Gussrohre sind eigentlich Schrott
PAM-GLOBAL S-Rohre und Formstücke bestehen aus Grauguss, einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Gehalt an Kohlenstoff von über zwei Prozent. Dieser Kohlenstoff ist in der metallischen Grundmasse in Form von Lamellen eingelagert. Man bezeichnet diese auch als Graphitlamellen und das Material entsprechend als Gusseisen mit Lamellengraphit.

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Um Gusseisen herzustellen, werden Gussbruch und Eisenschrott mit Zuschlagsstoffen, wie Koks und Kalk in einem Heißwind-Kupolofen eingeschmolzen. Dann gilt es, den flüssigen Rohstoff buchstäblich in Form zu bringen. Die Herstellung der geraden Rohrlängen geschieht heute nur noch im Schleuderguss-Verfahren. Dabei wird in eine sich schnell drehende, zylindrische Metallform, der so genannten Kokille, das flüssige Eisen gegossen. Die Fliehkraft drückt das fließende Metall dabei an die Innenwand der wassergekühlten Kokille. So bildet sich nach Erkalten des Eisens das Rohr. Ein Formkern ist bei diesem Verfahren nicht erforderlich. Das einfließende Eisen wird auf einer Waage genau dosiert, sodass ein Rohr mit einer gleichmäßigen und genau berechneten Wanddicke entsteht. Ist das Rohr in der Kokille fest geworden, wird es aus der Form herausgezogen.
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Eisen, aber echt weich
Was man jetzt erzeugt hat, ist ein Rohr aus Gusseisen mit Lamellengraphit, Sorte EN-GJL-150 nach DIN EN 1561 [1]. Dieses Rohr wird dann in einem Glühofen bei einer Temperatur von 950 °C gezielt wärmebehandelt. Die thermische Nachbehandlung hat zur Folge, dass sich sehr kleine, rosettenförmige Graphitlamellen ausbilden. Dadurch verbessern sich die mechanischen Eigenschaften des Gusseisens. Eigenspannungen im Material werden abgebaut und die Zugfestigkeit nimmt zu. Ferner bekommt das Rohr so eine weiche Gusseisen-Brinellhärte von etwa 210. Und das ist für die spätere Verarbeitung auf der Baustelle wichtig. Rohre mit dieser Härte lassen sich auch mit stromlosen Gussrohrschneidern gut ablängen. Ist die thermische Nachbehandlung abgeschlossen, wird der Rohrrohling gereinigt und innen geschliffen. Es folgen eine mechanische Qualitätskontrolle und der genaue Zuschnitt auf die baustellenübliche Lieferlänge von drei Metern.

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Im nächsten Bearbeitungsschritt werden die Innenflächen der Rohre mit einer Beschichtung auf Epoxidharzbasis überzogen und nachfolgend in einem Ofen vernetzt. Diese Schicht schützt das Innenleben des Rohres vor chemischen Einflüssen und macht die leicht raue Oberfläche glatt. Was dann noch folgt, ist die Außenbeschichtung mit Acryllack und das Aufbringen der Rohrkennzeichnung. Sie sichert die Rückverfolgbarkeit, falls es mit dem Rohr mal qualitative Probleme geben sollte. Damit solche Fälle aber die Ausnahme bleiben, wird jeder Meter Rohr vor der Auslieferung einer letzten Qualitätskontrolle unterzogen.

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Formstück aus dem Sandbett
Nur mit dem Rohr allein kann man aber wenig anfangen. Denn Gussrohrbiegemaschinen hat man ja noch nicht erfunden. Bogen und Abzweige als Formstücke sind nötig. Da die eben mehr als „nur rund“ sind, können sie nicht mit dem Schleuderguss-Verfahren hergestellt werden. Sie entstehen im Sandguss-Verfahren. Hierzu verwendet man einen Gießkasten, der aus einem Ober- und einem Unterkasten besteht. Die beiden Gießkastenhälften sind mit einem Quarzsand gefüllt, der mit Bindemittel gemischt ist. In dem Sand werden Modellplatten der Formstückhälften unter hohem Druck eingeprägt. So entsteht eine Gießform, die den Außenabmessungen des Formstückes entspricht. Da Formstücke Hohlkörper sind, wird als Innenform zwischen Ober- und Unterkasten ein Kern gelegt, der den Innenraum des Formstückes ausmacht. Der zwischen Außen- und Innenform verbleibende Hohlraum entspricht etwa den Abmessungen des Formstückes – er ist ein wenig größer bemessen, weil das Metall beim Abkühlen schwindet, also geringfügig schrumpft. Dieser Hohlraum wird über den Gusstrichter und Eingusskanäle mit flüssigem Eisen gefüllt. Nach dem Entleeren der Gießform wird das abgekühlte Gussstück vom Formsand, den Kernresten und den erstarrten Eisenteilen des Eingusssystems befreit. Nach dem Putzen und Entgraten in der Abstrahlkammer und in der Schleiferei, folgt das Aufbringen der Beschichtung. PAM-GLOBAL-Formstücke werden innen und außen im kataphoretischen Tauchverfahren phosphatiert und mit einer Epoxid-Deckschicht versehen. Mit dem Tauchverfahren wird erreicht, dass auch an den Kanten der Formstücke eine Schichtdicke von 70 μm gegeben ist.

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Damit sind die Formstücke genauso gut geschützt wie die Rohre selbst. Schließlich können Gussrohre und Formstücke nach den Festlegungen der DIN 1986-4 [2] für alle Bereiche eines Entwässerungssystems – also sogar zur Erstellung von Grundleitungen – verwendet werden. Und gerade wenn letztgenannte Verwendung einmal unumgänglich ist, tut es gut zu wissen, dass man sich bei der Herstellung des Materials richtig Mühe gegeben hat.

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Literaturnachweis:
[1] DIN EN 1561: Gießereiwesen – Gußeisen mit Lamellengraphit
[2] DIN 1986-4: Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke – Teil 4: Verwendungsbereiche von Abwasserrohren und -formstücken verschiedener Werkstoffe

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Brinellhärte
Um die Härte eines Stoffes zu bestimmen, wird ein Eindringkörper (Stahl- oder Hartmetallkugel) mit dem Durchmesser D und der Prüfkraft F senkrecht in den Probekörper eingedrückt. Nach Entfernung der Prüfkraft wird der verbleibende Eindruck der Kugel vermessen und ist ein Maß für die Härte des zu prüfenden Stoffes. Es werden Kugeln von 1mm, 2mm, 2,5mm, 5mm und 10 mm Durchmesser und Prüfkräfte von 9,807 N bis 29,42 kN verwendet.

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Mikrometer (μm)
Ein Mikrometer ist ein millionster Meter, es gilt also:
1 μm = 0,000 001 m = 10-6 m

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Kataphorese
Unter der Kataphorese versteht man die Wanderung positiv geladener Teilchen zur Kathode

Seine neueste Flamme ist zwar eine so genannte Öko-Tussi, aber süß wie keine Zweite. Und wie er mit ihr im geliehenen Touareg vom Vater durch die Rapsfelder ins Wochenende fahren will, kommt es wie es kommen musste. Sie moniert: „Ist das nicht völlig unökologisch mit 313 PS? Und wie kannst du nur solche Mengen fossilen Brennstoffs einfach für immer vernichten?“
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Aber er weiß sich zu verteidigen, hat er doch das Fahrzeug mit entsprechendem Biokraftstoff betankt. Die zehn Zylinder hüpfen also in dem angemessenen Raps-Umfeld quasi mit einem ökologischen Freifahrtschein. Als die beiden dann an Vaters bescheidener Jagdhütte ankommen, wird die Ölheizung fürs Badewasser und die Heizung eingeschaltet. Wieder setzt die süße Maus zu einer kurzen Abhandlung über den Einsatz von Solarenergie zur Deckung der Wärmeanforderungen an. Und wieder beruhigt er sie auf seine charmante Art. Denn auch das gebunkerte Heizöl ist neu-biologischen Ursprungs und verbrennt daher CO2-neutral, wie er meint und besonders betont. Er fügt in seinem Übermut hinzu: Selbst wenn der Öltank hier komplett auslaufen würde, kommt es nicht zu einer Ölkatastrophe – geschweige den zur Vergiftung des Grundwassers. Das Zeug ist biologisch komplett abbaubar. Sie ist nicht nur beruhigt, sondern begeistert. Ob er ihr denn vielleicht erklären könne, wie man diesen wunderbaren Brennstoff gewinnt? Und genau diese fast alltägliche Geschichte veranlasste die Erstellung dieses Berichts.

