Zuführtechnik, 

Taumelnieten und Kreuzgelenkmontage 

1 

Zuführtechnik 

Derzeit werden ca. 50–60 diverse Gabelkomponenten 

verbaut, ebensoviele Wellen 

und Rohre in unterschiedlichen Dimensionen. 

In dieser Stufe wurde die vollautomatische 

Zuführung der Komponenten 

realisiert (Bild 10). 

Fügen Gabel/Welle mit anschließendem 

Taumelnieten 

Aufgrund der Mengenerhöhungen sowie 

dem Anlauf neuer Produkte wurde zusätzli-

45 


Teilansicht der Schiebewellenanlage (Bild 8) Blick in ein Funktionsmodul (Bild 9) 

che Taumelnietkapazität benötigt und realisiert. 

Damit ist es möglich, die bis dahin 

auf einer Vormontagemaschine gefertigte 

Taumelnietverbindung online zu fertigen. 

Kreuzgelenkmontage 1 

Die Kreuzgelenkmontage, Verbindung 

von weiteren 9 Komponenten, wurde in 

dieser Ausbaustufe aufgrund der Mengenkapazität 

realisiert. 


Erweiterung um Kreuzgelenkmontage 

2 

Die dritte Ausbaustufe ist derzeit in der 

Realisierung. Es ist ein identischer Nachbau 

des Moduls 1 und wird im Mai 2001 in 

den Anlagenverbund integriert werden 

(Bild 11). Ab diesem Zeitpunkt werden alle 

Lenkwellen online gefertigt werden. 

4.5 Erzielte Effekte 

Die flexible hochautomatisierte Gelenkwellenmontage 

führt bei Krupp Presta zu 

folgenden Verbesserungen: 

forum 


● Personaleinsparung im Vergleich zu alten 

Konzepten ca. 14 Mitarbeiter/Schicht 

● Montagekostenreduzierung um ca. 30 

bis 40 Prozent 

● höhere Personalqualifizierung der 

Mitarbeiter durch erhöhte technische 

Anforderung 

● kürzere Durchlaufzeiten durch Online- 

Fertigung der Baugruppe Lenkwelle 

● hohe Flexibilität (15 verschiedene Lenkwellen 

und Spindeln) 

● kundengerechte Produktion durch 

Online-Fertigung 

● kurze Rüstzeiten der Montageanlagen 

● kürzere Qualitätsregelkreise (Vormontagestufen 

wurden eliminiert, durchgängiges 

Betriebs-/Maschinen- und 

Qualitätsdatenerfassungskonzept 

realisiert) 

● Reduktion der Umlaufbestände 

● Vereinfachung der Auftragsdurchsteuerung 

(Disposition) 

Ausbaustufe 2: Erweiterung des Produktionsverbundes um zwei weitere Anlagen mit automatisierter 

Teileeingabe (Bild 10)

46 

5 Fazit 


Ausbaustufe 3: Erweiterung des Produktionsverbundes um eine weitere Kreuzgelenkmontage mit 

automatisierter Teileeingabe (Endausbau) (Bild 11) 

Eine hochautomatisierte und flexible 

Montage beginnt mit der modularen Produktgestaltung 

(Design). Dadurch wird die 

Produktkomplexität beherrschbar. Die Baugruppen 

werden weitgehend kundenunabhängig. 

In Verbindung mit standardisierten 

Montageprozessen wird es möglich, durch 

modular und flexibel ausgelegte Montagekonzepte 

Baugruppen in hohen Stückzahlen 

zu erzeugen. Dies rechtfertigt einen 

hohen Automatisierungsgrad und führt 

zu einer wirtschaftlichen Fertigung der 

Produkte. 

forum 

ThyssenKrupp 2/2000

47 

Dr.-Ing. Karsten Kroos, 

Dr.-Ing. Henry Puhl 

Moderne Logistik-Systeme für komplexe Modul-Lieferungen 

forum 


Elemente moderner Logistik-Systeme (Bild 1)

48 


1 Ausgangssituation 

Die gesamte Automobilindustrie, angefangen 

bei den Fahrzeugherstellern über 

die Systemlieferanten bis hin zu den Teileund 

Werkstofflieferanten, arbeitet permanent 

an Innovationen, die nachhaltige Veränderungen 

bei Produkten und Prozessen 

nach sich ziehen. Um die Innovationen in 

kurzer Zeit und mit höchster Qualität in 

erfolgreiche Produkte umsetzen zu können, 

gewinnen Systemlieferanten zunehmend an 

Bedeutung, die sich als strategische Partner 

der Fahrzeughersteller in die Entwicklung 

und Produktion komplexer Systeme 

einbringen und die dafür erforderlichen 

Ressourcen und Kompetenzen aufbauen. 

Vor dem Hintergrund dieser Entwicklung 

hat auch ThyssenKrupp Automotive (TKA) 

sein Leistungsspektrum kontinuierlich weiterentwickelt, 

um sich den neuen Anforderungen 

zu stellen. Neben der Produktion 

von Komponenten in den vier Business 

Units Body, Chassis, Powertrain und 

Systems/Suspensions sind heute die 

angrenzenden Bereiche der Wertschöpfungskette 

integriert. Vor allem die Konzeption 

und Entwicklung von Systemlösungen 

bis zur Serienreife sowie die Montage und 

Logistik bis zum Einbaupunkt beim Fahrzeughersteller 

bilden als Dienstleistungen 

neue Tätigkeitsschwerpunkte. 

Die Internationalisierung der Märkte hat 

dazu geführt, dass neben Europa und den 

USA heute die Länder Süd- und Mittelamerikas 

sowie Asiens als Zukunftsmärkte 

betrachtet werden, deren Fahrzeugbedarfe 

hohe Wachstumsraten erwarten lassen. Die 

Folge dieser Erkenntnis ist eine zunehmende 

Globalisierung der Fahrzeughersteller, 

die weltweit Produktionswerke errichten, 

um vor allem die lokalen Märkte direkt zu 

bedienen und von den häufig deutlich 

forum 


geringeren Produktionskosten zu profitieren. 

Im Zuge dieser Entwicklung folgen die 

Systempartner ihren Kunden, um diese auf 

den globalen Märkten beliefern zu können. 

Als Ergebnis der Globalisierung entstehen 

für Modulbelieferungen der Fahrzeughersteller 

weltweite Entwicklungs- und Produktionsnetzwerke, 

deren Koordination und 

inhaltliche Umsetzung höchste Anforderungen 

an die Kompetenz und das Leistungsvermögen 

der beteiligten Unternehmen 

stellt (Bild 1). Ein wesentlicher Bestandteil 

dieser komplexen Netzwerke sind moderne 

Logistik-Systeme. 

2 Systemintegration und Logistikdienstleistung 

durch Krupp Automotive 

Systems 

Die Krupp Automotive Systems GmbH 

(KAS) mit Sitz in Bochum wurde vor ca. 

5 Jahren gegründet, um den Übergang von 

der Komponente zum System durch eine 

Reihe moderner Dienstleistungen im Sinne 

einer kompetenten Systemintegration zu 

gestalten. 

Standorte von Krupp Automotive Systems (KAS) (Bild 2) 

Als Ergebnis erfolgreich abgeschlossener 

Planungs- bzw. Entwicklungsprojekte 

betreibt KAS heute eine Reihe internationaler 

Produktionsstandorte (Bild 2). In Europa 

werden komplett montierte Vorder- und 

Hinterachsen für das Porsche Werk in 

Zuffenhausen, Corner Module für den 

Landrover Freelander in Coventry (GB) oder 

das Antriebsmodul für den Smart in Hambach 

geliefert. In Werdohl entsteht ein Produktionszentrum 

für Nutzfahrzeugsysteme, 

in dem die Bearbeitung und Montage beispielsweise 

für Fahrerhauslagerungen 

für Volvo und Iveco erfolgt. In Südamerika 

werden unterschiedliche Achsmodule für 

VW, GM und Ford an Standorten in Sao 

Paulo, Curitiba und Iberite gebaut. 

Die Komponenten kommen aus TKA 

Unternehmen genauso wie von externen 

Zulieferbetrieben, die einzelne Bauteile 

oder Untermodule bereitstellen. Für Achssysteme 

werden beispielsweise Federbeinmodule 

von Bilstein, Stabilisatoren von 

Krupp Hoesch Federn oder Konsolen von 

Kloth Senking geliefert, während Hilfsrahmen 

oder Bremsscheiben auch von externen 

Anbietern bezogen werden. KAS ist

49 


Drei Segmente von Logistik-Systemen (Bild 3) 

neben der Endbearbeitung und abschließenden 

Montage der verschiedenen 

Bauteile auch für die Planung, Umsetzung 

und den Betrieb des Logistik-Systems des 

kompletten Produktionsnetzwerkes verantwortlich. 

