Wie wirtschaftlich ist der Einsatz von "KTL-Ersatz"? "KTL-Ersatz" ist ein organisch beschichtetes Feinblech , das vor allem
fUr die Automobil- und Automobil-Zulieferindustrie entwickelt wurde. Das neue Material befindet sich zwar gegenwartig noch nicht im Serien-Einsatz, doch die folgenden detaillierten Kostenrechnungen zeigen, wie viel Einspar-Potenzial in dem neuen Werkstoff steckt.
Bei "KTL-Ersatz" handelt es sich um einen Verbundwerkstoff aus
einem metallischen Substrat und einer organischen Beschichtung. Fur die Automobilindustrie kommt als Sub-strat hauptsachlich verzinktes Fein-
rungen, die der Einsatz bandbeschich-teter Bleche yom Typ "KTL-Ersatz" bei den Fertigungskosten mit sich bringt. Hierzu wurden diverse Kosten-analysen fUr verschiedene Bauteile durchgefUhrt. Es wurden sowohl Kun-
st die Verzinkung, eine spezielle Coil-Coating-Vorbehandlung und eine orga-nische Zweischichtlackierung. Diese besteht aus zirka 10 pm Primer und etwa 15 pm Decklack. KTL-Ersatz wird immer beidseitig appliziert. So-wohl der anorganische als auch der organische Teil der Beschichtung ist vollig chromfrei.
KTL-Ersatz wird groBtechnisch auf Breitbandbeschichtungsanlagen in der Stahlindustrie gefertigt. Dabei wird auf ein Stahlfeinblech in einem Walzen-auftragsverfahren beidseitig das zwei-
blech in Frage. Beim Einsatz dieses dendienst- als auch Serienanbauteile schichtige organische Lacksystem Werkstoffs ergeben sich neben ferti- betrachtet. gungstechnischen und okologischen auch deutliche finanzielle Vorteile. Der Werkstoff "KTL-Ersatz"
Die Innovationsgesellschaft fUr fort-geschrittene Produktionssysteme in der Automobilindustrie mbH beschaf-tigt sich im Auf trag seiner Gesellschaf-ter DaimlerChrysler AG, DuPont Per-formance Coatings GmbH&Co.KG, Thyssen Krupp Automotive AG und Volkswagen AG seit acht Jahren mit de m Einsatz dieses ne uen Werkstoffs in de r Automobi lindustrie. Einer de r U nre rsuchungsschwerpunkte war die realistische Be urte ilung der Verande-
"KTL-Ersatz" ist ein anorganischl organisches Duplex-System mit einem Mehrschichtaufbau. In Bild 1 ist der prinzipielle Aufbau eines KTL-Ersatz-systems im Vergleich mit einer kon-ventionellen rung darge-ste llt. Das KTL-Ersa tz-System umfas-
Automobilserienlackie-
BUd 1: Der Schichtaufbau bei " KTL-Ersatz " im Vergleich mit einem konvenrio-nellen Serien-lackaufbau
appliziert. In den exemplarisch ausgefUhrten
Kostenrechnungen wurden die kom-pletten Fertigungsketten, beginnend mit der Anlieferung des Coils bis zur Abgabe des fertig beschichteten Bauteils an die Montage betrachtet. Dazu wurden die Fertigungsbereiche "KTL-Anlage", "Presswerk" und "Teile-Rohbau" in die Kostenrech-nung einbezogen.
Bei den kapitalgebundenen Kosten ist unter Berucksichtigung des Anla-genneuwertes eine jahrliche lineare Abschreibung sowie 8 % kalkulatori-sche Verzinsung angesetzt worden. Bei den betriebsgebundenen Kosten wur-den die Personalkosten inklusive Per-sonalnebenkosten (100 %), Energieko-sten, Kosten fUr Hilfs-, Betriebs- und Rohstoffe, Instandhaltungskosten, Raumkosten sowie die Kosten fUr den innerbetrieblichen Transport erfasst. Aile Kosteninformationen sind auf neutrale Kosteneinheiten normiert.