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Ölige Pflanzen
In Deutschland wird als Basis für die Erzeugung von Biodiesel häufig der Raps angepflanzt. Zwischen 40 und 45 Prozent des Samens dieser Pflanze besteht aus Öl. Die Pflanze hat also das Sonnenlicht eingefangen und die Energie in Form von Öl eingelagert. Das Öl im Samen der Pflanze sollte eigentlich die zur Fortpflanzung notwendige Energie beim Keimen des Samens liefern, gewissermaßen ein Entwicklungshelfer für die paar Tage im Dunkeln. Statt zur Keimung aufs Feld wird diese Rapssaat einer Ölmühle zugeführt und ordentlich gequetscht. Zurück bleiben der Rapskuchen und das energiereiche Öl. Der Kuchen wird als Bestandteil von Futtermitteln Verwendung finden. Das Rapsöl könnte man direkt nach der Pressung auch als Speiseöl deklarieren oder zu Margarine weiterverarbeiten. Zum Einsatz als Kraftstoff in einem herkömmlichen Motor eignet es sich so jedoch noch nicht. Nur eigens für den Betrieb mit Rapsöl vorbereitete Motoren sind in der Lage, dieses Öl bereits in dieser Güte zu nutzen. Hersteller wie die Elsbett AG sind seit Jahrzehnten tätig, um Motoren für diese Anforderungen herzustellen und zu vermarkten. Ein bestechender Vorteil das Öl in dieser Form bereits zu nutzen besteht in dem sehr geringen technischen Aufwand bis zu dieser Produktionsstufe. Ein paar Tröpfchen an den Salat und den Rest der Flasche in den Tank ist also möglich, aber nicht für jeden hoch gezüchteten Dieselmotor machbar. Zum einen, weil Raps als Naturprodukt in Zusammensetzung und Qualität nicht immer gleich ist. Darüber hinaus ist es auch weitaus zäher als das gewohnte Dieselöl und lässt sich auch nicht so leicht entzünden. Nacharbeit mit Veredelung tut also Not um damit auch anspruchsvolle Großserienmotoren betreiben zu können.
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Veredelung mit Lady Ester
Ziel einer Veredelung des kaltgepressten Öls ist es, die Eigenschaften als Brenn- und Kraftstoff zu verbessern. Großindustriell kommt die so genannte Umesterung zum Einsatz. Ester wurde ehemals auch als Äther bezeichnet. In unserem Sprachgebrauch finden wir Parallelen zu den ätherischen Ölen. Jene leichtflüchtigen, meistens gesundheitsfördernden Tröpfchen, die besonders in der kalten Jahreszeit, beispielsweise bei Heiserkeit, helfen sollen. Gemeint ist also mit der Umesterung in diesem Zusammenhang die Herstellung eines leichter flüchtigen Öles. Hierzu wird das Pflanzenöl inklusive seinem möglichst geringen Anteil an Wasser mit Methanol vermengt. Man kippt noch kleine Mengen an Katalysatoren dazu. Katalysatoren beschleunigen den Prozess, werden dabei aber selbst gewöhnlich nicht verbraucht. Wie in einer guten Alchemistenküche wird diese Masse dann erhitzt und gerührt. Bei 50 bis 70 Grad Celsius vervollständigt sich dieser Prozess. Die Reaktionsgleichung zeigt dann:

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Methanol plus pflanzliche Öle ergibt Glycerin plus Fettsäuren

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Und diese dabei entstehenden Fettsäuren sind es, die als Biokraftstoff verwendet werden. Das Nebenprodukt Glycerin findet Verwendung in der Kosmetikbranche als Feuchtigkeitsspender oder industriell als Frostschutzmittel, Weichmacher und Schmierstoff.
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Ab in die Tanks und fertig?
Nach einem Reinigungsprozess des so entstandenen Fettsäuremethylesters, kurz FAME (Fatty Acid Methyl Ester) genannt, ist es also sehr verwandt mit dem fossilen Brennstoff Heizöl und dem Kraftstoff Diesel. Würde man komplett und zu 100 % diesen Biodiesel verwenden, wäre die Kurzbezeichnung B100. In Deutschland ist der Dieselkraftstoff B5 (also mit 5 % Biodiesel) seit Jahren etabliert. B7 ist seit Februar 2009 möglich. Und selbst der ADAC hat für des Deutschen liebstes Kind kaum Bedenken. Bei 5 % und auch noch bei 7 % Beimischung ist dieser Treibstoff für die meisten modernen Diesel-Fahrzeuge verträglich. Wichtiger Punkt ist allerdings, dass die Ölwechselintervalle für die Motoren zwingend eingehalten werden. Der Grund dafür: Biodiesel verdampft erst bei Temperaturen von über 130 °C, der fossile Bruder bereits bei niedrigen 55 °C. Die Mengen an Dieseltreibstoff die beim Motorenbetrieb also unweigerlich über die Zylinderwände in die Ölwanne durchflutschen verflüchtigen sich nicht gleich gut. Der fossile Kraftstoff verdampft während einer zünftigen Autobahnfahrt, der Biokraftstoff reichert sich jedoch im Schmieröl an. Da er zäher fließt (höhere Viskosität) als das gebräuchliche Schmieröl, kann dies für den Motor nachteilig werden. Regelmäßiger Ölwechsel in den angegebenen Intervallen ist also Pflicht beim Einsatz von Biokraftstoff, selbst bei aktuellen geringen Zumengungen von nur fünf bis sieben Prozent.
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Heizen mit Pflanzensaft?
Zur sofortigen Verbrennung kann man es natürlich auch einsetzen. Die Komponenten der Heizungsanlage, die direkt mit dem Öl in Berührung kämen, müssten allerdings ein wenig angepasst werden. Pumpen, Filter, Leitungen, Tank und Brenner müssten der höheren Lösemöglichkeit des Biodiesels gegenüber herkömmlichem Heizöl gewachsen sein. Da es ohnehin zurzeit nicht wirtschaftlich sinnvoll erscheint zu 100 % Biodiesel zu verheizen, sind Anteile zwischen fünf und 20 Prozent in der Erprobung. Die Komponenten scheinen diesen Mix recht gut zu verkraften. Zusammengefasst kann man attestieren, dass es technisch grundsätzlich beherrschbar ist, den fossilen Diesel gegen Biodiesel auszutauschen. Durchgeführt wird die Substituierung (Ersetzung) derzeit in Deutschland nur im Bereich des Dieselkraftstoffes dem mindestens fünf Prozent Biodiesel zugemischt werden.
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Der Weg aus der Krise?
Das hört sich alles recht einfach und plausibel an. Man baut entsprechende Mengen an Raps oder vielleicht noch ergiebigere Pflanzen wie die Ölpalme an, schickt diese mit Lady Ester ins Quartier und schon hat man Treibstoff für dicke Autos und Brennstoff für die kalten Tage. Dazu ist das alles auch noch CO2-neutral. Denn nur das was die Pflanze an Kohlendioxid aufnimmt, kann sie ja auch wieder abgeben. Und wenn für die Produktion, die Umesterung, den Transport und so weiter noch zusätzliche Energie notwendig wird, so kann man ja vorsorglich mehr Ölpflanzen anbauen als man für den Biodieselverkauf vorsieht. Der dann erzeugte Überschuss wird direkt in die Produktion gesteckt und füllt dort die Energielöcher auf. Die Sonne speist ein und hinten, am Ende dieser lupenreinen Öko-Produktionskette, kommt eine leicht zähe Flüssigkeit heraus. Bei diesem paradiesischen Szenarium bleiben Fragen über die zur Verfügung stehenden Anbauflächen, über Konkurrenz zwischen Öl- und Nahrungspflanzen, über die Ökologie solchen Anbaus im großen Stil und viele andere Bedenken hinten angestellt. Man ist sich selbst auf höchster politischer Ebene nicht einig über die konkrete Einschätzung dieser Technik. Umfangreiche Studien werden in den nächsten Jahren immer mehr Licht in die energetische Zukunft der Erde bringen. Ob mittelfristig Biodiesel eine Rolle spielen wird, werden wir erleben. Gerüstet sind wir heizungsseitig bis dahin allemal.

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Übrigens hat die süße Maus nach dem Wochenende im Jagdhaus auf dem Rückweg den Touareg gelenkt. Man munkelt, sie sei auf den Geschmack gekommen. Ökologie kann so schön sein!

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Film zum Thema
Wer sich noch weiter über Bio-Diesel, Bio-Heizöl und Co. informieren möchte, für den steht hier ein schöner Film zur Verfügung:

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Eines der Aushängeschilder für den handwerklich tadellos arbeitenden Betrieb waren lange Zeit die selbstgebauten Verteiler im Keller des Mehrfamilienhauses. In Zeiten kleiner Budgets der Auftraggeber und relativ hohen Löhnen werden zunehmend vorgefertigte Verteiler eingebaut. Die SBZ Monteur-Redaktion hat sich eine solche Vorfertigung im Hause Sinusverteiler angeschaut.
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Auf dem Bausektor ist eine serielle Fertigung von Anlagenteilen derzeit noch die Ausnahme. In anderen Branchen jedoch gilt die individuelle Einzelfertigung als Besonderheit. Oder wer hat heute noch das nötige Kleingeld für ein handgefertigtes Auto? Völlig normal ist für den Verbraucher der Griff in die perfekte Wunschkiste der großen Automobilhersteller. Fast virtuose Autos, oft bis auf die Tatsache, dass sie noch Sprit verbrauchen, können bestellt werden. Individuelle Wünsche wie Leistung des Motors oder Farbe der Sitze lassen sich weiterhin nach Kundenwunsch fertigen. Dieser Vorteil wird beim Fahrzeug allseits gelobt und hat sich zig millionenfach bewährt. Beim Hausbau ist dieser Produktionswandel noch nicht so umfassend angekommen. Es gilt häufig noch die Lösung ‚Stein auf Stein’.
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Patent auf Sinus
Glücklicherweise sind jedoch einige Bausteine eines Hauses aus dem berühmten Regal zu entnehmen. In bester Qualität und eigentlich schon wieder ein Aushängschild für handwerkliche Arbeit (nur nicht vom Chef) und logistische Kompetenz (vom Chef). Gemeint sind natürlich die Verteiler für die Heizungsanlage mit Pumpengruppen und Regelorganen. Anstelle diese unter nicht immer dafür idealen Baustellenbedingungen vor Ort bauen zu lassen, wird der Verteiler bei den Profis für Verteilerbau bestellt. Hier besteht die Möglichkeit, auf vorgegebene Verteilermodelle, die als Lagerware zur Verfügung stehen, zurückzugreifen. Es ist aber auch kein Problem einen Verteiler ganz individuell für ein Projekt anfertigen zu lassen. Der Clou der Verteiler, die in den Hallen der Firma Sinusverteiler gebaut werden ist: Sie sind kompakt und Platz sparend. Denn wo bei Heizungsanlagen Verteiler für Vor- und Rücklauf nötig sind, hat Unternehmensgründer Hubert Wessels das mit einem Rohr gelöst. Der Trick des längst patentierten Verteilerprinzips liegt in der Sinuskurve begründet. Das Vierkant-Grundrohr, von dem die Anschlüsse abgehen, ist durch eine Trennwand in Vor- und Rücklauf aufgeteilt. Die Trennwand schlängelt sich – eben wie eine Sinuskurve – durch das Rohr. Dadurch wechseln sich Vor- und Rücklaufanschlüsse ab und stehen dennoch in einer Flucht. Eine zwei Zentimeter breite Luftkammer, die sich in der Trennwand befindet sorgt dafür, dass der Rücklauf dabei das Vorlaufwasser nicht abkühlt.
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Am Anfang war das Rohr
Soll ein individueller Verteiler entstehen, ist natürlich eine exakte Zeichnung des guten Stücks erforderlich. Mit erheblicher Präzision und Geschwindigkeit setzen dann Mann und Maschine den eingegangenen Kundenwunsch um. Flanschpassstücke werden entsprechend auf Länge gebracht und die Produktion läuft an. Der Verteilerbauer hat dabei nicht mehr die Anlaufschwierigkeiten wie der Monteur, der vielleicht nur fünf Verteiler pro Jahr erstellt. Während der Verteiler in der Werkstatt üblicherweise noch von Hand geschweißt würde, übernehmen Maschinen diesen Job bei der Serienfertigung. Die Kontrolle übernimmt wieder der Mensch, und bringt so letztlich die Erfahrung ein, die eine Maschine nicht besitzen kann. Sind die Schweißarbeiten erledigt erfolgt im Regelablauf der Serienfertigung die erste Kontrolle. Per Druckluft werden die Bauteile geprüft. Ähnlich wie bei einer Lecksuche an Gasleitungen wird per Seifenlösung abgesprüht. Eine Undichtigkeit würde sich durch intensive Bläschenbildung zeigen. Die Formteile sind somit gecheckt und der spätere Einbau kann ohne die gefürchteten Überraschungen erfolgen.
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Nie ungeschützt
Um die Stahlkomponenten äußerlich vor Korrosion zu schützen wird eine Rostschutzgrundierung aufgebracht . Im inneren der Rohre wird in der Regel die Passivierung des Heizungswassers den Schutz überflüssig machen. Der lästige Umgang mit Farbe und die Trocknung in der heimischen Werkstatt entfallen. Auch die Montage der Komponenten und das oft zeit- und nervenraubende Ausrichten der gesamten Installation werden nicht mehr vom Monteur in der eigenen Werkstatt oder im Kundenkeller durchgeführt. Bei besten Licht- und Arbeitsverhältnissen ist das fast fertige System durch den erfahrenen Mitarbeiter von Sinusverteiler professionell vormontiert . Die eingebauten Komponenten wie Pumpen, Absperrklappen, Regler entsprechen höchsten Ansprüchen. Minderwertige Komponenten würden zwar den Einkaufspreis für den Verteiler senken, die Lebenszykluskosten einer solchen Investition könnten sich aber sehr schnell verteuern. So ein Verteiler, wie auch andere wesentliche Bauteile einer Heizungsanlage, übersteht bei guter Ausführung 30 Jahre und mehr. Vor diesem Hintergrund erscheint es unsinnig hier und da sechs Euro zu sparen; denn bezogen auf 30 Jahre redet man hier von 20 Cent pro Jahr.

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Montage und Dämmung des Profifixx-Verteilers
Die Situation ist vielen Monteuren bekannt: Man steht vor einem Verteiler und denkt sich: „Wer hat das denn jetzt gedämmt?“ Da wurde gefummelt und gepfuscht und letztlich ist der Verteilerraum trotzdem noch lecker warm, weil nicht alle Komponenten korrekt vor Wärmeverlusten geschützt wurden. Auch hier zeigt sich ein Vorteil vorkonfektionierter Ware. Die Wärmedämmung passt und kann daher auch halten was sie verspricht, nämlich die Wärme im Heizungssystem. Der Verteiler wird vor dem Versand wieder in sinnvolle Einzelkomponenten zerlegt. Letztlich müssen Transport und Anlieferung bis in den Aufstellraum baustellentauglich bleiben. Das Gewicht und die Größe der Packungseinheiten sind daher begrenzt. Der Transport an der berühmten Uhrkette ist aber immer noch nicht realisierbar. Sind die Komponenten endlich an der Baustelle angelangt geht es dank der Vorfertigung sehr schnell und ebenso professionell weiter. Mit kürzester Montagezeit werden die Flanschpumpengruppen als geregelte oder ungeregelte Heizkreise auf den Kompaktverteiler aufgesetzt und lediglich mit den erforderlichen Schrauben montiert. Da die Verteilerdämmung und die Dämmung der Pumpengruppen aus gleicher Materialgüte bestehen, ergibt sich ein optimales Anlagenbild. Eine zeitsparende und kostengünstige Montage ist hiermit gewährleistet und garantiert somit dem Heizungsbauunternehmen den benötigten Ertrag.
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Es zeigt sich letztendlich die logistische Sachverständigkeit des ausführenden Unternehmens und weniger die handwerkliche Kompetenz beim Bau von Verteilern. Wenn dann noch das Kosten-Nutzen-Verhältnis günstig ist gibt es für diese Art des Bauens nur Gewinner. Einerseits zufriedene Kunden, die mit entsprechender Nachhaltigkeit ein professionelles Produkt erworben haben und andererseits ein ausführender Betrieb mit kalkulierbarem Erfolg für Lieferung und Einbau. Eine Lösung, die natürlich auch in Frage kommen kann, wenn Verteiler in der Trinkwasserinstallation gebraucht werden. Auch die sind individuell lieferbar – nur die Anforderungen an diese sind etwas andere.

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In den Anfängen der Solartechnik, ja da haben wird den Absorber noch mit einer rußenden Flamme geschwärzt und die Rohre von Hand gebogen…

Einige Solarfreunde der ersten Stunde kommen noch richtig ins Schwärmen, wenn Sie über die damalige Produktion von Flachkollektoren nachdenken.

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Seit Juni 2008 werden Solarkollektoren in Gelsenkirchen gefertigt. Jährlich sollen rund 100000 Flachkollektoren entstehen, was schließlich einer Kollektorfläche von rund 250000 Quadratmetern gleich kommt. Diese gesamte Kollektorfläche, unter realistischen Bedingungen eingesetzt, erspart in einem Jahr den Einsatz von mehr als acht Millionen Litern Heizöl bzw. Kubikmeter Erdgas zur Erwärmung von Trinkwasser. Die energetische Amortisation dieser Flachkollektoren dürfte inklusive des Aufwands für die Montage bei unter zehn Monaten liegen. Damit wird eindrucksvoll belegt, hier handelt es sich um ein ökologisch sinnvolles Unterfangen. Aber soweit sind wir ja noch nicht. Erst mal Bauen.

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In Position gebracht
Ein Maschinenführer bereitet das etwa 20 Meter lange, serpentinengleich (man sagt auch mäanderförmig) gebogene Kupferrohr vor (Bild 1), das in nur einem Kollektor verschwinden soll. Dieses Kupferrohr wird dann per Laser mit dem dunklen Absorberblech verschweißt (Bild 2). Die hochselektive Vakuumbeschichtung auf der Gegenseite wird dabei nicht mehr beeinträchtigt. Selektiv, also eine Auswahl treffend, meint hier die energiereiche Strahlung der Sonne aufzunehmen und in Wärme umzusetzen. Waren frühe Flachkollektoren noch pechschwarz, so kommen die Hi-Tec-Schichten dieser Fertigung im dezenten Blau daher. An mehr als 40000 Punkten wird geheftet und damit ein guter Wärmeübergang vom Absorberblech aufs Rohr realisiert. Bei der hier gewählten Anzahl von 40000 Schweißstellen wird deutlich, dass so etwas nicht mehr wirtschaftlich von Hand erfolgen kann. Selbst bei einer „Schlagzahl“ von einer Schweißung pro Sekunde, müsste ein Mensch mehr als elf Stunden ohne Pause arbeiten. Denn eine Stunde hat ja, zum Leidwesen mancher Chefs, nur 3600 Sekunden. Das Absorberblech nimmt später im Kollektor die Sonnenwärme auf und überträgt sie an die Kupferrohr-Serpentinen. In den Kupferrohren zirkuliert später eine Solarflüssigkeit, um die Sonnenwärme zum Solarspeicher zu transportieren. Dieser speichert die Wärme, bis sie zur Warmwasserbereitung oder zum Heizen benötig wird.