3 Bedeutung und Aufbau von 

Logistik-Systemen 

An Logistik-Systeme werden auf Grund 

ihrer Bedeutung für die Funktion des 

gesamten Produktionsnetzwerkes höchste 

Anforderungen gestellt. In erster Linie müssen 

sie reaktionsschnell und flexibel gestaltet 

sein, um die nahezu permanenten Veränderungen 

nachvollziehen und Störungen 

ausgleichen zu können. Zudem ist eine 

hohe Logistikqualität zu gewährleisten. 

Darunter wird zum einen hohe Termintreue 

bei kurzen Lieferzeiten verstanden. Zum 

anderen bedeutet Logistikqualität die vereinbarungsgemäße 

Lieferung der Bauteile, 

was neben der einwandfreien Produktqualität 

nach Lagerung, Handling und Transport 

auch die Vollständigkeit und Richtigkeit 

der Lieferinformationen wie Auftrags-, 

Produkt- oder Herstelleridentifikation 

einschließt. 

forum 


Logistik-Systeme müssen trotz der 

hohen Anforderungen hinsichtlich Reaktionsschnelligkeit, 

Flexibilität und Qualität 

möglichst ressourcenschonend betrieben 

werden, um nicht die Vorteile der kundennahen 

Bearbeitung und Montage zu kompensieren. 

Um die Kosten gering zu halten, 

arbeiten die KAS-Logistik-Systeme mit 

einer schlanken Mitarbeiterstruktur, die 

eine möglichst präventive und robuste Auslegung 

der logistischen Prozesse sowie 

Beispiel für die Planung von Haupttransportströmen (Bild 4) 

eine umfassende und generelle Kompetenz 

der Mitarbeiter voraussetzt. 

Vor dem Hintergrund dieser Anforderungen 

gewinnt eine möglichst frühzeitige und 

entwicklungsbegleitende Planung der Logistik-Systeme 

an Bedeutung. Aus der Sicht 

von KAS untergliedern sich Logistik-Systeme 

in die drei Segmente der Beschaffungs-, 

Produktions- und Bereitstellungslogistik 

(Bild 3). Die Beschaffungslogistik beschäftigt 

sich mit der Anlieferung von Einzelteilen 

und Komponenten bis zu dem KAS Montagewerk. 

Die Produktionslogistik koordiniert 

und versorgt die internen Bearbeitungsund 

Montageprozesse im KAS Werk. Die 

Bereitstellungslogistik umfasst alle Tätigkeiten 

nach der Montage bei KAS bis zum Einbau 

am Fertigungsband des Fahrzeugherstellers. 

Im Mittelpunkt dieser drei Logistiksegmente 

stehen der Material- und der 

Informationsfluss.

50 

4 Materialfluss 


4.1 Transportwege und Transportmittel 

Die Gestaltung der externen Materialflüsse 

bildet die Grundlage für die Verkettung 

der verschiedenen Partner im Produktionsnetzwerk 

(Bild 4). Im Rahmen der Beschaffungslogistik 

geht es hier um die Auswahl 

der Routen sowie der geeigneten Transportmittel. 

Die höchste Flexibilität und Wirtschaftlichkeit 

im Rahmen der Beschaffungslogistik 

weist der Lkw-Transport auf. 

Genauso werden aber auch Schienen- und 

Wasserwege genutzt, die insbesondere für 

Lieferungen nach Übersee geeignet sind. 

Wichtig ist die Ausarbeitung alternativer 

Transportstrategien. Für den Fall einer 

unerwarteten Störung kann mit ihrer Hilfe 

auf eine andere Route oder ein anderes 

Transportmittel ausgewichen werden, um 

ein Abreißen der Lieferkette zu vermeiden. 

Neben Luftfrachten werden dabei alternative 

Speditionen oder kleine und flexiblere 

Kurierdienste eingesetzt. Ebenso wichtig ist 

die Nutzung von Synergien. Dazu werden 

die Transportströme von gesamt TKA ständig 

analysiert und möglichst effektiv 

gebündelt, um Skaleneffekte zu realisieren 

und Kosten zu senken. 

Der Materialtransport zwischen den KAS- 

Montagewerken und den Kundenstandorten 

muss in den meisten Fällen sehr viel 

kurzfristiger und just-in-sequence abgewickelt 

werden. Für die Bereitstellungslogistik 

wird daher häufig ein Shuttle-Service 

eingesetzt, der schneller reagieren kann, 

eine hohe terminliche Präzision realisiert 

und gegen Störungen robuster ist. Das Beispiel 

für eine „Shuttle-Bereitstellung“ findet 

sich bei der Montage der Corner Module 

des Freelander von KAS UK in Coventry an 

forum 


Prinzipdarstellung logistischer Planungspunkte (Bild 5) 

Landrover und bei der Achsmontage für 

das Porsche Werk in Zuffenhausen. Für den 

Fall, dass KAS sein Montagewerk unmittelbar 

auf dem Gelände des Kunden errichtet 

hat, findet häufig ein direkter Anschluss an 

das Transportnetz des Kunden statt. Ein 

solches „on-side-Konzept“ ist beispielsweise 

bei der MCC-Fertigung in Hambach 

umgesetzt. 

Die Produktionslogistik definiert die internen 

Transportströme innerhalb eines KAS- 

Montagewerkes. Da die internen Transporte 

zwischen den verschiedenen Lagern sowie 

den Bearbeitungs- und Montagestationen 

mit einer sehr hohen Frequenz erfolgen, 

steht hier die materialflussgerechte Optimierung 

des Hallenlayouts im Vordergrund. 

Ziel muss ein möglichst übersichtlicher und 

ressourcenschonender Aufbau sein. Neben 

konventionellen Transportmitteln wie 

Gabelstaplern, Hubwagen oder Kranen 

können dabei auch automatische Flurförderzeuge 

eingesetzt werden, die jedoch 

erst bei größeren Stückzahlen wirtschaftlich 

sind. Ebenfalls können Transportsysteme 

über Kopf oder unter dem Boden geführt 

werden, um Raum und Übersichtlichkeit zu 

gewinnen. 

4.2 Lagersysteme und Wareneingang/Warenausgang 

Knotenpunkte zwischen den Transportwegen 

im Produktionsnetzwerk bilden die 

Wareneingänge und -ausgänge sowie die 

verschiedenen Lagersysteme der beteiligten 

Werke (Bild 5). Lagersysteme beinhalten 

neben den zentralen Lagerpunkten 

auch die meist dezentralen Bereitstellungsflächen 

unmittelbar an den Bearbeitungsund 

Montagestationen. Lager können 

grundsätzlich als Regal- oder Blocklager 

ausgeführt werden. Im Vordergrund muss 

die Gewährleistung des Prinzips „First-In- 

First-Out“ (FiFo) stehen, um das Material 

oder die Halbzeuge mit der längsten Liegezeit 

in die aktuelle Produktion einzuschleusen 

und eine unnötige „Produktalterung“ 

im Lager zu vermeiden. Besonders bewährt 

haben sich dabei Durchlaufregalsysteme,

51 


deren Gänge von der einen Seite beschickt 

und von der anderen Seite entnommen 

werden. Neben der Minimierung von Transportwegen 

und Flächenbedarfen steht insbesondere 

bei den Bereitstellungsflächen 

ein auf die Arbeitsfolge der anschließenden 

Produktion abgestimmtes Layout im Mittelpunkt. 

Die Schnittstelle zwischen Bereitstellungs- 

und Einbaupunkt muss dabei so 

ausgelegt sein, dass Verwechslungsmöglichkeiten 

ausgeschlossen, ein einfaches 

Handling sichergestellt sowie die Entnahme- 

und Transportzeiten möglichst gering 

gehalten werden. 

Für die Abwicklung des Wareneingangs 

und -ausgangs sind die Auslegung der Verladepunkte 

sowie deren Organisation von 

besonderer Bedeutung. Die Kapazitäten 

der Laderampen sind auf die Produktionsund 

Liefermengen abzustimmen. Ihr Layout 

muss einen flüssigen Anlieferverkehr 

garantieren, der gegenseitige Störungen 

zwischen den verschiedenen Anlieferunternehmen 

ausschließt. Hohe Anforderungen 

stellt die Koordination der Anliefer- und 

Verladezeitpunkte. Infolge des hohen Zulieferanteils 

und der damit verbundenen Liefermengen 

an die KAS-Montagewerke 

müssen die Zeitpunkte der Anlieferung 

genau abgestimmt werden, um unnötige 

Wartezeiten und daraus eventuell resultierende 

Engpässe bei der Versorgung zu vermeiden. 

Nur durch genau festgelegte Zeitfenster 

für jede Lieferung kann mit einem 

wirtschaftlich optimalen Personaleinsatz 

seitens KAS gearbeitet werden. 

