Digitale Transformation

Diese Giesserei revolutioniert mit 3D-Druck die Produktion

Mit einem neuen Produktionsverfahren setzt Christenguss aus dem aargauischen Bergdietikon neue Massstäbe im Spezialguss. Zusammen mit der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW automatisiert und digitalisiert das Familienunternehmen die Wertschöpfungskette.

Christenguss ist eine traditionsreiche Metallgiesserei aus dem aargauischen Bergdietikon. Das Familienunternehmen fertigt u.a. komplexe Sandgussformen im 3D-Druckverfahren her. Bei den kleinen Stückzahlen sind hohe Qualität, Individualität und Prozesssicherheit sehr wichtig. Die Herstellung der Losgrösse eins erfordert absolute Präzision. Denn wird nur ein Stück produziert, sollte möglichst kein Ausschuss entstehen. Christenguss entwickelt deshalb in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Nordwestschweiz ein neues, digitales Produktionsverfahren, das den Prozess der Gussherstellung revolutionieren wird.

Von A bis Z digital

Ziel ist es, die Herstellung jedes einzelnen Gussteils vollautomatisch zu steuern und zu regeln. Sämtliche erforderlichen Fertigungsparameter lassen sich digital bestimmen und neuartige Algorithmen optimieren den Gesamtprozess. Die übergeordnete Prozessplanung ist Teil eines sogenannten Cyber-Physischen Systems (CPS). Ihre Umsetzung erfolgt in den Parametern der Mess- und Regelungstechnik der einzelnen, untergeordneten Bearbeitungsschritte. Die anschliessende physische Fertigung des Gussteils liefert die Messdaten, mit deren Hilfe Christenguss die übergeordnete Prozessplanung aktualisieren und den Fertigungsprozess automatisch anpassen kann. Jedes Gussteil hat einen eigenen ID-Code, dank dem der gesamte Fertigungsprozess von der Planung über die Ausführung bis hin zur abschliessenden Qualitätskontrolle komplett digital gesteuert und geregelt werden kann. So lassen sich alle Herstellschritte jederzeit vollständig nachverfolgen.

Höhere Qualität bei tieferen Kosten

Die digitale Produktion ermöglicht die integrale Qualitätskontrolle jedes einzelnen Gussstücks und die In-situ-Anpassung der Fertigung. Damit kann Christenguss Produkte auf höchster Qualitätsstufe fertigen, die Normen wie beispielsweise die EN 9100 für Luft- und Raumfahrt problemlos erfüllen. Dank dem 3D-Druck der Gussformen lassen sich Positioniersysteme für ein Gussteil direkt ins Angussteil integrieren. Dadurch sind spezifische Vorrichtungen für die mechanische Bearbeitung und das Verputzen der Teile nur noch in sehr geringem Mass notwendig. Heute betragen die Kosten für den Vorrichtungsbau ein Mehrfaches der Kosten für die mechanische Teilebearbeitung. Diese hohen Summen lassen sich dank der additiven Fertigung drastisch reduzieren und die Herstellung von Einzelgussteilen als Prototypen oder in Kleinserien wird somit bezahlbar.

Schonung der Ressourcen

Das neue Produktionsverfahren ist nicht nur schnell, kostengünstig und bietet höchste Qualität, es ist auch vorbildlich in Sachen Nachhaltigkeit. So schont es Ressourcen, da nur so viele Einheiten produziert werden, wie effektiv notwendig sind. Die maximale Prozesssicherheit und die daraus resultierende hohe Produktqualität minimieren den Ausschuss, was den Energiebedarf für das Wiedereinschmelzen von fehlerhaften Bauteilen spürbar reduziert. Das digitale, geometrische Variationsmodell und die dazugehörigen, beliebig definierbaren Zusatzoptimierungskriterien – beispielsweise «minimale Zahl Bearbeitungsschritte» oder «minimaler Energieverbrauch» – erlauben es, den Bearbeitungsprozess für ein Gussteil individuell und nach Belieben zu optimieren.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Die Kooperation zwischen Christenguss und der FHNW begann mit einer Semesterarbeit von Studierenden der Hochschule für Technik FHNW. Die zukünftigen Wirtschaftsingenieure untersuchten die Produktionsprozesse der Metallgiesserei und präsentierten Ansätze einer Effizienzsteigerung. Davon inspiriert lancierte Geschäftsführer Florian Christen die Vision «Guss 4.0». Auf Basis der digitalen Daten soll der gesamte Fertigungsprozess automatisiert werden. Zusammen mit dem Know-how der Industrie-4.0-Experten der FHNW begann Christenguss mit der Realisierung der Vision. Laut Markus Krack von der FHNW ist eine der zentralen Herausforderungen die Aufbereitung der Daten durch eine Software. Erst dadurch wurden die Roboter «smart».

Keine Robotisierung

Bei so viel Automation kommt vielleicht der Verdacht auf, dass bei Christenguss in Zukunft nur noch Roboter und keine Menschen mehr arbeiten werden. Doch Florian Christen,
Geschäftsführer des Familienbetriebs, winkt ab: «Mit dem neuen Fertigungsverfahren wollen wir unsere Position weiter stärken, um nach wie vor zu den Besten unserer Nische zu gehören. Ich bin überzeugt, dass wir auf diesem Weg in naher Zukunft mehr Arbeitsplätze schaffen werden.»

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