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Gemischtes Doppel von Mensch und Maschine
Ein Mitarbeiter „füttert“ einen Fertigungsroboter mit Aluminiumprofilen, die der Roboter zum Kollektorrahmen zusammenpresst (Bild 3). Anschließend klebt der Roboter auch noch das Bodenblech in den Rahmen ein. Klebetechniken haben – verglichen mit den Anfängen der Kollektorproduktion – einen erheblichen Aufschwung erlebt. Die thermische Belastbarkeit von Klebeverbindungen ist ein wichtiges Kriterium beim Kollektorbau und hat sich seither enorm verbessert. Vor dem Hintergrund, dass eine Solaranlage auch Temperaturen von über 200 °C erreichen kann, ist dies sehr wichtig. Nebenbei, auch der Anlagenmechaniker berücksichtigt die außergewöhnlich hohen Spitzentemperaturen der Solaranlagen. Im Zusammenhang mit der Dämmung der Vor- und Rücklaufleitungen einer Solaranlage werden Dämmstoffe eingesetzt die auch mal Temperaturen von 150 °C verkraften.

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Die heiße Kiste wird vorbereitet
Als nächstes wird eine Matte aus Mineralwolle in den Rahmen eingelegt, um Wärmeverluste des Kollektors nach hinten zu vermeiden. Dabei handelt es sich um schwarz kaschierte Mineralwolle in einer Dicke von 40 mm bei einem Wärmedurchgangskoeffizienten (umgangssprachlich Lambda-Wert) von 0,035 W/(mK). Rein rechnerisch ergibt sich für die Rückseite des Kollektors damit ein U-Wert von etwa 0,7 W/(m²K). Dann werden die Durchführungen für die hydraulischen Anschlüsse mit dem Kollektorrahmen vernietet. Durch Steckverbindungen lassen sich die Absorber später, bei der Installation, schnell, sicher und werkzeugfrei untereinander und mit dem Rohrsystem verbinden. Auf dem Dach eines Hauses sollte es eben nicht zu kompliziert zugehen. Würde man das Bauteil in diesem Zustand ausliefern, so würde es seinen Dienst, als Erntegerät für Solarstrahlung bereits aufnehmen können. Allein der Wirkungsgrad wäre an kalten Tagen sehr schlecht. Im nächsten Schritt muss daher ein gläsernes Häubchen aufgesetzt werden. Dazu wird eine Kollektorscheibe erstmal penibel gereinigt. Anschließend wird ein äußerst präziser multifunktionaler Sensor eingesetzt, nämlich das menschliche Auge (Bild 5). Das Glas, das später über viele Jahrzehnte, man rechnet zwischen 20 und 50 Jahren, hohe Erträge an thermischer Solarenergie durchlassen soll, wird auf Verunreinigungen, Kratzer und Luftbläschen untersucht. Die Eigenschaften dieses Glases sind natürlich ebenfalls der Aufgabe angepasst. Ein Maximum an Sonnenstrahlung, hier über 90 %, soll durch das Sicherheitsglas wandern und auf den Kollektor treffen.

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Bevor Roboter die Scheibe auf dem Kollektor platzieren, werden Rahmen und Scheibe präzise vermessen. Während der eine Roboter die Scheibe schwungvoll von der Waschmaschine zum Kollektor durch den Raum hebt, reinigt sein „Kollege“ die Klebestellen im Rahmen mit einem Reinigungsmittel, damit der Kleber später auch halten kann, was er verspricht. Ist die Scheibe exakt auf dem Rahmen platziert, füllt ein weiterer Roboter die Fuge zwischen Scheibe und Rahmen mit einem Silikonkleber (Bild 6). Dann heißt es abwarten. Rund eine Stunde werden die Kollektoren zwischengelagert, bis der Kleber getrocknet ist und die Kollektoren verpackt und ausgeliefert werden können.

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Film zum Thema
Auch das Fernsehen hatte sich schon mal aufgemacht zu erkunden, wie Kollektoren entstehen. Was dabei herausgekommen ist, sehen Sie hier:

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Das Ding ist so selbstverständlich wie die Tatsache, dass „Wasser aus der Wand kommt“. Und mehrfach täglich hat jeder mit ihr Kontakt: die Spülkasten-Betätigungsplatte. Dabei steckt auch hinter diesem scheinbar einfachen Produkt ganz schön Hirnschmalz in Entwicklung und Produktion.

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Wer glaubt, ein Spülkasten-Betätigungselement ist ein Produkt mit dem entwicklungstechnisch geringsten Aufwand, der irrt. Auch für solche scheinbar simplen Ausstattungselemente ist eine umfangreiche Entwicklungsarbeit nötig. Im Hause Geberit spricht man von einem Innovationsprozess Entwicklung, intern auch kurz einfach IPE genannt. Wer im Werk Jona im schweizerischen Kanton St. Gallen diese Buchstaben in den Mund nimmt, der spricht damit einen Entwicklungsprozess an, der das kreative Potenzial aller Beteiligten optimal ausnutzt. Und das funktioniert in sechs Phasen: Ideenaufbereitung, Konzept, Entwicklung, Umsetzung, Optimierung und Vermarktung.

Am Anfang steht die Idee
Es bringt wenig, wenn ein Produkt zwar den Konstrukteuren, nicht aber den Kunden gefällt. So ist es nur logisch, dass der erste Schritt bei der Entwicklung eines neuen Produktes immer die Erforschung und Erfassung der Kundenwünsche sein muss. Hier ist der Außendienst gefragt. Wenn es also darum geht, eine neue Spülkasten-Betätigungsplatte aus der Taufe zu heben, geht man auf die Installateure zu und fragt, was sie an dem bisherigen Produkt gerne ändern würden. Schließlich gibt es keine besseren Experten als die, die sich fast täglich mit diesem Ausstattungselement auseinandersetzen. Parallel dazu kommen auch die Marketing-Leute und die Produktmanager zu Wort. Denn sie wissen, welche Produkte sich gut und welche weniger gut verkaufen. Warum soll man auch eine runde Betätigungsplatte herstellen, wenn der Markt mit den Verkaufzahlen zeigt, dass der Endkunde eckige Platten bevorzugt? Sind diese Rahmenbedingungen geklärt, kann der Startschuss für die neue Entwicklung fallen. Dann setzt man sich zusammen und wertet aus, was die Profis aus der Praxis gesagt haben und die Endkunden tatsächlich wünschen. Bei dem Versuch diese Anforderungen zusammenzuführen entwickeln sich Konzepte, die das neue Produkt schon einmal umschreiben und so erahnen lassen.

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Vom Konzept zur Entwicklung
Für die zweite Phase, die Konzeptphase, gehen diese ersten Überlegungen und Produktumschreibungen an die Projektteams. Sie haben nun die Aufgaben, die Ideen in der Realität umzusetzen. So stand bei der Weiterentwicklung des Duofix-Montageelementes der Wunsch der Profis nach einer einfacheren und schnelleren Montage im Raum. Daraus kristallisierte sich dann die Anforderung an eine „werkzeuglose“ Montage heraus. Bei den Betätigungsplatten wurde die nächste Designgeneration gewünscht. Zur Umsetzung solcher Wünsche werden Teams gebildet, die mit Spezialisten verschiedener Fachgebiete besetzt sind. Sie analysieren Funktionen und suchen nach Lösungen und Möglichkeiten. So zum Beispiel für die werkzeuglose Befestigung des Montagerahmens der Betätigungsplatte. Dabei muss der Rahmen ja am Unterputzspülkasten befestigt werden und anschließend gegen die verflieste Wand verspannt werden. Eine durchaus harte Nuss, die von den Konstrukteuren geknackt werden muss. Aber keine Angst: Sie haben es geschafft. Die Befestigungsbolzen werden dazu einfach in den Unterputzspülkasten gesteckt, um 90° gedreht und der Rahmen anschließend mit Keilen verspannt. Sobald die Idee für diese Funktion des Unterputz-Spülkastens mit den 3D-CAD Systemen ausgearbeitet ist, können mit 3D-Printern die ersten Prototypen bereitgestellt werden.

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Qualität rechnerisch ermitteln
Ihre einwandfreie Funktion wird anschließend in umfassenden Tests geprüft. Dabei müssen die Prototypen Praxistests über sich ergehen lassen, an denen Installateure beteiligt sind. Der Profi prüft dabei zunächst noch im Bauphysik-Labor, wie sich das neue Produkt im wirklichen Leben so macht. Denn die meisten Konstruktionsfehler stellen sich ja bekanntlich bei Gebrauch heraus. Um eine möglichst frühe Aussage über die Belastbarkeit, Verformbarkeit und die Lebensdauer abzuleiten, wird die Belastung der neuen Teile auch rechnerisch ermittelt. Die rechnerische Überprüfung ist nur eine von allen erdenklichen Eigenschaften auf die neue Produkte in Geberit-Labors getestet werden. Es gilt die Montagefreundlichkeit für den Installateur, die Sicherheit für den Planer, das Design für den Architekten und die Funktionalität für den Endverbraucher zu optimieren. In dieser Phase wird auch das Beschaffungs- und Fertigungskonzept erarbeitet. Für die Auswahl der geeigneten Kunststoffe und der Gestaltung der Bauteile berät die Verfahrenstechnik die Produktentwicklung. Vor der Herstellung der ersten Spritzgusswerkzeuge wird der Füllvorgang am Computer simuliert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Werkzeugkonstruktion ein.