Die Anforderung einer In-Sequenz-Belieferung 

der Kunden macht für den Warenausgang 

die Einrichtung von Sequenzierungsflächen 

notwendig. Für den Fall, dass 

die Sequenzierung erst beim Kommissionieren 

der Kundenlieferung erfolgt, werden 

die bereits komplett montierten Systeme aus 

forum 


den nach Varianten sortierten Transportbehältern 

gemäß der abgerufenen Sequenz 

neu sortiert (Bild 6). Da nur noch die 

Sequenzierung fertiger Systeme erfolgt, 

können sehr kurze Vorlaufzeiten beim Abruf 

realisiert werden. Allerdings sollte die Variantenzahl 

gering sein, da sonst zu viele 

Komplettsysteme auf Lager vorgehalten 

werden müssen, die eine unnötig hohe 

Kapitalbindung verursachen. Dieses Prinzip 

wird beispielsweise bei der Bereitstellung 

des Luftfedersystems von KAS UK an 

Jaguar in Coventry Anwendung finden. 

Eine Alternative ist die Montage in Sequenz 

bei KAS. Nach Vorgabe der Bereitstellungs- 

Sequenz durch den Kunden werden beispielsweise 

auf speziellen Kommissionierwagen 

alle Bauteile eines individuell spezifizierten 

Systems zusammengestellt und 

der Montage bei KAS in der geforderten 

Sequenz zugeführt. Nach der Montage werden 

die verschiedenen Systeme direkt in 

Sequenz verladen und dem Kunden unmittelbar 

bereitgestellt. Dieses Prinzip wurde 

zum Beispiel bei der Bereitstellung der Vorder- 

und Hinterachssysteme von KAS 

Zuffenhausen an Porsche umgesetzt. Die 

Vorgänge bei der Sequenzierung erfordern 

Beispiele für das Layout einer Sequenzierungsfläche (Bild 6) 

höchste Präzision und Sicherheit, um z.B. 

Verwechslungen zu vermeiden. Ebenfalls 

muss eine hohe Prozessgeschwindigkeit 

realisiert werden, da die kundenseitigen 

Vorlaufzeiten in der Regel sehr gering sind. 

4.3 Ladungsträger und 

Verpackungseinheiten 

Die Ladungsträger müssen sicherstellen, 

dass Bauteile, Komponenten und Systeme 

weder beim Transport, noch beim Handling 

oder der Lagerung in ihrer Qualität beeinträchtigt 

werden. Darüber hinaus müssen 

die Packungsdichten möglichst hoch 

gewählt werden, um die Transport- und 

Lagerkapazitäten optimal auszunutzen. Um 

die Kosten möglichst gering zu halten, ist 

KAS bemüht, Standard-Ladungsträger zu 

verwenden. Dazu zählen beispielsweise 

Kleinladungsträger (KLT) nach VDA Norm, 

Paletten oder Gitterboxen nach Euro-Norm. 

Diese Ladungsträger sind in großer Anzahl 

im Umlauf und dadurch günstig in Anschaffung 

sowie Wartung. Die Lagersysteme 

und Transportmittel sind ebenfalls 

auf die Standardmaße dieser Ladungsträger 

abgestimmt. Neben günstigen Baukos-

52 


Beispiele für Sonderladungsträger und Handhabungstechnik (Bild 7) 

ten bei der Lagereinrichtung ist damit 

auch die Kompatibilität der Lagersysteme 

unterschiedlicher Partner im Produktionsnetzwerk 

sichergestellt. Die Standardisierung 

hilft zudem, unnötige Leerguttransporte 

zu vermeiden, da die Ladungsträger 

nach dem Verbrauch nicht an den Lieferanten 

zurückgeführt werden müssen, sondern 

meist bereits beim Abnehmer oder in 

einem benachbarten Standort erneut beladen 

werden können. 

Um einen sicheren Transport zu gewährleisten 

müssen neben den Ladungsträgern 

auch Verpackungshilfsmittel wie Trenngitter 

aus Karton oder Spezialaufnahmen in Form 

von Tiefziehtrays vorgesehen werden. Die 

sehr individuelle Entwicklung solcher Verpackungshilfsmittel 

erfolgt in enger Anstimmung 

mit der Produktion von KAS und der 

Kunden, um Qualitätsanforderungen abzustimmen 

und die Positionierung der Teile 

so vorzusehen, dass eine ablaufoptimale 

Entnahme und Verarbeitung im Montageoder 

Bearbeitungsprozess gewährleistet 

ist. 

Bei der Bereitstellung kompletter Systeme 

kann häufig nicht auf allgemein defi- 

forum 


nierte Standards zurückgegriffen werden. 

Die Systemabmaße liegen außerhalb dieser 

Standards und erfordern besondere Aufnahmen 

auf Grund der konstruktiven Komplexität 

der Bauteile. Die sichere Positionie- 

Herausforderung geschlossene Informationskreisläufe (Bild 8) 

rung ist zudem maßgeblich, um die Montageabläufe 

und Zuführungsvorrichtungen 

beim Fahrzeughersteller optimal zu unterstützen. 

Auch die Auslegung der Füllstückzahlen 

vor dem Hintergrund der Taktzeiten, 

dem vorgegebenen Vorlauf bei den Abrufen 

sowie den verfügbaren Bereitstellungsflächen 

stellt besondere Anforderungen an 

das Design dieser Sonderladungsträger 

(SLT) (Bild 7). Besteht ein System aus 

mehreren unterschiedlichen Modulen, die 

gemeinsam bereitgestellt werden sollen, 

werden Bereitstellungs-Kits entwickelt, auf 

denen die verschiedenen Module eines 

Systems so angeordnet werden, dass sie 

optimal in die Montagereihenfolge am 

Band des Fahrzeugherstellers eingeschleust 

werden können.

53 


5 Informationsfluss 

5.1 Steuerung und Überwachung 

Hauptziel der Logistik-Systeme ist es, 

das richtige Produkt zur richtigen Zeit am 

richtigen Ort zu haben. Die Schlagworte 

„just in time“ (JIT) und „just in sequence“ 

(JIS) stehen für diese Forderung. Um 

die beschriebenen Materialflüsse zeitgerecht 

zu koordinieren, bedarf es eines sorgfältig 

detaillierten Informationsflusses, der 

die entscheidenden Impulse für die Entnahme, 

das Kommissionieren, Sequenzieren, 

die Bereitstellung oder den Transport 

auslöst. Dabei werden eine Vielzahl unterschiedlicher 

Informationen empfangen, 

analysiert, verarbeitet und weitergeleitet. 

Erfolgsbestimmend ist die Ausbildung 

geschlossener Informationskreisläufe 

(Bild 8). Ausgangspunkt des Informationsflusses 

ist in der Regel der Kundenabruf an 

das KAS-Montagewerk. In einer Informationskaskade 

werden daraus im Rahmen der 

Disposition KAS-interne Montage- oder 

Sequenzierungsaufträge bzw. externe 

Beschaffungsaufträge generiert. Dieses 

Vorgehen setzt sich stufenweise über Lieferanten 

und Unterlieferanten durch das 

gesamte Produktionsnetzwerk fort (Top- 

Down). Die generierten Aufträge werden in 

entsprechende Dokumente umgesetzt, die 

an die Warenein- oder -ausgänge sowie 

Transportsysteme oder Montagestationen 

weitergeleitet werden, wo sie die definierten 

Bearbeitungsimpulse auslösen. Der 

Abschluss der verschiedenen Operationen 

wird durch entsprechende Rückmeldungen 

bestätigt, wodurch nachfolgende Prozesse 

wie das Sequenzieren oder die Bereitstellung 

angestoßen werden (Bottom-Up). Am 

Ende der Informationskette steht die Meldung 

des Verbaus beim Kunden, der den 

forum 


Datenaustausch nach VDA-Standard (Bild 9) 

Kreislauf zum anfänglichen Abruf positiv 

schließt. 

Nur wenn die Informationskreisläufe aus 

Abrufen, Aufträgen und Rückmeldungen 

geschlossen sind, können die Forderungen 

nach Flexibilität, Reaktionsschnelligkeit und 

Zuverlässigkeit erfüllt werden. Auf der 

einen Seite kann so jeder planmäßige 

Abruf genauso wie jede unplanmäßige 

Störung ohne Zeit- und Inhaltsverlust an 

die betroffenen Punkte im Produktionsnetz 

weitergeleitet werden, um die vorgesehenen 

Materialflüsse und Bearbeitungsschritte 

oder bei Bedarf die alternativen Notfallstrategien 

einzuleiten. Auf der anderen 

Seite ist die Rückverfolgbarkeit durch alle 

Arbeitsstufen des Produktionsnetzwerkes 

für den Fall eines Fehlers sichergestellt, 

dessen Ursache zu ermitteln ist. In diesem 

Zusammenhang ist die Dokumentation und 

Archivierung der Informationen wichtige 

Schlüsselgröße. 

Neben der Steuerung der logistischen 

Impulse ist der Informationsfluss auch 

Grundlage für eine stetige Überwachung 

und Optimierung des gesamten Logistik- 

Systems. Rückmeldedaten geben beispielsweise 

Aufschluss über tatsächliche 

Transportzeiten, aufgetretene Störungen 

oder die Engpässe im Logistik-System. 

