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Abbildung 1: Ofen während des Testbetriebs
Abbildung 1: Ofen während des Testbetriebs

Ein Blick hinter die Kulissen: Werksabnahme eines Durchlaufofens

Trocknungs- und Thermoprozessanlagen kommen in vielen industriellen Produktionsprozessen und damit auch in der keramischen Industrie zum Einsatz.

Von Trocknungsanlagen für Dachziegel, über Temperöfen für Feuerfeststeine oder große Durchlauföfen für die verschiedensten keramischen Materialien, meist ist der Trocknungs- oder Thermoprozessschritt einer der wichtigsten Prozesse innerhalb der Fertigung und essentiell für die Produktqualität.

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Für viele thermische Anwendungen existieren Standardlösungen wie einfache Trockenschränke oder Standard-Durchlauftrockner. Bei größeren Produktionslinien oder Modernisierungen von bestehenden Anlagen muß aber oft auf eine kunden- und projektspezifische Entwicklung zurückgegriffen werden. Maßgeschneiderte Entwicklungen bieten eine Reihe von Vorteilen wie große Freiheitsgerade in der Auslegung der Anlagen, die Einführung moderner Fertigungsverfahren, Kosten- und Energieeinsparungen oder eine passgenaue Dimensionierung. Die Entwicklung und der Bau einer Sonderanlage bringt aber auch ein höheres Risiko mit sich. Das Vertrauen des Auftraggebers zum Anlagenbauer muss vorhanden sein, damit Großprojekte erfolgreich umgesetzt werden können.

Der folgende Beitrag beschreibt anhand eines konkreten Projektes, welche Herausforderungen sich bei einer kundenspezifischen Entwicklung ergeben können, wie man das Risiko von Kundenseite reduzieren und ein Anlagenbauer bei auftretenden Schwierigkeiten reagieren kann.

Besonderheiten bei Werksabnahmen von industriellen Großanlagen am Beispiel eines Kalzinierofens für technische Keramik

Bei dem Projekt handelt es sich um eine neue Produktionslinie für Autoabgaskatalysatoren. Grundlage von Katalysatoren oder Dieselpartikelfiltern sind temperaturstabile Trägerelemente, so genannte Wabenkörper aus Keramik oder Metallfolien, die eine Vielzahl kleiner dünnwandiger Kanäle aufweisen. Die Kanäle der Wabenkörper werden mit einer reaktiven Schicht überzogen, welche später als Katalysator bei der Abgasreinigung dient. Je nach Produktionsverfahren müssen die beschichteten Wabenkörper zuerst vorgetrocknet werden, bevor sie einen Kalzinierschritt durchlaufen. Einige keramische Trägerelemente sind in Abbildung 2 zu sehen. Die beschichteten Wabenkörper werden dann in einem späteren Produktionsprozess in entsprechende Gehäuse konfektioniert.

Teil der neuen Produktionslinie sind unter anderem zwei Bandtrockner und ein Kalzinier-Durchlaufofen, der die beschichteten Keramikkörper auf bis zu 500 °C aufheizt. Das Handling der keramischen Wabenkörper in, aus und zwischen den Anlagen war ebenfalls Bestandteil des Projektes. Münstermann verfügt über langjährige Erfahrung für Thermoprozessanlagen für die Katalysatorherstellung und beliefert alle namhaften Hersteller in Europa. Mit dem Projektkunden hatte man in der Vergangenheit bereits gemeinsame Projekte durchgeführt, allerdings in einem anderen Bereich und mit kleineren Anlagen. Im weiteren wird näher auf den Durchlaufofen, wie er in Abbildung 1 dargestellt ist, eingegangen.

Warmlauf in den Münstermann-Hallen

Die neue Linie ist Bestandteil einer Erweiterung eines bestehenden Werkes. Aufgrund der suboptimalen Erfahrungen mit vorherigen Lieferanten bestand der Kunde auf einem sogenannten FAT (Factory Acceptance Test), einem Warmlauf in den Produktionshallen des Zulieferers vor der finalen Auslieferung an den späteren Aufstellungsort. Es handelt sich quasi um eine Vorabinbetriebnahme. Sinn eines kompletten Funktionstestes ist es sicher zu stellen, dass die spezifizierten Werte wie Aufheizkurven, maximale Temperaturen, Strömungsgeschwindigkeiten, Temperaturtoleranzen und periphere Parameter wie die Geräuschentwicklung der Anlage innerhalb der geforderten Parameter liegen. Und das bevor der Ofen im späteren Produktionsbetrieb des Kunden montiert und in Betrieb genommen wird.