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Installateur hat das letzte Wort
Der Unterputzspülkasten mit den passenden Betätigungsplatten und das Duofix Installationselement sind nun mit all ihren Einzelfunktionen fertig entwickelt und es kann die eigentliche Umsetzung in Angriff genommen werden. Dazu gehören die Beschaffung und das Einfahren der Betriebsmittel und Werkzeuge, die Qualifizierung der Lieferanten, die Prüfung auf Normerfüllung und das Einholen der Zulassungen. Neben internen Tests werden nun auch externe Tests auf Baustellen durchgeführt, analysiert und für Detailoptimierungen verwendet. Für diese Tests durch die lokalen Installateure ist es wichtig, dass die neuen Produkte in serienreifem Zustand vorliegen um reale Bedingungen zu simulieren. Parallel zu den praktischen Tests auf der Baustelle laufen im Labor alle benötigten Dauertest. Läuft alles glatt und treten keine Fehler oder Probleme mehr zu Tage, steht das neue Produkt für den Handel bereit.

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Aus der anfangs gestellten Anforderung für eine noch einfachere und schnellere Montage ist der Geberit UP320 entstanden – der weltweit erste werkzeuglos montierbare Unterputzspülkasten mit neuen Betätigungsplatten für die höchsten Ansprüche im Bad. Mit diesen neuen Produkten hat Geberit wieder mal seine Innovationskraft unter Beweis gestellt, ganz getreu dem Slogan Know-How Installed.

Die Anzahl der Trinkwasserinstallationen, die aus Mehrschichtverbundrohren erstellt werden steigt stetig. Und auch für Heizungsleitungen und Druckluftinstallationen wird in wachsendem Maße auf die Verbundrohre zurückgegriffen. Seit Mai 2009  ist das Mehrschichtverbundrohr auch im Gasbereich einsetzbar. Wie aber, bitte schön, kommt das Aluminium beim Verbundrohr zwischen die Polyethylenschichten?

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Acht Tonnen Aluminium und rund 20 Tonnen Polyethylen verlassen täglich als hochwertiges Mehrschichtverbundrohr die 18 modernen Fertigungsanlagen bei Uponor in Zella-Mehlis in Thüringen. Dabei sind alle Produktionsabläufe auf Qualität ausgerichtet, um später im Einsatz des Rohres eine nachhaltige und langlebige Installation bei Trinkwasser, Heizungsanbindung, aber auch als Installationslösung für Gas und Druckluft zu gewährleisten. Ein Blick hinter die Kulissen der modernen Uponor Produktionsstätten für Mehrschichtverbundrohre zeigt, welche Schritte in der Herstellung notwendig sind, um die dreizehn verschiedenen Nennweiten von Mehrschichtverbundrohr herzustellen.

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Man dreht sich ein Alu-Rohr
Hier, in Thüringen, legt man Wert auf Qualität von Anfang an. Bereits bei der Anlieferung des Granulats für die Herstellung der inneren und äußeren Schicht des Polyethylenrohres wird die Rohstoffqualität auf Schmelzindex, Dichte, Schüttdichte und Restfeuchte geprüft. Die Zuführung der Grundstoffe erfolgt schließlich über Kanäle im Fußboden direkt an die Extruder im Werk (Bild 2). Eine Musterentnahme bei dem zu verarbeitenden Aluminium dient zur Überprüfung der mechanischen Eigenschaften sowie der Oberflächeneigenschaften des Materials. Dazu gehören: Zug- und Dehnspannung, Aluminium-Dicke sowie die Oberflächeneigenschaften, z. B. Fettfreiheit. Die Produktion der Mehrschichtverbundrohre startet bei den Alu-Coilern. Auf diesen Wicklern sind bis zu 10000 Meter Aluminiumband in einer Stärke von 0,2 mm aufgerollt. Die Aluminiumcoils werden mit einem Kran auf den angetriebenen Aluminiumcoilständer montiert und für den Umformungsprozess vorbereitet. Die Verarbeitung der 10000 Meter Aluminiumband für die Nennweite von 16 mm benötigt gut sechs Stunden. Danach erfolgen der Wechsel des Coils und die Verbindung der Aluminiumbänder über eine Endlosschweißung (Bild 3). Das Aluminiumband läuft in die Fertigungsstraße ein und wird mit Formrollen geglättet, um anschließend zur gewünschten Rohrform überlappt geschweißt zu werden (Bild 4).

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Schwingend verschweißen ist high-tech
Vorher nimmt das Aluminium eine exakte Positionierung für den Schweißvorgang ein (Bild 5). Dieser wird bei Uponor im Ultraschallschweißverfahren vollzogen. Dabei wird eine hochfrequente Schwingung auf die Aluminium-Oberflächen übertragen. Durch diese und eine definierte Anpresskraft werden die Oberflächen im festen Zustand verschweißt. Da dies in einem Temperaturbereich von etwa 200 °C stattfindet, wird das Verfahren auch Niedertemperaturschweißen genannt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die unter dem Aluminium liegenden Kunststoffschichten thermisch nicht geschädigt werden. Im Anschluss erfolgt direkt eine Qualitätskontrolle. Unmittelbar dar¬auf wird die Innen- und Außenbeschichtung des Aluminiums mit einer Schicht Haftvermittler und Polyethylen versehen. Beide Materialien werden mit einer Extrudereinheit auf vier Extrudern produziert. Die Innenrohr- und Mantelrohrextrusion wird mittels Coextrusion des Haftvermittlers und des verwendeten Hauptmaterials, des Polyethylens, vorgenommen. Das vorab geformte Aluminiumrohr wird mit einem 3-Achs-Lasermessgerät vermessen. Der Materialtransport ist über eine Förderschnecke und einen stufenförmig beheizten Zylinder gesichert. Der Extrusionsvorgang selbst erreicht ein Temperaturniveau von 190 bis 240 °C. Anschließend durchfährt das neu produzierte Mehrschichtverbundrohr mehrere Kühltauchbecken mit Wassertemperaturen von 10 bis 14 °C (Bild 6). Gleich im Anschluss des Produktionsprozesses schließt sich eine Oberflächenkontrolle der Rohroberfläche auf Farb- oder Strukturfehler mit einem Drei-Kamera-System an (Bild 7).
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Rohr ganz nach Kundenwunsch
Im Anschluss an die erste Oberflächenkontrolle werden die Mehrschichtverbundrohre in Zella-Mehlis weiteren Kontrollen unterzogen. Die Prüfungen in der Mehrschichtverbundrohr-Produktion beschränken sich jedoch nicht nur auf das Labor: Jeder hier produzierte Rohrring wird auf seine Dichtigkeit geprüft. Dazu wird Druckluft mit rund 6 bar in den zu prüfenden Ring gedrückt. Somit kann insbesondere die Dichtigkeit der produzierten Mehrschichtverbundrohre gewährleistet werden. Auf einer Druckstation erhalten alle Mehrschichtverbundrohr-Erzeugnisse einen produktspezifischen Drucktext mit wichtigen produktspezifischen Daten und Symbolen (Bild 8). Bevor das Rohr am Ende jeder Anlage konfektioniert wird, ist als vorletzte Station ein Bandabzug in den Anlagen integriert. Dieser ist der eigentliche Antrieb der Anlage. Ein festes und erkaltetes Rohr wird durch elastische Bänder im Formschluss durch die Anlage gezogen. Alle bewegten Komponenten der Anlage müssen mit dem Bandabzug synchronisiert sein. Unterschiedliche Geschwindigkeiten einzelner Komponenten führten zu Inhomogenitäten im Schichtaufbau des Rohres. Bei Ringbunden geschieht dies mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 Metern pro Minute und bei Stangenware von bis zu 20 Metern pro Minute. Anschließend werden die Rohre nach Kundenwunsch konfektioniert, in dem sie auf die entsprechende Ringbundlänge gewickelt bzw. als Stangenware zugeschnitten werden (Bild 9). Als Endprodukt produziert Uponor in Zella-Mehlis ein vielfältiges Sortiment von Mehrschichtverbundrohren in den Dimensionen von 14 bis 110 mm als Ringbund sowie Rohr-Stangen in einer Länge von 5 Metern in den Dimensionen 16 bis 110 mm (Bild 10).