Reichweiten der Lagerbestände, Wiederbeschaffungszeiten 

der Unterlieferanten oder 

Bereitstellungsfrequenzen können auf 

Basis dieser Erkenntnisse vor dem Hintergrund 

aktueller Entwicklungen kurzfristig 

angepasst werden. Voraussetzung dafür ist 

der Aufbau eines logistischen Kennzahlensystems, 

das neben der Überwachung und 

Optimierung auch zur Bewertung von Logistikleistungen 

der Partner im Produktionsnetzwerk 

eingesetzt wird. 

5.2 Datenverarbeitung und 

IV-Systeme 

Die Verarbeitung der großen Datenmengen 

sowie das Schließen der Informationskreisläufe 

erfordert eine zuverlässige Eingabe, 

Verarbeitung und Übertragung der 

Daten. Die Dateneingabe stellt dabei eine 

der größten potenziellen Fehlerquellen dar. 

Manuelle Mehrfacheingabe an Schnittstel-

54 


len sollten durch direkte Verbindung der IV- 

Systeme (Informationsverarbeitung) möglichst 

weit reduziert werden. Ebenfalls 

gewährleistet die Erfassung und Eingabe 

von Produkt- oder Auftragsinformationen 

über ein Barcode-System eine deutlich 

höhere Sicherheit als die manuelle Eingabe. 

Insbesondere bei häufig unterbrochenen 

Transportketten sowie bei komplexen 

Kommissionier- oder Sequenzierungsarbeiten 

sollte eine lückenlose Kontrolle der 

Richtigkeit und Vollständigkeit mittels Barcode-System 

erfolgen. Voraussetzung für 

ein solches System ist die eindeutige Kennzeichnung 

von Bauteilen, Systemen und 

Ladungsträgern. 

Um eine verlustfreie Datenübertragung 

sicherzustellen sollte der Datenaustausch 

via EDI (Electronic Data Interchange) auf 

bestehenden Standards, beispielsweise 

denen des VDA, aufgebaut werden (Bild 9). 

Auf Grund der weiten Verbreitung dieser 

Standards können die Daten meist ohne 

größeren Anpassungsaufwand auch durch 

unterschiedlichste IV-Systeme der Partner 

verarbeitet werden. Bei Bedarf können die 

Logistikplanung als Bestandteil des Simultaneous Engineering (Bild 10) 

forum 


Standards um kunden- oder sequenzspezifische 

Sonderprotokolle ergänzt 

werden. 

Die Datenverarbeitung durch geeignete 

Anwendungssoftware (MRP, ERP, PPS- 

Systeme) übernimmt die weiter oben 

beschriebenen Steuerungs- und Überwachungsfunktionen 

und bildet damit die 

Grundlage für die Produktivität des gesamten 

Logistik-Systems. Für viele KAS-Werke 

ist ein zentrales IV-System in dem Rechenzentrum 

der TKIS (ThyssenKrupp Information 

Services) in Dortmund angesiedelt. 

Neben dem EDI-Server besteht hier Zugriff 

auf das SAP R3-System, das mit seinen 

Modulen (MM, SD, FI, PP, . . .) alle erforderlichen 

Funktionen abdeckt. Zur Kostenreduzierung 

werden insbesondere bei kleineren 

Montagewerken oder reinen Sequenzierungslagern 

auch weniger umfassende 

Softwareprodukte eingesetzt, die für den 

jeweiligen Anwendungszwecke optimal 

angepasst sind. Die Auswahl der geeigneten 

Software bildet heute einen weiteren 

Schlüsselfaktor für die Gesamteffizienz der 

Logistik-Systeme. 

6 Planung von Logistiksystemen 

Die Entwicklung leistungsfähiger Logistik-Systeme 

ist neben dem Engineering 

sowie der Fertigung und Montage eine 

maßgebliche Erfolgsgröße im komplexen 

Systemgeschäft. Um die vielfältigen und 

hohen Anforderungen in den vielen Bestandteilen 

des Logistiksystems umsetzen 

zu können, müssen diese bereits in frühen 

Phasen der Produktenwicklung konzipiert 

und kontinuierlich weiterentwickelt werden. 

Bereits bei der Angebotsabgabe werden 

heute detaillierte Darstellungen von Material- 

und Informationsfluss gefordert, um die 

Machbarkeit einer Systembelieferung 

bewerten zu können. 

Bei KAS ist daher die Planung und Optimierung 

der Logistikleistungen fester 

Bestandteil des Simultaneous Engineering 

(Bild 10). Der Einsatz eigens entwickelter 

Methoden und Werkzeuge zur Planung und 

Simulation schaffen die Grundlage für eine 

frühe Abstimmung mit Kunden und beteiligten 

Partnern. Dazu zählen beispielsweise 

die Anforderungsdefinition mittels eines 

Logistic-Function-Deployment (LFD), die 

Erstellung eines Logistik-Lastenheft, die 

Durchführung einer Logistik-FMEA, das 

Logistic-Design-For-Assembly (LDA), die 

Simulation von Lagerbestandsentwicklungen 

oder spezielle Kalkulationsverfahren 

zur Kostenbestimmung. In einem iterativen 

Verbesserungsprozess werden mit Hilfe 

dieser Werkzeuge zu Beginn verschiedene 

Alternativen ausgearbeitet und gemeinsam 

mit den Kunden bewertet, um dann stufenweise 

mit dem Fortschritt der Entwicklungsarbeiten 

auch die Logistikabläufe immer 

weiter zu detaillieren und zu determinieren.

55 

Dr.-Ing. Federico Vallese, 

Dr.-Ing. Andrea Minguzzi 

Einsatz von Warmschmiedetechniken zur Fertigung von Fahrwerkskomponenten 


forum 


Schmieden des Kettenrades (Bild 1)

56 

1 Einführung 



Bei Raupenmaschinen dient der Begriff 

Fahrwerk (Bild 2) zur Beschreibung der 

Gruppe von Komponenten, die die Bewegung 

der Maschine ermöglichen. 

Die wichtigsten Teile sind: 

● die Kette, bestehend aus Kettengliedern, 

Gelenkbolzen, Laufbuchsen und Bodenplatten 

● obere und untere Laufrolle 

● das Vorderrad einschließlich Spannvorrichtung 

● das Kettenrad, über das die Kraft vom 

Übersetzungsgetriebe auf die Kette übertragen 

wird. 

Diese Komponenten, die prinzipiell aus 

warmgeschmiedeten Stahlteilen und einigen 

Gusseisenteilen bestehen, werden vor 

dem Zusammenbau spanenden Bearbeitungen 

und Wärmebehandlungen unterzogen. 

Zusätzlich zu ihrer konstruktiven 

Belastbarkeit müssen sie hinsichtlich der 

während des Betriebs der Maschine übertragenen 

Spannungen äußerst haltbar und 

verschleißfest sein. 

Das Fahrwerk ist insofern mit den Rädern 

eines Autos vergleichbar, als diese nach 

einer bestimmten Zeit, abhängig von den 

Betriebsbedingungen, der Bodenreibung 

und vielen anderen Faktoren, ausgewechselt 

werden müssen. 

Die technologische Innovation im Zusammenhang 

mit der Entwicklung dieses Produkttyps 

betrifft die metallurgischen Aspekte 

neuer, verschleißbeständigerer Werkstoffe 

und die Spezifikation leistungsfähigerer 

Wärmebehandlungen, die auf eine längere 

Lebensdauer des Fahrwerks abzielen. 

forum 


Aufbau und Komponenten eines Ketten-Fahrwerks (Bild 2) 

Leitrad 

Kette mit Bodenplatten 

Spannvorrichtung 

Neben der Produktinnovation ist einer 

der wichtigsten Aspekte bei der Forschung 

und Investition die Entwicklung neuer Fertigungsverfahren, 

Anwendungstechnologien, 

Fertigungssysteme und Automatisierungstechniken. 

Fahrwerkskomponenten werden mit 

geringer Wertschöpfung hergestellt: Sie 

sind in hohem Maß der Konkurrenz von 

Herstellern aus Ländern mit geringen 

Personalkosten ausgesetzt. 

Der strategische Faktor liegt daher in der 

folgenden Vorgehensweise: 

Entwicklung der Produktion von Berco (Bild 3) 

Laufrollen 

Kettenrad 

● Als Marktführer immer größere Marktanteile 

gewinnen, um effizientere 

Produktionssysteme für größere 

Produktionsmengen zu rechtfertigen; 

● Investieren in innovative und automatisierte 

Fertigungsverfahren, um gegenüber 

Produkten aus ärmeren Ländern 

wettbewerbsfähig zu bleiben; 

● Erweitern der Geschäftstätigkeit in der 

Branche durch höhere Wettbewerbsfähigkeit. 

Damit Berco, mit einem Produktionsziel 

von 200.000 Tonnen/Jahr 

(Bild 3), was im Jahr 2000 einem Drittel

57 



der weltweiten Produktion von Fahrwerken 

entspricht, ihre technologische Bilanz 

halten kann, hat sich das Unternehmen 

zu einer bedeutenden Investition, 

nämlich zur Installation einer neuen 

Schmiedepresslinie im Werk Copparo, 

entschieden. Diese Linie zeichnet sich 

durch die Schmiedepresse von Müller 

Weingarten PZS 1200, „Maxi Presse“ 

genannt, mit einer Nennleistung von 

144.000 kN aus. Es gibt nur eine weitere 

Presse dieser Größenordnung weltweit. 