1. Beispiel: Die Kosten bei der Fertigung von Sitzrahmen
Beim Sitzrahmen handelt es sich um ein Serienanbauteil, das nicht mit der Karosserie, sondern in einer separa-ten KTL-Anlage beschichtet wird. Fur den Rahmen wurden in der Kostenana-
JOT 11 12000
lyse die folgenden drei Fertigungsvari-anten betrachtet: .. Konventionelle Fertigung .. Einsatz von "KTL-Ersatz",
Fiigen im separaten Teilerohbau .. Einsatz von "KTL-Ersatz",
Fiigen im Presswerk.
Schwerpunkt dieser Kostenbetrach-tung waren die organisatorischen Ein-fliisse, die sich durch die Integration der Fiigetechnik ins Presswerk ergeben.
Kosten im Bereich "KTL-Anlage" Die Gesamtkosten fUr die KTL-
Beschichtung im Bereich "KTL-Anla-ge" betragen 1.831.500 Einheiten pro Jahr. Die Stiickkosten fUr die Be-schichtung errechnen sich damit zu 1,65 Einheiten pro Stiick.
Kosten im Bereich "Presswerk" Fiir das Bauteil Sitzrahmen wird der
Bereich "Presswerk" als kostenneutral beurteilt.
Kosten im Bereich "Teile-Roh-bau"
Der Sitzrahmen besteht aus einem komplexen Blechformteil, auf das bei konventioneller Fertigung vier Limb-achmuttern mittels BuckeischweiBen
kapitalgeb. Kosten Funktionstrager
kapitalgeb. Kosten Durchsetzfogen
kapitalgeb. Kosten Transport
Raumkosten
Persona Ikosten
Energiekosten
Hilfs-, Betriebs-
und Rohstoffe
Instandhaltung
Summe
Konventionelle Fertigung
[Einh.lStk]
3 ,9765
f"
~-A
.,J -1 2 3
Bild 2: Die Fertigungskosten-Differenz far das Bauteil " Sitzrahmen "
und zwei Verstarkungslaschen mittels PunktschweiBen gefUgt werden. Bei der Fertigung mit "KTL-Ersatz" kiin-nen thermische Fiigeverfahren nicht mehr eingesetzt werden. Mechanisch gefUgte Funktionstrager (Einpress-, Niet- oder Stanzmuttern) und mecha-nisches Fiigen (DurchsetzfUgen) wer-den verwendet.
Sowohl das Setzen der Funkti-onstrager als auch das DurchsetzfUgen
kiinnen in einem separaten Teileroh-bau oder direkt in der Umformpresse realisiert werden. In Tabelle 1 ist fUr die genannten Fertigungsvarianten eine Kosteniibersicht des Bereiches "Teile-Rohbau" dargestellt. Dariiber hinaus wurden beim Einsatz von "KTL-Ersatz" die drei Funktionstra-gertypen Einpress-, Niet- und Stanz-mutter in den Vergleich mit einbezo-gen. Fiir "KTL-Ersatz" ergeben sich
Einsatz von "KTL-Ersatz" FQgen im Rohbau FQgen im PreBwerk
Einpress-mutter
0 ,0716
0 ,1305
0 ,0855
0,Q123
1,0650
0 ,0086
1,3920
0 ,0840
2,8494
Niet-mutter
[Einh.lStk]
0 ,0735
0 ,1305
0 ,0855
0 ,0123
1,0650
0 ,0086
0 ,8124
0 ,0840
2 ,27 18
Stanz-mutter
[Einh.lStk]
0 ,0735
0 ,1305
0 ,0855
0,Q123
1,0650
0 ,0086
0 ,7368
0 ,0840
2 ,1962
Einpress-mutter
[Einh.lStk]
0 ,0825
0 ,0960
0 ,0000
0 ,0000
0 ,0000
0 ,0000
1,3920
0 ,0540
1 ,624 5
Niet-mutter
Stanz-mutter
[Einh.lStk] [Einh.lStk]
0 ,1035 0 ,1035
0 ,0960
0 ,0000
0 ,0000
0 ,0000
0 ,0000
0 ,8124
0 ,0540
1,0659
0 ,0960
0 ,0000
0 ,0000
0 ,0000
0 ,0000
0 ,7368
0 ,0540
0 ,9903
Tabel/e 1: KostenObersicht fOr den Bereich " Teile-Rohbau "I Bauteil " Sitzrahmen"
JOT 11 12000
Entladen
Gehange
Einh.l Abstap.