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Genau unter die Lupe genommen
Neben den gründlichen Testreihen, die Mehrschichtverbundrohre bereits in der Produktionshalle durchlaufen, unterliegen die Rohre aus der Produktion in Zella-Mehlis zusätzlichen Qualitätskontrollen im hauseigenen Labor. Diese Maßnahmen sind mit ein Grund, warum das Mehrschichtverbundrohr aus Türingen Zulassungen in 23 Ländern und von insgesamt 41 internationalen Prüfinstituten besitzt. Nach den automatischen Produktionskontrollen während der Herstellung erfolgen parallel Qualitätsprüfungen direkt an der Produktionsstraße. Dazu gehören z. B. der Kugeltest zur Sicherstellung der Durchgängigkeit der produzierten Rohre sowie der Spiraltest zur Überprüfung der mechanischen Belastbarkeit der überlappten Schweißnaht (Bild 11). Um den Haftverbund und die Schweißnaht zu prüfen, werden Abschäl- und Zugtests ausgeführt. Der Zugtest gibt zuverlässige Auskunft über die Festigkeit der Schweißnaht. Dabei wird ein 25 mm breites Prüfstück zwischen zwei Stifte gespannt. Die Schweißnaht zeigt dabei nach vorne. Anschließend werden die Stifte auseinander gezogen. Oberhalb einer festgelegten Mindestkraft darf der Prüfling an den Auflageflächen nicht reißen, die Schweißnaht muss ebenso unversehrt bleiben (Bild 12).

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Weitere Labortests sind Zeitstandsprüfungen wie der „Ein-Stunden-Test“, der einmal pro Schicht und Maschine sowie nach Alu-Chargenwechseln das Material und Produkt auf Temperaturresistenz bei 20, 82 und 95 °C überprüft. Dazu kommen weitere Prüfreihen, z. B. im 20 °C-Prüfbecken. Hier werden spezielle Tests mit Berstdruckversuchen bei einer Temperatur von 23 °C mit stetig ansteigendem Druck geprüft. Bei dem Mehrschichtverbundrohr mit einer Nennweite von 16 mm wird ein Druck von bis zu 60 bar aufgebaut (Bild 13). Zusätzliche Überwachungsprüfungen in Kombination mit einem effizienten Qualitätsmanagement unterstützen die hohen Qualitätsansprüche der Mehrschichtverbundrohr-Produktion (Bild 14).

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Es gehört also schon einiges an Know-how dazu, das Aluminium zwischen die Polyethylenschichten zu bekommen. Die durchdachte Produktion und die umfangreichen Qualitätskontrollen haben dafür aber ein Rohr zum Ergebnis, das quasi in allen Bereichen der Haustechnik eingesetzt werden kann.

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Extrusion
Bei der Extrusion (lat.: extrudere = hinausstoßen) werden Kunststoffe in einem kontinuierlichen Verfahren durch eine Düse gepresst. Dazu wird der Kunststoff zunächst durch einen Extruder mittels Heizung und innerer Reibung aufgeschmolzen und homogenisiert. Weiterhin wird im Extruder der für das Durchfließen der Düse notwendige Druck aufgebaut. Nach dem Austreten aus der Düse erstarrt der Kunststoff meist in einer wassergekühlten Kalibrierung.

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Inhomogenität
Beispiel zur Begriffserklärung: Eine Menge von schwarzen Kugeln ist homogen. Wenn man schwarze und weiße Kugeln in einer Anzahl von Kugeln unterscheiden kann, ist die gesamte Kugelmenge inhomogen.

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Pressfittings hat ein Monteur heute fast täglich in der Hand. Und damit sind sie so selbstverständlich wie das Wasser aus der Wand. Aber wie werden die Dinger hergestellt? Geberit zeigte es der SBZ Monteur-Redaktion und lud ins Werk nach Langenfeld ein.

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Beim Betreten der Produktionshalle in Langenfeld sind die Eindrücke ungewohnt. Metallische Geräusche füllen den Raum, in dem es nach Öl riecht. Lange Stahlrohre werden mit einem massiven Kran transportiert. Angestellte mit Gehörschutz arbeiten an denn unterschiedlichsten Produktionsanlagen. In einer Ecke steht eine Kiste mit glänzenden Kupfer Fittingen – so schön anzusehen, dass man am liebsten seine Taschen mit ihnen füllen möchte. Und auch die Schüttung von Edelstahlfittingen ist eher ungewohnt anzuschauen; wann sieht man schließlich schon mal so viele Verbinder auf einem Haufen (Bild 1)? An einer Infowand ist der Produktionsablauf dargestellt. Der erste Eindruck: Das ist eine komplizierte Geschichte (Bild 2). Doch schön der Reihe nach: Alles beginnt mit dem Rohr (Bild 3). Die Verarbeitung der Rohre zu Fittings ist die Kunst, die man hier beherrscht. Die dazu notwendigen Arbeitsschritte werden im Folgenden am Beispiel Edelstahl dargestellt.

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Auch kalt nicht zu brechen
Zuerst werden die Rohre in kurze Stücke geschnitten (Bild 4). Zur präzisen Einstellung der Rohrabschnittslängen ist eine mechanische Bearbeitung der Enden erforderlich. Dann wird das Herstellerkennzeichen eingeprägt. Nicht ohne Stolz zeigt Dieter Blöhs, Betriebsleiter Produktion, auf das kleine „M“ auf der Rohrwand: „Das ist unser Signet und Qualitätslabel.“ Da die Rohrstücke nun ölbehaftet sind, werden sie anschließend gereinigt (Bild 5). Dann geht’s in die Biegeanlage, wo sie in den richtigen Winkel gebogen werden: Stahl kann, für den Laien erstaunlich, in kaltem Zustand umgeformt werden ohne zu brechen. Dafür ist außer gewaltiger Presskraft viel Schmiermittel erforderlich. „Das Faszinierende an Stahl ist, dass man ihn beinahe beliebig umformen kann“, erklärt Thomas Brocker, der Technische Leiter des Werks. Und das, was sich nicht durch biegen herstellen lässt, wird geschweißt; die T-Stücke nämlich. Wie bei der Herstellung der Bogen, kommt auch hier eine Maschine zum Einsatz, die präzise die Schweißverbindung ausführt (Bild 6).

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Finger weg – sonst Finger ab
Sind die Fittings gebogen, geht’s ans Pressen. In den Pressen, die in der Pressenhalle (Bild 7) stehen, werden die Enden der Fittings zunächst aufgeweitet und anschliessend in die richtige Grösse bzw. Form gebracht. Dafür wird eine Kraft von bis zu 500 Tonnen aufgewendet (Bild 8). Nun scheint das Formstück eigentlich fertig zu sein – beendet ist der Produktionsablauf aber noch lange nicht. Durch die vorangegangenen Verarbeitungsschritte haben sich edelstahlfremde Metallablagerungen auf der Oberfläche der Fittings gebildet. Sie werden in einer vollautomatischen Beizanlage entfernt. Zusätzlich erhöht das Beizen die Korrosionsbeständigkeit des nicht rostenden Stahls. „In diese Flüssigkeit sollte man keinesfalls den Finger halten“, mahnt Dieter Blöhs. Hautkontakt mit der ätzenden Säure wäre fatal. Sollte es trotz allerhöchster Sicherheitsvorkehrungen dazu kommen, stehen spezielle Duschen zur Verfügung, mit denen man die Säure neutralisieren kann.

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Über 1000 Grad Celsius machen ganz schön weich
Der nächste Bearbeitungsschritt ist spektakulär anzusehen: Fittings in Flammen. Durch die Bearbeitung verfestigt der Edelstahl so, dass er sich vom Anlagenmechaniker nicht mehr verpressen liesse. Deshalb wird er durch eine Glühbehandlung bei Temperaturen von über 1000 Grad Celsius wieder in einen verformungsfähigen weichen Zustand gebracht. In der Produktion hat Qualität höchste Priorität. Umgesetzt wird dieser Anspruch schon vor dem Verarbeitungsprozess, in der Wareneingangskontrolle nämlich: “Wir prüfen genau, ob das eingehende Material in Ordnung ist“, erklärt Reinhard Weiss, Leiter der Qualitätssicherung. Alles andere als Werkstoff von höchster Qualität fällt durch. Auch am Ende des Produktionsprozesses wird nichts dem Zufall überlassen. Alle geschweissten Formstücke, zum Beispiel T-Stücke, werden auf ihre Dichtheit kontrolliert. Das geschieht entweder in einer voll automatischen Differenzdruck-Prüfanlage (Bild 9) oder mit einem Luft-unter-Wasser-Test (Bild 10). Was danach noch fehlt, ist nur der Dichtring. Er wird an der Einringanlage in Einzelarbeit eingefügt (Bild 11).

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Nachdem die Fittings ihren langen Weg durch die Produktionsanlagen beendet haben, werden sie in Kartonkisten verpackt und eingelagert (Bild 12). Aber höchstwahrscheinlich werden sie nicht lange auf ihren Einsatz warten müssen. Wie schon gesagt: Pressfittings hat der Anlagenmechaniker ja fast täglich in der Hand.

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Vieles wird heute maschinell hergestellt. Kein Wunder, dass man so etwas auch bei der Produktion von Sanitärobjekten vermutet. Doch da irrt der Fachmann. Der SBZ-Monteur-Redaktion gewährte Villeroy & Boch ein Blick hinter die Kulissen.

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Was an Sanitärobjekten in den Badausstellungen im Licht der Scheinwerfer glänzt, war zu Anfang nichts weiter als ein Häufchen Ton? Irgendwie fehlt einem hier der Schritt dazwischen. In Fachbüchern wird meistens auch nur aufgezählt, aus was das edle WC oder der schicke Waschtisch bestehen. Das liest sich fast wie ein Kochrezept, aber so eine richtige Vorstellung, welche Schritte nun nötig sind, um ein Sanitärobjekt herzustellen, entwickelt sich da nicht. Deshalb hat die SBZ Monteur-Redaktion das Angebot von Keramikprofi Villeroy & Boch gerne angenommen, die Produktion mal live zu erleben.