2 Derzeitige Kettenrad- 

Technologie 

Kettenräder werden derzeit aus Stahlguss 

hergestellt. 

Die Phasen sind: 

● Gießen und Entgraten 

● Wärmebehandlung 

● Spanende Bearbeitung 

● Schlussbehandlung und Verpackung 

forum 


Die ersten beiden Schritte werden von 

externen Lieferanten ausgeführt. Beim 

Gießen des Kettenrads (Bild 4) werden die 

Sandformkästen mit Hilfe einer Modellgießplatte 

geformt, die je nach Produktionsvolumen 

aus Holz oder Aluminium bestehen 

kann. Für bestimmte Details ist ein Kern 

erforderlich, um das Mittelloch zu erzeugen. 

Um qualitativ hochwertige Gussteile zu 

erhalten, die vollständig gefüllt sind und 

keine Lunker aufweisen, müssen Speiser 

vorgesehen werden, die mit dem Gussteil 

verbunden sind. Aus diesem Grund ist das 

Gussstück doppelt so schwer wie das fertige 

Teil. Nachdem die Teile gegossen sind, 

werden sie entformt, von den Speisern 

befreit, entgratet und sandgestrahlt. 

Nach dem Entgraten werden sie einer 

Wärmebehandlung durch Normalglühen 

unterzogen. 

Die bei Berco durchgeführten Verfahrensschritte 

umfassen das Oberflächenhärten 

des gezahnten Bereichs, die spanende 

Bearbeitung sowie das Lackieren und Verpacken. 

Bei der spanenden Bearbeitung 

mancher Teile treten häufig Fehler, wie z.B. 

Gaseinschlüsse, zu Tage, die durch 

Schweißen und eine weitere spanende 

Bearbeitung beseitigt werden müssen 

(Bild 5). 

All dies ist mit erheblichen organisatorischen 

Problemen bei der Fertigung und 

Prüfung verbunden und verursacht zusätzliche 

Kosten. 

3 Neue Schmiedetechnik 

Mit der neuen Schmiedepresslinie sind 

die Produktionsphasen bis zum fertigen 

Produkt: 

● Schmiedepressen 

● Wärmebehandlung 

Stahlgießerei (Bild 4) Reparaturschweißen eines Kettenrades (Bild 5) 

● Spanende Bearbeitung 

● Schlussbehandlung und Verpackung 

Gegenüber dem derzeitigen Verfahren 

werden die Wärmebehandlung und die 

anschließende spanende Bearbeitung bei 

geänderter Anordnung rationalisiert. Aus 

diesem Grund soll hier in erster Linie auf 

das Schmiedeverfahren eingegangen 

werden.

58 



3.1 Verfahrensablauf 

Ausgangsmaterial sind aus Eisenschrott 

hergestellte Stranggussbrammen. 

Diese werden mit einer Kreissäge kalt zu 

Rohlingen abgelängt, die mit einem 350-kg- 

Roboter palettiert werden. 

Ein identischer 350-kg-Roboter entlädt 

die Paletten und ein Manipulator belädt 

einen Drehherdofen (Durchmesser 12 m). 

Hier werden die Rohlinge auf 1.250 °C 

erwärmt. 

Ein weiterer Manipulator entnimmt die 

aufgeheizten Rohlinge dem Drehherdofen 

und führt diese einer hydraulischen 2.000-t- 

Schmiedepresse zu, in der die Teile vorgeformt 

werden. 

Ein Shuttle befördert die vorgeformten 

Teile anschließend zu einem Manipulator, 

der die Maxi-Presse, in der die Teile endgeformt 

werden, be- und entlädt. 

Von der Maxi-Presse aus gelangen die 

Teile mittels eines Manipulators in eine 

Stanzpresse. Hier wird der Pressgrat entfernt, 

der etwa 15% des Gewichts des 

gepressten Teils ausmacht. 

Der Manipulator entnimmt die entgrateten 

Teile aus der Abgratpresse und legt sie 

zum Abkühlen auf einen Förderer ab. 

Sobald die Teile abgekühlt sind, werden 

sie einer Wärmebehandlung durch Normalglühen 

unterzogen. 

3.2 Verfahrensvorteile 

Die Vorteile dieses neuen Verfahrens 

können wie folgt zusammengefasst 

werden: 

● Energieeinsparungen 

Die Energieeinsparungen resultieren 

hauptsächlich aus dem geringeren Vormaterialeinsatz 

für die Herstellung eines 

forum 


Teils. Während beim Gießen etwa 200% 

des Gewichts des fertigen Gussteils 

benötigt werden, genügen bei den zu 

pressenden Rohlingen etwa 115%. 

● Logistik 

Die Unterbringung der gesamten Kettenrad-Fertigungslinie 

in einem einzigen 

Bereich innerhalb des Werks hat zu 

bemerkenswerten logistischen Vorteilen 

geführt. Hinzu kommt, dass ein Nachschweißen 

der Teile, die nach der spanenden 

Bearbeitung Fehler auf Grund 

von Gaseinschlüssen aufweisen, entfällt. 

Die Verbesserung der Logistik hat auch 

zu verbesserten Vorlaufzeiten geführt, die 

auf die kürzeren Transportzeiten zurückzuführen 

sind. 

● Kosteneinsparungen 

Die oben beschriebenen Vorteile führen 

letztendlich zu Kostensenkungen (Bild 6). 

● Umweltbelastung 

Die Tatsache, dass in Gießereien Putzund 

Entgratungsarbeiten durchgeführt 

werden müssen, bedeutet eine starke 

Umweltbelastung für die Gießereien. Um 

eine einwandfreie Funktion des gegossenen 

Kettenrades zu gewährleisten, muss 

jeder Zahn einzeln entgratet werden, ein 

Vorgang, der mit einer hohen Lärm- und 

Staubentwicklung verbunden ist und 

daher eine besondere Belastung für das 

Personal darstellt. Beim Einsatz der 

Schmiedepresstechnik entfallen die Putzarbeiten 

gänzlich und der Aufwand 

zusätzlicher Entgratarbeiten ist minimiert. 

● Schließung von Gießereien 

Die geringe Produktqualität und der mit 

dem Entgraten und Umschmelzen verbundene 

hohe Arbeitsaufwand sowie die 

starke Umweltbelastung beim Einsatz der 

Gießtechnik hat zur Schließung einer zunehmenden 

Anzahl von Stahlgießereien 

Vergleich der Kostenstruktur für ein gegossenes und ein geschmiedetes Kettenrad (Bild 6)

59 



geführt. Durch diesen stetigen Rückgang 

sind der Wettbewerb und die Wettbewerbsfähigkeit 

dieses Verfahrens in 

Ländern mit hohen Personalkosten 

gesunken. 

4 Die Maxi-Presse 

Die Hauptmerkmale der Spindelpresse 

PZS 1200 von Müller Weingarten (Bild 7) 

sind: 

Spindeldurchmesser 1.200 mm 

Nennpresskraft 144.000 kN 

Setzschlagkraft 325.000 kN 

Gesamthöhe der Maschine 

Gesamtgewicht der 

15,8 m 

Maschine 1.700 Tonnen 

Für die Installation der neuen Kettenrad- 

Fertigungslinie musste im Werk ein neues 

Gebäude errichtet werden, in dem alle 

Fertigungsschritte erfolgen, vom Schneiden 

der Rohlinge bis hin zur Verpackung. 

Bei der Installation wurden zahlreiche 

Ressourcen eingesetzt, um die Fundamentarbeiten 

für die Maxi-Presse und die 

Berechnung der seismischen Masse und 

des relativen Dämpfungssystems durchzuführen. 

Diese Berechnung war wegen des 

großen Drehmoments (ca. 51.000.000 Nm), 

das die Spindelpresse auf das Fundament 

überträgt, besonders schwierig. Die Maxi- 

Presse ist fest mit einer seismischen Masse 

verbunden, die ihr eine erhöhte Stabilität 

verleiht. Die seismische Masse ist wiederum 

in elastischen und viskoelastischen Vorrichtungen 

aufgehängt, die erforderlich 

sind, um die Übertragung der Presskraft 

auf das Fundament abzupuffern. 

Im Folgenden einige Daten zur Veranschaulichung 

der Größenordnung des 

Projekts: 

forum 


Seismische Masse 

Gewicht der seismischen Masse 1.900 t 

Beton 750 m3 Stahlarmierung 400 t 

Fundament 

Betonbedarf für das Fundament 4.800 m3 Stahlarmierung 600 t 

Der Transport der Presse war ebenfalls 

eine äußerst komplizierte Angelegenheit. 