Zwar ist es üblich, dass einzelne Teilgewerke oder Funktionsblöcke während des Aufbaus nach vereinbarten Abnahmeprotokollen getestet werden, aber eine Anlage in dieser Größe komplett aufzuheizen und unter realen Produktionsbedingungen, wenn auch nur für einige Tage, zu betreiben, stellt ein eigenes logistisches Großprojekt dar. Alleine die benötigte elektrische Leistung, um einen großen Durchlaufofen bei über 500 °C zu betreiben, würde das örtliche Stromnetz überlasten. Speziell für den Warmlauf wurden aus diesem Grund Dieselgeneratoren mit einer Gesamtleistung von 4 MW angemietet, mit denen der Ofen betrieben wurde. Abbildung 3 zeigt die Aggregate vor einer der Münstermann-Hallen.

Gemeinsame Abnahmetests

Die Testbedingungen für den Ofen wurden gemeinsam mit dem Kunden bereits bei Projektvergabe klar definiert. Da die Testprozeduren so realistisch wie möglich sein müssen, wurden vom Kunden verschiedene Produkttypen und Größenvarianten bereitgestellt. Bei den Mustern handelte es sich um unbeschichtete Keramikkörper, wie sie später beschichtet im Ofen aufgeheizt werden. Auch Größe und Form der Muster entsprachen den späteren Produktionsbedingungen, da sich je nach Dimensionierung der Testmuster Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturkurven im Ofen verändern. Gemessen wurden Temperatur und Volumenstrom über eine größere Anzahl an Sensoren. Insgesamt wurde als Dauer für die verschiedenen Tests eine Woche veranschlagt, wobei der Testdurchlauf einer repräsentativen Menge an Wabenkörpern durch den Ofen mit anschließender Datenauswertung der Messergebnisse mehrere Stunden dauert. Abbildung 1 zeigt den Ofen kurz vor dem ersten Testlauf.

Die ersten Testläufe wurden gemeinsam mit Mitarbeitern des Auftraggebers durchgeführt und zeigten, dass der Ofen nicht mit den geforderten spezifizierten Parametern betrieben werden konnte. Speziell die Strömungsgeschwindigkeit der Umluft im Ofen war zu gering. Hier zeigt sich, dass ein Warmlauf, selbst wenn er wie im vorliegenden Fall sehr aufwändig ist, bei Projekten zwischen neuen Partnern und speziell auch neuen Anlagentypen sinnvoll sein kann. Strömungssimulationen und deren Verifikation an einer Testanlage im firmeneigenen Technikum ergaben, dass mit einigen mechanischen Änderungen die gewünschten Spezifikationen erreicht werden konnten. Gemeinsam mit den Experten des Kunden wurden die Lösungsansätze ausführlich diskutiert und schließlich umgesetzt. Bei der echten Inbetriebnahme unter Zeitdruck und am Aufstellungsort in Osteuropa wären Modifikationen am Ofen sicherlich langwieriger und sehr viel schwieriger bzw. aufwändiger gewesen.

Ausblick

Projekte im Sonderanlagenbau beinhalten stets Risiken - für den Hersteller aber auch für den Lieferanten. Arbeitet man dann auch noch mit neuen Partnern zusammen, können aufwändige Werksabnahmen beim Hersteller zu vertrauensbildenden Maßnahmen werden. Kleinere Probleme und Anpassungen der Anlagen bei der Inbetriebnahme sind die Regel. Im vorliegenden Fall war es sogar von Vorteil, dass nicht alles auf Anhieb nach Spezifikation funktionierte. Der Kunde war bei der professionellen Problemlösung involviert und wurde transparent und offen über alle Schritte und den aktuellen Stand auch bei ersten Misserfolgen in regelmäßigen Besprechungen oder Videokonferenzen informiert. Die komplette Abwicklung der Werksabnahme wirkte aus diesem Grund sehr vertrauensfördernd. Testreihen, wie sie bei einem kompletten Funktionstest durchgeführt werden, sind zwar zeitaufwändig, bieten aber auch die Gelegenheit, dass sich die Mitarbeiter der verschiedenen Unternehmen besser kennen lernen. Alles in allem hat sich der Aufwand für beide Partner gelohnt.