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Vom Modell bis zum Erlkönig
Im ersten Schritt auf dem Weg zu einem neuen Sanitärobjekt erstellen Designer Entwürfe im Maßstab 1:1. Ausgangspunkt sind dabei Vorgaben, wie zum Beispiel Marktrecherche. Zusätzlich spielt die Funktionalität eine Rolle bei der Gestaltung. Ist das Design O.K., kommen die Techniker zu Wort. Sie prüfen zunächst mal, ob sich die Idee des Formgestalters überhaupt technisch umsetzen lässt. Ferner muss gecheckt werden, ob das Modell die Produktnorm erfüllt, also ob z. B. die Anschlussmaße stimmen (Bild 2). Bei WCs ist darüber hinaus sicherzustellen, dass eine ausreichende Spülwirkung erzeugt wird. Erfüllt der Entwurf alle Erwartungen, wird ein Arbeitsmodell hergestellt. Bei den meisten Entwicklungen kommt hier Kollege Computer zum Zuge. Mit Hilfe eines CAD-Programms schneiden NC-gesteuerte Fräsen das Modell aus einem Gipsblock heraus (Bild 3). Schon hier muss eine Hürde für die spätere Produktion genommen werden. Denn wird der echte Objektkörper geformt, enthält er einen Wasseranteil, der sich während der weiteren Fertigungsschritte und beim Brennen verflüchtigt. Das führt dazu, dass das Objekt schrumpft. Der Fachmann spricht von einer Schwindung. Sie beträgt etwa 10 bis 13 %. Deshalb muss das Gipsmodell (Bild 4) um diesen Anteil größer sein. Schließlich dient es der Konstruktion der Mutterform.

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Auch hier gilt: Die Mutter macht’s
Um die Mutterform herzustellen, wird vom Gipsmodell ein Gipsabguss gemacht. Mit diesem als Form werden die ersten, echten Sanitärobjekte hergestellt. Die sind aber noch lange nicht für den Verkauf bestimmt. Man bezeichnet sie als Null-Serie. Das heißt, was hier herauskommt, wird erst mal ausgiebig getestet. Ferner versucht man herauszufinden, wie die spätere Fertigung noch verbessert werden kann. Von der Mutterform wird ein Kunststoffabguss gemacht. Diesen Abguss nennt der Porzellanprofi die „Einrichtung“. Sie dient dazu, bei der laufenden Produktion beliebig viele Gipsarbeitsformen anzufertigen. Für die Herstellung von Objekten aus Sanitärporzellan werden die Rohstoffe Ton, Kaolin, Feldspat und Quarz zu gleichen Teilen eingesetzt. Ton und Kaolin machen dabei die bildsamen Bestandteile der Masse aus, aus der das Objekt geformt wird. Feldspat, Quarz und Pegmatit sollen als unplastische Rohstoffe unter anderem dafür sorgen, dass die Bestandteile beim Brennen besser zusammenbacken und verdichten.

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Wie nach Omas Rezept: Man nehme…
Während die plastischen Rohstoffe Ton und Kaolin mit Wasser versetzt in Rührbottichen zu einem dünnflüssigen Brei aufgelöst werden, geht es in großen Mahltrommeln Feldspat, Pegmatit und Quarz an den Kragen. Fein zermalen, werden sie den aufgelösten Tonrohstoffen beigesetzt und unter Zusatz von Wasser zum so genannten Gießschlicker zusammengemischt. Dieser wird noch einmal abgesiebt und anschließend in Vorratsbehälter abgelassen. Rührwerke sorgen dafür, dass sich die gleichmäßige Mischung nicht entmischen kann. Von hier wird der Gießschlicker dann nach Bedarf in die Gießhalle gepumpt und in die vorbereitete Gießform eingefüllt. Und dabei zeigt sich, dass man Gips als Material für die Form aus gutem Grund gewählt hat: Der Gips entzieht dem Gießschlicker – wie ein ausgetrockneter Schwamm – bis zu 40 % des Wasseranteils. Die Folge ist, dass sich sofort eine Verfestigung des Gießschlickers einstellt und sich Bestandteile an der Gipswand der Arbeitsform festsetzen. So entsteht eine gleichmäßige Schicht, die nach etwa 90 Minuten 12 bis 13 mm dick ist (Bild 5). Dann wird der restliche Schlicker aus der Form abgelassen. Was jetzt noch in der Form ist, nennt der Fachmann einen Formling. Er bleibt noch etwa zwei Stunden in seiner Form. Dann ist er so fest, dass man es riskieren kann, ihn herauszunehmen. Bei dem in den letzten Jahren entwickelten Druckgussverfahren arbeitet man mit Kunststoffformen, die unter hohem Druck befüllt werden. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass sich schon nach wenigen Minuten der Scherben bildet und der Formling sofort aus der Form entnommen werden kann. Mit dem Wasserentzug und Verfestigung des Formlings wird er um rund vier Prozent kleiner. Man spricht von einer Trockenschwindung.

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Trocknen – aber gaaanz langsaaam
Nun müssen die Montage-, Überlauf- oder Spüllöcher gestochen oder geschnitten werden. Hat das Material eine etwa lederharte Festigkeit erreicht, werden angetrocknete Formteile auf der Oberfläche verputzt. Dabei verschwinden auch die ungewünschten Gießnähte (Bild 6). Unebene, raue Flächen werden sorgfältig per Hand mit Wasser und Schwämmen geglättet (Bild 7). Man nennt das Grünputz, da das Material zu diesem Zeitpunkt eine leichte grau-grüne Färbung hat. Nach dem Grünputz muss der Rohling getrocknet werden. Das geschieht über Nacht am Bearbeitungsplatz oder in speziellen Trockenkammern bei Temperaturen zwischen 59 °C und 90 °C. Aufpassen muss man bei empfindlichen Teilen. Eine solche Schnelltrocknung könnte bei ihnen leicht zu Rissbildungen führen. Grazile Rohlinge dürfen daher nur langsam, über mehrere Tage hinweg, unter Luftströmung ihre Feuchte verlieren. Nach der Trocknung ist das Objekt weiß. Deshalb spricht man vom Weißputz, wenn die Rohlinge manuell ihren letzten Schliff verpasst bekommen. Es werden Löcher nachgefräst, Kanten gebrochen oder Oberflächen nachgeglättet. Zu diesem Zeitpunkt ist auch eine Qualitätskontrolle fällig. Sollte ein fehlerhafter Rohling dabei sein, wird er einfach in Wasser aufgelöst und dem Gießschlicker in der Masseaufbereitung wieder beigemischt.

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So kommt der Glanz auf die Keramik
Nun folgt ein weiterer, wichtiger Schritt: das Aufbringen der Glasur. Die Glasur ist ein dünner, eingefärbter, glasartiger Überzug, der auf den getrockneten Scherben aufgetragen wird und Glanz und Farbe auf die Keramik bringt. Er besteht im Wesentlichen aus Feldspat, Quarz, Kreide, Kaolin und farbgebenden Zusätzen. Obwohl der Versatz genau eingewogen wird, muss jede Glasurcharge vor der Freigabe auf den Sollfarbton angepasst werden. Erst wenn der Farbton richtig und die ersten gespritzten Probestücke die Qualitätsprüfungen bestanden haben, wird die Glasur für den Betrieb freigegeben. Nur so kann sichergestellt werden, dass es zwischen den verschiedenen Produkten eines Herstellers keine Farbnuancen gibt. Das Auftragen der Glasur erfolgt durch eine, mit Druckluft betriebene Spritzpistole von Hand (Bild 8), aber auch durch automatische Spritzanlagen (Bild 9). Flächen, die mit der Pistole nicht erreichbar sind (z. B. die Spülränder eines Klosetts), werden mit Glasur ausgegossen (Bild 10). Aus der Glasurschicht zieht der Scherben Wasser heraus. So kommt es, dass sich eine 0,7 bis 1,0 mm dicke Glasurpulverschicht auf der Oberfläche des Rohlings ausbildet.

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Und ab in den 120 Meter langer Ofen
Das Brennen ist der entscheidendste Produktionsabschnitt bei der Fertigung sanitärkeramischer Erzeugnisse. Denn nur durch den Brennvorgang und den dabei ablaufenden chemischen und physikalischen Vorgängen erhält das Produkt seine Gebrauchseigenschaften. Gebrannt wird in einem gasbefeuerten Tunnelofen. Der ist etwa 120 m lang und rund um die Uhr in Betrieb. Die Rohlinge werden dabei auf Brennwagen aufgesetzt und mit genau festgesetzter Geschwindigkeit als langer Wagenzug auf Gleisen durch den Ofen geschoben (Bild 11). In der Vorwärmzone (bis ca. 600 °C) werden die Scherben langsam aufgeheizt und dabei das mechanisch und chemisch gebundene Wasser ausgetrieben. Dann geht es in die Brennzone bis ca. 1200 °C. Die Hitze bewirkt, dass die Flussmittel (Feldspat / Flußspat) erweichen und zwischen den Ton- und Schamottenteilchen glasige Verbindungen entstehen lassen. Jetzt schmilzt auch die Glasur vollständig auf den Scherben auf. Und noch etwas passiert: Das Objekt schrumpft abermals um fünf bis sechs Prozent (Brennschwindung). In der Kühlzone wir dem Sanitärobjekt dann durch eine Luftströmung so viel Wärme entzogen, das seine Temperatur bei Verlassen des Ofens unter 100 °C liegt. Nach dem Brand werden alle Sanitärteile optisch auf Fehler untersucht. Fehlerhafte Produkte werden – wenn möglich – nachbearbeitet oder als Bruch eingestuft, zermalen und dem Gießschlicker wieder zugeführt. Einige Artikelgruppen gehen noch zu den Schleifstationen. Wichtig ist dies z. B. bei Einbauwaschtischen, bei denen die Montageflächen der Objekte mit wassergekühlten Schleifscheiben nachbearbeitet werden, damit sie perfekt in Bademöbel eingepasst werden können (Bild 12).