Er erfolgte auf dem Wasserweg (Meer und 

Fluss) bis kurz vor Copparo und das letzte 

Stück auf dem Landweg. Für den Landtransport 

wurden spezielle Fahrzeuge eingesetzt, 

die in der Lage waren, Teile mit 

Einzelgewichten von bis zu 300 t zu transportieren. 

Die Maxi-Presse (Bild 7) 

5 Computergestütztes Schmieden 

Beim Pressvorgang ist eine Untersuchung 

der Materialflüsse von grundlegender 

Bedeutung, um eine optimale „Trennung“ 

zwischen den vorformenden und 

formenden Arbeitsschritten zu erreichen, 

um ein Presswerkzeug mit hoher Lebensdauer 

zu erhalten und um eine vollständige 

Füllung mit geringst möglichen Ausschussmengen 

sicherzustellen. Zu diesem Zweck 

wurden spezielle Computerprogramme eingesetzt, 

wie z.B. Forge 2 und Forge 3. Um 

realistische Ergebnisse zu erzielen, ist es 

notwendig, die Materialeigenschaften und 

tribologischen Bedingungen während der 

Pressphase zu bestimmen. Es wurden zahlreiche 

Simulationen durchgeführt, um die

60 



Simulation des Umformvorganges zu Beginn des Prozesses (Bild 8) Simulation des Umformvorganges am Ende des Prozesses (Bild 9) 

Daten anhand der bislang in der Praxis 

realisierten Ergebnisse zu überprüfen. 

Die Bilder 8 und 9 zeigen die Simulation zu 

Beginn (Bild 8) und am Ende (Bild 9) des 

Umformvorganges. 

Diese Untersuchung einschließlich Prüfungen 

und Simulationen ist unerlässlich, 

um die Rüstzeiten und Kosten der definitiven 

Ausrüstung zu senken, die angesichts 

deren Größe und Anzahl sonst sehr hoch 

wären. 

Neue Produktreihe „Berco Mining Product“ (Bild 10) 

forum 


6 Ausblick 

Die Verfügbarkeit eines Systems mit 

erhöhter Kapazität hat es Berco ermöglicht, 

den Bergbaumarkt für sich zu erschließen. 

Um diesen Markt optimal zu nutzen, hat 

Berco vor kurzem eine neue Produktreihe 

mit der Bezeichnung BMP (Berco Mine Product) 

für Bergbau-Bagger bis 300 Tonnen 

auf den Markt gebracht (Bild 10). 

7 Abschließende Bemerkungen 

Der Einsatz der Maxi-Presse dient dem 

Ziel, ein nicht mehr wettbewerbsfähiges 

Verfahren durch ein Verfahren zu ersetzen, 

das auf neuen Technologien basiert. 

Die hohe Automatisierung ermöglicht es 

Berco, ihre Wettbewerbsfähigkeit gegenüber 

Herstellern mit geringen Personalkosten 

auf dem Markt zu erhöhen. Eine positive 

wirtschaftliche Rendite sowie die oben 

beschriebenen Vorteile waren entscheidende 

Punkte, die das Management dazu 

bewogen haben, sich dieser schwierigen 

technologischen Herausforderung 

zu stellen.

61 

Dipl.-Ing. Thomas Minks 

Mit dem Laserstrahl den Schiffbau revolutionieren: 

Laserstrahlschweißen und -schneiden bei Blohm+Voss 

forum 


Produktpalette der Blohm+Voss GmbH (Bild 1)

62 

Mit dem Laserstrahl den Schiffbau revolutionieren: Laserstrahlschweißen und -schneiden bei Blohm+Voss 

1 Ziele und Vorteile 

Der Wettbewerb um die Erhaltung der 

Marktanteile auf dem Weltmarkt zwingt die 

europäischen Werften zu Strukturveränderungen 

mit dem Ziel, die Produktivität zu 

erhöhen. Dies gilt auch für die Werft 

Blohm+Voss GmbH in Hamburg, die sich 

einen guten Namen durch die Herstellung 

von Hochtechnologie-Schiffen wie Fregatten, 

Korvetten, schnellen Kreuzfahrtschiffen 

und Mega-Yachten erarbeitet hat (Bild 1). 

Die Basis zur Erreichung einer ausreichenden 

Steigerung der Produktivität ist u. a. 

die Fähigkeit, neue Fertigungstechnologien 

und verbesserte Messtechniken einzuführen 

und anzuwenden. In diesem Zusammenhang 

hat der Begriff der Genaufertigung 

im Stahlschiffbau in den letzten Jahren 

erheblich an Bedeutung gewonnen. 

Genaufertigung steht für das Fertigen in 

sehr engen Toleranzbereichen, welches 

den Montageaufwand durch den Wegfall 

von Richt- und Anpassarbeiten minimiert. 

Die Genaufertigung zeichnet sich besonders 

dadurch aus, dass die Nacharbeiten 

reduziert und die Durchlaufzeiten an kritischen 

Punkten minimiert werden und somit 

die Produktivität erhöht wird. Bei der heute 

üblichen Sektionsbauweise von Schiffen 

werden mächtige Moduleinheiten (Volumenbauteile, 

bestehend aus Wänden, 

Decks u. Schotten) in großen Hallen komplett 

vorgefertigt (Bild 2). 

Die zulässigen Abweichungen der 

Anschlusspunkte sind auf wenige Millimeter 

begrenzt. Vorwiegend die Endmontage 

der Sektionen zu Großsektionen und zum 

fertigen Schiff verursacht auf Grund von 

Maßungenauigkeiten in Form und Lage 

einen erheblichen Nacharbeitsaufwand. 

Hinzu kommt, dass die Qualität der Bauteile 

durch Richt- und Brennschneidarbeiten vor 

forum 


Ort verschlechtert werden. Eine einwandfreie 

Schweißnahtvorbereitung ist 

durch Zwangslagen, räumliche Enge und 

Zeitdruck nur schwierig zu erreichen. Der 

Aufwand der Anpassarbeiten wird in verschiedenen 

Quellen mit 15 bis 25 % des 

Gesamtaufwandes beziffert. Neben den 

verschiedenen Ansätzen aus dem Bereich 

der Genaufertigung im Schiffbau setzt 

Blohm+Voss auf die lasergestützte Fertigung 

passgenauer orthogonal ausgesteifter 

Blechfelder. Mit einer im Stahlschiffbau 

bisher nicht gekannten Präzision werden 

das Laserstrahlschneiden und das Laserstrahlschweißen 

praktiziert. Ziel ist der Ausstoß 

akkurater Bauteilefamilien, die gleichzeitig 

als Messmittel dienen können. Aus 

diesen Gründen ist die Einführung der 

Lasertechnologie ein großer Schritt in der 

Entwicklung und Qualität der Genaufertigung 

des Stahlschiffbaus. 

Folgende Technologien und Methoden 

wurden in der Vorfertigung eingeführt: 

Großsektionen (Bild 2) 

● Die Kombination aus Laserstrahlschneiden 

und Laserstrahlschweißen in einer 

Fertigungslinie, kombiniert mit einer 

komplexen Spanntechnik, die exaktes 

Vorpositionieren und Heftschweißungen 

von Bauteilen überflüssig macht. 

● Die Automatisierung der präzisen Fertigung 

von Schiffbaupaneelen mit erheblich 

geringeren thermischen Deformationen 

als bei herkömmlichen Fügeverfahren. 

● Die Neuausbildung der Stahlschiffsinnenstrukturen 

aus modularen, standardisierten, 

akkuraten Stahlbaugruppen, 

den so genannten Teilefamilien. 

Als erste Werft weltweit setzt Blohm+Voss 

mit umfassender Konsequenz auf innovative 

Fertigungstechnologien und betritt damit 

Neuland. Dies ist deshalb außerordentlich 

bemerkenswert, weil mehrere Jahrzehnte

63 


schweißtechnischer Erfahrung nicht 1:1 auf 

das Laserstrahlschweißen übertragbar 

sind. Hervorragend ausgebildete Ingenieure 

sind gleichwohl überzeugt, den Schiffbau 

mit Augenmaß und Selbstbewusstsein zu 

revolutionieren. 

2 Voraussetzungen für den Einsatz 

der Lasertechnologie im 

Stahlschiffbau 

Die Schiffstypen des Blohm+Voss Portfolios 

(Fregatten, Korvetten, Mega-Yachten 

und schnelle Kreuzfahrtschiffe) haben 

gemeinsam, dass sie einen hohen Grad als 

Payload (Nutzgewicht) und eine hohe 

Dienstgeschwindigkeiten aufweisen. Diese 

Anforderungen bedingen für den Schiffskörper 

eine extreme Leichtbauweise. 

Um dem gewichtskritischen Anspruch 

der Produktpalette Rechnung zu tragen, 

hält der Trend zur Leichtbauweise auch im 

Stahlschiffbau an. Anders als herkömmliche 

Handelsschiffe, wie beispielsweise Containerschiffe, 

Massengutfrachter usw., 

zeichnen sich die genannten Schiffstypen 

durch konstruktive Gemeinsamkeiten der 

Innenstruktur des Stahlschiffskörpers aus. 