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Eine Menge Handarbeit und vor allem Sorgfalt stecken in den Sanitärobjekten, wenn sie auf der Baustelle angeliefert werden. Deshalb sollte es für einen Anlagenmechaniker auch Ehrensache sein Waschbecken, WC, Bidet und Urinal ohne Macken und die gerade an die Wand zu bringen. Schließlich soll sich der Kunde ja auch über sein neues Badezimmer richtig freuen können.

Das Thema Schwerkraftheizung ist schon lange vom Tisch. Was heute eine Heizung so richtig umtriebig macht, ist längst nicht mehr ein Dichteunterschied, sondern die Heizungsumwälzpumpe – ein Bauteil, das heute in keiner Heizungsanlage fehlt. Bevor man diesen Dauermalocher aber auf der Baustelle aus dem Karton holen kann, war schon einiges an Hirnschmalz und Sorgfalt in der Herstellung nötig. Die SBZ-Monteur-Redaktion hat Wilo in Dortmund besucht und sich mal angesehen, welche Arbeit in so einer Heizungspumpe steckt.
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Den Rohling klarmachen
Am Anfang einer neuen Pumpenbaureihe steht die Idee. Diese wird dann von den Konstrukteuren bis ins kleinste Detail umgesetzt und zur Serienreife gebracht (Bild 2). Aber auch während der Serienproduktion werden durch den bei Wilo praktizierten kontinuierlichen Verbesserungsprozess ständig Optimierungen vorgenommen, um die Qualität und die Zuverlässigkeit der Produkte weiter zu steigern. Das Pumpenleben beginnt mit der Bearbeitung des Pumpengehäuses. Es besteht aus Guss und wird unbearbeitet von einer Gießerei angeliefert. In einer speziellen Maschine werden alle Anschlussmaße des Pumpengehäuses bearbeitet. Hierzu durchläuft es innerhalb der Maschine mehrere Stationen. Dabei werden von verschiedenen Werkzeugen unter anderem Bohrungen vorgenommen, Gewinde geschnitten und die Motoranschlüsse ausgedreht (Bild 3). Bei vielen der von Wilo gefertigten Pumpenserien sind die Pumpengehäuse serienmäßig mit einer Kataphoresebeschichtung versehen. Sie schützt das Pumpengehäuse dauerhaft vor Korrosion und macht es resistent gegen jede Art von Kälte- und Wärmeträgermedien. Dazu durchlaufen die Werkstücke auf Paletten eine vollautomatische Anlage, in der die Beschichtung durch elektrische Tauchlackierung aufgetragen wird. Am Ende werden die Teile entnommen und dem weiteren Arbeitsprozess zugeführt (Bild 4).
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Der Stator entsteht
Da jede Umwälzpumpe von einem Elektromotor angetrieben wird, befindet sich im Wilo-Hauptsitz in Dortmund auch eine eigene Motorenfertigung. Dort werden zuerst die Statoren, so bezeichnet man den feststehenden Teil eines Elektromotors, hergestellt. Dazu werden die zuvor gefertigten und mit Isolierstreifen versehenen Blechpakete nach einer kurzen Sichtkontrolle in eine Maschine eingelegt (Bild 5). Die Wicklungspakete werden vollautomatisch aus Kupferdraht hergestellt und anschließend in die dafür vorgesehenen Nuten im Blechpaket eingezogen (Bild 6). Bei den nächsten Arbeitsschritten ist Handarbeit gefordert: Zuerst wird der außerhalb des Blechpakets liegende Teil der Wicklungspakete in Form gebracht und die so genannte Wickelkopfkappe montiert. Zum Schluss dieses Arbeitsvorgangs werden die einzelnen Kupferlitzen in der Steckerleiste kontaktiert. Später wird von dort die Verbindung zur Regelungselektronik hergestellt (Bild 7).
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Ab ins Gehäuse
Zuvor muss aber noch der bewegliche Teil des Motors, der Rotor hergestellt werden. Den größten Teil dieser Aufgabe erledigt eine Maschine. Sie presst das Blechpaket auf eine Welle aus Edelstahl und überdreht den Außendurchmesser des Rotors (Bild 8). Auf jeder Welle wird per Hand ein Sprengring aufgebracht, der das Axialspiel des Rotors begrenzt. Auf einer weiteren Station folgt schließlich das Wuchten des Rotors, das wiederum der Laufruhe der Pumpe dient und sie vor vorzeitigem Verschleiß schützt (Bild 9). Zu jedem Elektromotor gehört auch ein Motorgehäuse, das die einzelnen Bauteile des Motors aufnimmt. Vor der Montage erhält es in der automatischen Lackierstraße die Wilo-typische grüne Farbe. Dazu werden die Gehäuse auf drehbaren Tellern platziert und an einer Lackiervorrichtung vorbeigeführt (Bild 10).
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Elektronik teilweise Handarbeit
In einer klimatisierten Fertigungshalle werden in Dortmund sämtliche Elektronikkomponenten für alle Wilo-Pumpenwerke weltweit hergestellt. Die Kapazitäten der Elektronikfertigung wurden mit einer neuen SMT-Anlage (surface-mounting-technology, zu Deutsch: automatische Bestückung von mikroelektronischen Bauteilen) deutlich ausgeweitet. Damit können bis zu 30000 Elektronikteile pro Stunde bestückt werden, mit denen die Elektronikmodule der elektronisch geregelten Wilo-Pumpen ausgestattet werden (Bild 11). Auf den Platinen, die in die Elektronikmodule der Wilo-TOP-E-Pumpen eingebaut werden, befinden sich auch größere Teile wie zum Beispiel die Anschlussklemme für 230V-Spannung. Das bedeutet, dass nicht alle Bauteile über die neue SMT-Anlage auf die Platine gelangen. Stattdessen wird ein geringer Teil per Hand nachbestückt und separat verlötet. Danach wird die fertige Platine in den Grundkörper des Elektronikgehäuses platziert und verschraubt (Bild 12). Nun folgt im zweiten Gehäuseteil die Montage des Displays und des bei den Wilo-Pumpen charakteristischen roten Knopfs. Mit ihm kann der Installateur die Pumpe später „mit einem Dreh“ anlagenspezifisch einstellen. Damit das auch funktioniert, müssen nun die beiden Gehäuseteile ineinander gesteckt und verrastet werden. Damit ist die Regelungselektronik fertig gestellt und kann einer abschließenden Funktions- und Sicherheitsprüfung unterzogen werden (Bild 13).
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Eine Pumpe heiratet
Nachdem alle Komponenten der Pumpe hergestellt sind, erfolgt die endgültige Montage der Pumpe. Als erstes wird der Rotor in den Spalttopf eingebracht und das Laufrad auf der Rotorwelle montiert. Dann werden der Stator und das komplette Rotorpaket in das Motorgehäuse eingefügt. Es folgt die Montage des Elektronikmoduls. Danach findet die „Hochzeit“ statt, so bezeichnen die Fachleute den Vorgang, bei dem Motor und Pumpengehäuse miteinander verbunden werden (Bild 14). Nach diesem „feierlichen Moment“ wird an jeder Pumpe eine Funktions- und Dichtigkeitsprüfung durchgeführt. Im Anschluss wird der Deckel auf das Elektronikmodul geschraubt und das Pumpengehäuse wird mit Dämmschalen versehen (Bild 15). Schließlich wird die fertige TOP-E-Pumpe verpackt und tritt die Reise in das Lager des Großhandels an, bevor sie von einem Fachhandwerker an ihrem Einsatzort installiert wird. Qualität steht bei Wilo stets an erster Stelle. Deshalb werden während des gesamten Herstellungsprozesses alle Komponenten der Pumpen umfangreichen Prüfungen unterzogen. Zusätzlich wird auf speziellen Prüfständen, die beispielsweise die Ausfallsicherheit von Pumpe und Elektronik testen, die Funktionsfähigkeit kontrolliert. Deshalb kann sich der Installateur sicher sein, dass jede Pumpe auf Herz und Nieren geprüft ist, bevor sie das Werk verlässt.
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Es steckt also schon einiges drin, bevor man sich eine Pumpe greifen und in die Heizungsanlage einbauen kann. Vor allem aber hat der Anlagenmechaniker bei dieser Fertigungssorgfalt die Sicherheit, dass die Pumpe lange und Zuverlässig ihren Dienst versieht, eben als Dauermalocher.
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Weitere Infos zum Thema gibt es bei Wilo in Dortmund unter der Telefonnummer (02 31) 4 10 20 oder im Internet unter www.wilo.de