Der Raum im Innern des Schiffs bleibt dem 

Gebrauch verschiedenster Aufgaben vorbehalten. 

Exemplarisch sind z.B. luxuriöse 

Kabinenbereiche oder die komplexe Elektronik 

im Maschinenkontrollraum einer 

Yacht oder eines Kreuzfahrtschiffes sowie 

die an Bord einer Fregatte zu einem Waffensystem-Schiff 

integrierten Waffen-, Sensor- 

und Elektronikanlagen. Die Pluralität 

der Raumnutzung im Schiffsinnern erfordert 

die vielfache Teilung in Längs- und 

Querrichtung. 

Hinter der Hülle (Außenhaut) finden sich 

demnach zahlreiche Decks, längslaufende 

Wände und querteilende Elemente, wie 

forum 


Laserstrahlschweißen eines T-Stoßes (Bild 3) 

Schotte und Querwände, die zu einem 

Tragwerk verbunden sind. Das ermöglicht 

im Vergleich zu z.B. Containerschiffen die 

Verwendung von sehr geringen Blech- und 

Profildicken. Versteifte Blechfelder mit einer 

Materialstärke von 4 mm sind keine Seltenheit. 

Konventionelle Schweißtechnik, im 

Besonderen bei großformatigen Dünnblechelementen, 

verursacht durch die eingebrachte 

Wärme enorme Verwerfungen und 

Spannungen in den Bauteilen. Diese thermischen 

Deformationen erschweren die 

Verbindung der zahlreichen räumlich verteilten 

Anschlusspunkte in der Vor- und 

Endmontage. Erst durch nochmalige, 

nachträglich gezielt eingebrachte Wärme 

(Flammrichten) werden Schweißkonstruktionen 

wieder in ihre Sollform überführt. 

Selbst mit hervorragend ausgebildetem 

Schweißpersonal verbleibt ein erheblicher 

Richtaufwand von mehreren tausend Stunden 

pro Schiff. 

Die zahlreichen Flächenbauteile in den 

Schiffen der Hamburger Werft liegen somit 

in einem Bereich, der, bedingt durch ihre 

geringen Blech- und Profildicken, besonders 

empfindlich auf thermische Einflüsse 

reagiert. 

Die Lasertechnologie mit ihrer geringen 

Wärmeeinflusszone setzt auf Grund minimaler 

thermischer Belastung neue Maßstäbe 

in der schiffbaulichen Fertigungstechnologie. 

240 km Laserschweißnaht pro Schiff 

geben einen Ausblick, welches Einsparungspotenzial 

die Einführung der Hochtechnologie 

bedeutet. 

Bei der Betrachtung fertigungsspezifischer 

Faktoren der Produkte gibt es demnach 

einen hohen Deckungsgrad zwischen 

konstruktiver Verwandtschaft, den Anforderungen 

an die Fertigungstechnik (Genaufertigung) 

und den Eigenschaften der Lasertechnologie.

64 


Bei Handelsschiffen hingegen wünscht 

sich die Reederei ihr Transportgut „umgeben 

von möglichst wenig Schiff“. Große, 

zum Teil nach oben offene Laderäume sind 

die Folge. Blechdicken im Bereich von 

20 mm sind notwendig, um den Anforderungen 

der Längsfestigkeit des Schiffes zu 

genügen. Die Grenzen des industriell einsetzbaren 

Laserstrahlschweißens von 

Schiffbaustählen liegen indes zurzeit bei 10 

bis 12 mm. 

3 Eigenschaften der Lasertechnologie 

Wesentliche Merkmale und Vorteile beim 

Einsatz der Lasertechnologie zum 

Schweißen und Schneiden sind: 

Prozess 

● hohe Leistungsdichte 

● kleiner Strahldurchmesser 

● hohe Schweißgeschwindigkeiten 

● hohe Schneidgeschwindigkeiten 

● berührungsloses Werkzeug 

● Schweißen unter Atmosphäre möglich 

● Schweißen ohne Zusatzwerkstoff möglich 

Werkstück 

● geringe Wärmeeinflusszone 

● minimale thermische Belastung 

● geringer Verzug 

● Schweißen fertig bearbeiteter Bauteile 

möglich 

● unterschiedliche Werkstoffe schweißbar 

● wirtschaftlich einsetzbar bei Blechstärken 

bis 12 mm 

● oxidfreie Kanten mit hochgenauer 

Schnittkantengeometrie 

forum 


Anlage 

● kurze Taktzeiten 

● Anlagenverfügbarkeit > 90 % 

● gut automatisierbar 

4 Verfahrensvarianten 

Generell werden für das Laserstrahlschweißen 

und das Laserstrahlschneiden 

zwei unterschiedliche Verfahrensprinzipien 

eingesetzt. 

4.1 CO 2-Laserstrahlschweißen 

Der Laserstrahl wird von der Laserstrahlquelle 

über Spiegel (Strahlweg) zum Werkstück 

geführt. Der letzte Spiegel in der 

Schweißoptik fokussiert den Rohstrahl, der 

dann auf die Metalloberfläche auftrifft 

(Bild 3). Nach Erreichen der Verdampfungstemperatur 

bildet sich im Werkstück eine 

Laserstrahl-Schmelzschneiden (Bild 4) 

Dampfkapillare. Der nach oben abströmende 

Metalldampf erlaubt ein tieferes Eindringen 

des Laserstrahles und damit ein Verdampfen 

weiteren Materials. Es entsteht 

der so genannte Tiefschweißeffekt. Das 

Schließen der Kapillare, welche von 

schmelzflüssigem Material umgeben ist, 

wird durch den Dampfdruck verhindert. Der 

wesentliche Teil der Schmelze umströmt 

die durch die Fügezone bewegte Kapillare 

und bildet beim Erstarren die Schweißnaht. 

4.2 CO 2-Laserstrahl-Schmelzschneiden 

Die Fokussieroptik bündelt den aus dem 

Resonator (Teil der Laserstrahlquelle) austretenden 

und über Spiegelsysteme geführten 

Laserstrahl je nach Brennweite auf 

einen Fokusdurchmesser von etwa 0,1 bis 

0,3 mm. Durch Absorption auf der Metalloberfläche 

erwärmt sich der Werkstoff auf

65 


Schmelztemperatur und verdampft zum Teil 

spontan (Bild 4). Das schmelzflüssige 

Material wird mit Hilfe des Schneidgasstrahles 

(bestehend aus Stickstoff, wenn 

Reaktionen des Werkstoffes mit Sauerstoff 

unerwünscht sind) aus der Schnittfuge 

getrieben. Im Vergleich zu anderen thermischen 

Schneidverfahren wird eine sehr 

schmale Schnittspaltweite (< 0,3 mm) 

erzielt. 

Entsprechend der geringen Schnittspalte 

ist auch die in das Material eingebrachte 

Wärmemenge gering. 

Die Schnittflächen eines Schnittspaltes 

verlaufen beim Laserstrahlschneiden – im 

Gegensatz zu allen anderen thermischen 

Schneidverfahren – nahezu parallel. 

5 Anlagenkonzept der 

Blohm+Voss GmbH 

Die für die Laserbearbeitung im Stahlschiffbau 

erforderlichen Leistungen sind 

zurzeit nur bei CO2-Lasern (Gaslaser) verfügbar. 

Für optimale Ergebnisse beim 

Schneiden und Schweißen bilden zwei CO2- Laserstrahlquellen mit jeweils 12 kW den 

Kern des Laserbearbeitungszentrums. 

Unterschiedliche Applikationen werden 

durch den Einsatz speziell entwickelter 

Bearbeitungsoptiken ermöglicht. 

Im Einzelnen sind das: 

● Oberflächenbearbeitung von beschichteten 

Platten. Dabei brennt ein 20 mm 

breiter Linienfokus im Bereich von Aufsetzspuren 

der Versteifungselemente – 

wie der Profile oder Stegelemente – über 

das Blech hinweg (v =15 m/min) und 

entfernt die Grundierung. Ferner markiert 

der Laser mit stark reduzierter Leistung 

Aufsetzlinien und -zeichen. 

forum 


Ausgesteiftes Deckselement (Bild 5) 

● Hochdruck-Laserstrahlschmelz- 

schneiden (oxidfrei) bei allen Blechzuschnitten. 

● Laserstrahlschweißen von I-Nähten als 

T-Stoß und als Stumpfstoß. 

Die Schiffbauhalle 3 des Unternehmens 

Blohm+Voss erstrahlt seit Mitte des Jahres 

2000 in neuem Glanz. Auf einer 150 m langen 

und 30 m breiten Fläche ist das zurzeit 

im Schiffbau modernste Fertigungszentrum 

der Vormontage entstanden. Es unterstreicht 

den Willen des Unternehmens und 

der Belegschaft, die technologische 

Führung der Produkte nicht nur zu verteidigen, 

sondern als starker Global Player der 

Konkurrenz immer einen Schritt voraus zu 

sein. 

Der Aufbau der Laseranlage umfasst 

eine Verbindung aus fliegender Optik (Portal) 

und beweglichem Werkstückträger 

(Palette). Die Laserstrahlquellen stehen 

ortsfest. Der Rohstrahl wird über Spiegelsysteme 

zu Manipulatoren gelenkt und an 

deren Schnittstellen mit speziellen Optiken 

auf das Bauteil fokussiert. Vorausgerüstete 

Schneid- und Schweißpaletten durchfahren 

auf einem eigens hierfür entwickelten 

Transportsystem die Laserzelle. Allein die 

Werkstückträger haben ein Gewicht von 

16 t und tragen Bauteile von nochmals 

10 t. Die Lasermaterialbearbeitung erfordert 

Fügespalte von maximal 0,3 mm. Bei 

Bauteilen mit Laserstrahlschnittkanten ist 

dies problemfrei einzuhalten. Die Aufsetzkanten 

der Versteifungselemente (Profile) 

werden innerhalb der zusätzlich in Halle 3 

neu installierten Profillinie gefräst, danach 

beschriftet und schließlich mit einem 

Plasmaschneidroboter auf Länge konfektioniert.

66 


Neben der Lasertechnologie wurde bei 

der Auslegung der Gesamtanlage besonderes 

Augenmerk auf Handling, Ergonomie 

und intelligente Transportwege gelegt. 

Die gebrochene Fertigung basiert auf 

einer intensiven Simulationsstudie, die 

gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut in 

Rostock (IPA) erarbeitet wurde. Sie bildet 

die Basis der optimalen Steuerung einzelner 

Fertigungslose. 

Die großen Flächenbauteile wie Decks, 

Schotte und Wandelemente können bis zu 

einer Maximalgröße von 12 m Länge und 

4 m Breite auf der Laseranlage hergestellt 

werden. Längs und quer ausgesteifte 

Deckselemente sind für die neue Laserbearbeitung 

die größte Herausforderung 

(Bild 5). Zuerst werden zwei Bleche auf einer 

Schneidpalette besäumt (Rundumschnitt). 

In diesem Arbeitsschritt werden zudem die 

Beschichtung der Aufsetzflächen entfernt 

und Montagezeichen markiert. Die vorbereiteten 

Platten liegen im nächsten Schritt 

auf einer Schweißpalette und wachsen 

durch eine Laserschweißnaht in Längsrichtung 

(12 m) zu einem Plattenfeld zusammen. 

Aus dem fertigen Plattenplan entsteht 

durch Schweißen der längsversteifenden 

Profile ein Schiffbaupaneel. Zuletzt werden 

die lasergefertigten Querrahmen aufgesetzt 

und komplettieren das Deckselement. Für 

das I-Nahtschweißen (t = 3 bis 7 mm) und 

Aufsetzen von Profilen und Stegelementen 

forum 


(t = 5 bis 12 mm) werden Schweißnahtlängen 

bis zu 12 m beherrscht. 

Der Schweißvorgang beim T-Stoß 

geschieht zeitgleich mit zwei Optiken im 

Simultanschweißprozess. Dabei ist ein 

Vollanschluss zwischen Platte und Stegelement 

angestrebt, welcher eine zerstörungsfreie 

Ultraschallprüfung der Verbindung 

ermöglicht. 

Der Vergleich der Schweißnahtgeometrien 

zwischen einer konventionellen Kehlnaht 

(Bild 6a) und dem laserstrahlgeschweißten 

T-Stoß (Bild 6b) verdeutlicht den unterschiedlichen 

Wärmeeintrag in das Grundmaterial 

und die damit verbundenen Einflüsse 

auf die Bauteilgeometrie. 

Die neuen Fertigungsbedingungen stellen 

auch für die Konstruktionsabteilungen 

eine Herausforderung dar. Die optimale 

Auslastung der Anlage erfordert eine Standardisierung 

aller ebenen, ausgesteiften 

Stahlbauelemente unter Berücksichtigung 

eines vorgegebenen Rastersystems. Dieser 

erste Schritt zu einer modularen Bauweise 

im Gruppen- und Sektionsbau erfordert 

neue Denkansätze in der Auslegung, der 

Detailkonstruktion und der numerischen 

Ausarbeitung aller Bauteile. Unter Berücksichtigung 

der Tatsache, dass keine Serienschiffe 

hergestellt werden bzw. kein 

Schiff dem anderen gleicht, ist leicht vorstellbar, 

welche Aufgabe man bei 

Blohm+Voss angenommen und gelöst hat. 

Konventionelle Kehlnaht (Bild 6a) Lasergeschweißter T-Stoß (Bild 6b)

TK 

forum – Technische Mitteilungen ThyssenKrupp 

Inhalt Band 2 / 2000 

forum 


Heft/Seite 

Albrecht-Früh, U. Bandgießen – Innovation für die Erzeugung von Flachstahl-Produkten 

im neuen Jahrtausend 2/20 

Algenstaedt, C. „TS Online“ – die Plattform für den elektronischen Geschäftsverkehr 

von Thyssen Schulte 1/44 

Bilmayer, R. Hochautomatisierte Fertigung von Baugruppen von Lenksäulen 2/41 

Birkert, A. Moderner Aluminium-Space-Frame durch intelligentes Karosseriebaumanagement ® 2/34 

Brunnschweiler, D. TubPAS – die elektromechanische Lenkhilfe von Krupp Presta 1/27 

Buderath, P. Online-Dokumenten-Management-System für Abnahmeprüfzeugnisse 

von ThyssenKrupp Stahlunion 1/50 

Capotosti, R. siehe Albrecht-Früh, U. 

Engl, B. Pkw-Seitenaufprallträger aus Mehrphasenstählen 1/9 

Esdohr, J. siehe Engl, B. 

Espenhahn, H. Aluchrom 7Al YHf – Neuer Katalysatorträger-Werkstoff von Krupp VDM 1/16 

Feindt, J.-A. siehe Engl, B. 

Frederick, L. Öko-Schiffsbelader von Krupp Canada 1/60 

Harbig, P. Blechradträger aus NIROSTA ® H400 1/13 

Heller, Th. siehe Engl, B. 

Hendricks, C. Inbetriebnahme und bisherige Erfahrungen mit der Gießwalzanlage 

der Thyssen Krupp Stahl AG 2/7 

Janssen, H. siehe Hendricks, C. 

Köhler, K. siehe Engl, B. 

Krautschick, J. siehe Harbig, P. 

Kroos, K. Moderne Logistik-Systeme für komplexe Modul-Lieferungen 2/47 

Lagler, K. siehe Birkert, A. 

Lieberwirth, H. Innovative Lösungen für den Abraumtransport in einem Kupfer- und Goldtagebau 1/56 

Lindenberg, H.-U. siehe Albrecht-Früh, U. 

Lörenz, R. siehe Bilmayer, R. 

Meichsner, Th. siehe Birkert, A. 

Minguzzi, A. Einsatz von Warmschmiedetechniken zur Fertigung von Fahrwerkskomponenten 

für Erdbewegungsmaschinen 2/55 

Minks, Th. Mit dem Laserstrahl den Schiffbau revolutionieren: Laserstrahlschweißen und –schneiden 

bei Blohm+Voss 2/61

forum – Technische Mitteilungen ThyssenKrupp, Inhalt Band 2 / 2000 – Fortsetzung 

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Heft/Seite 

Palm, L. Innovative Technologien zur Entlackung und Farbbeschichtung von Schiffen im Dock 1/69 

Platz, N. siehe Palm, L. 

Puhl, H. siehe Kroos, K. 

Rasim, W. siehe Hendricks, C. 

Rusch, K. Ladekästen aus Verbundwerkstoffen für neue SUV- und Pickup-Modelle 1/20 

Sailer, M. Stahl-Leichtbau-Verbundlenkerachse von Thyssen Umformtechnik + Guss 1/32 

Schmidt, K. Innovative Luftfeder-Dämpfermodule für die S-Klasse von DaimlerChrysler 1/34 

Schmilinsky, E. Hochreine Nickelbasislegierungen durch Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren 2/14 

Schnitzer, H. siehe Hendricks, C. 

Scholz, H. siehe Schmilinsky, E. 

Senk, D. siehe Albrecht-Früh, U. 

Sowka, E. siehe Hendricks, C. 

Stebner, G. siehe Albrecht-Früh, U. 

Stein, W. Die Smartstep-Stufe – Innovation im Fahrtreppenbau 1/40 

Stich, G. siehe Engl. B. 

Tesé, P. siehe Hendricks, C. 

Thielert, H. Automatisierung und Optimierung von Gasreinigungsanlagen mit GasControl ® 1/63 

Vallese, F. siehe Minguzzi, A. 

Vergoz, J. Intelligenter Fertigungsprozess – Six-Sigma-Teile aus SMC 2/28 

Walter, M. siehe Albrecht-Früh, U. 

Willnauer, H. siehe Stein, W. 

Winter, H. siehe Birkert, A.

Forum - Technische Mitteilungen - ThyssenKrupp

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