F6derer
Vorbehan-
deln/KTL
Of en
Summe
Kosteneinsparungen bei den Stuckko-sten zwischen 1,247 und 2,981 Einhei-ten pro Stiick.
Rohstoffkosten unbeschichte-tes Feinblech/KTL-Ersatz
Beispiel einer Fahrzeugklappe beste-hend aus AuBen- und Innenteil der Einsatz von "KTL-Ersatz" fUr Kun-dendienstteile kostenmaBig bewertet. In der Kostenrechnung wurden die Differenzen der Stuckkosten fUr die
16,65 Einheiten pro Stiick. In Tabelle 2 sind beispielhaft die kapital- und betriebsgebunden Kosten fUr den Bereich "KTL-Anlage" aufgeschlus-selt.
Der hohere Rohstoffpreis fUr folgenden beiden Fertigungsvarianten Kosten im Bereich "Presswerk" "KTL-Ersatz" bringt fUr den Sitzrah-men zusatzliche Stiickkosten von 2,20 Einheiten pro Stiick (Preismittelwert).
Kostenvergleich U nter Berucksichtigung der Kapi-
talbindung durch Neu- oder Ersatzin-vestitionen sowie durch betriebsbe-dingte Kosten, hervorgerufen durch Lohne, Hilfs- und Betriebsstoffe, Energie, Instandhaltung und Raumko-sten, ergeben sich beim Einsatz von "KTL-Ersatz" Einsparungen zwischen 0,708 und 2,442 Einheiten pro Stuck. Die einzelnen Kostenbliicke fUr die Fertigung des Bauteils Sitzrahmen sind in Bild 2 gegenubergestellt.
2. Beispiel: Die Kosten bei der Fertigung von Kundendienstteilen
Ein weiteres mogliches Einsatzge-biet fUr den Werkstoff "KTL-Ersatz" ist der Bereich der Kundendienstbau-teile (Ersatzteile). Sie werden wie die Serienbauteile im Presswerk umge-formt und im Teile-Rohbau zusam-mengebaut. AnschlieBend wird in einer separaten KTL-Anlage der Pri-mer appliziert. Nachfolgend wird am
Kalk . Kalk. k apitalgeb. Zinsen Abschreib Kosten
ermittelt: ... Konventionelle Fertigung ... Einsatz von "KTL-Ersatz".
Als Schwerpunkt sind dabei die Kosten fUr die "KTL-Anlage" detail-liert beurteilt worden.
Kosten im Bereich "KTL-Anlage" Fur die Vorbehandlung und KTL-
Beschichtung wurden Tauchentfet-tung, Spritzentfettung, Phosphatie-rung, Beschleuniger, Nachspulen, Bin-demittel, Pigmentpaste, Korrekturmit-tel, Komplexbildner und Zusatzmittel berucksichtigt. Die Kosten dafUr be-tragen 0,75 Einheiten/m2. Bei zirka 37500 m2/d ergeben sich Kosten von 6,6 Mio Einheiten pro Jahr.
Die Kapital- und die betriebsge-bundenen Kosten wurden fUr Entla-den, Stapler, Gehange, Einhangen, Abstapeln, FlurfOrderer, Vorbehand-lung, KTL-Becken und Of en ermit-telt. Die Kapitalkosten betragen dabei 3.838.574 Einheiten/a. Die be-triebsgebundenen Kosten ermitteln sich zu 26.022.428 Einheiten pro Jahr. Daraus errechnen sich Gesamtkosten fUr den Bereich "KTL-Anlage" zu 29.861.002 Einheiten pro Jahr bezie-hungsweise als Stuckkosten von rund
Beim Tiefziehen wird davon ausge-gangen, dass die Grundkonstruktion der Werkzeuge bei der Verwendung von "KTL-Ersatz" erhalten bleibt. Aus den bisherigen Erfahrungen ist fUr das Bauteil "Klappe" in kritischen Berei-chen der Einsatz einer TIC/TIN-Be-schichtung zu empfehlen. Als Kosten-differenz werden daher nur die Mehr-aufwendungen fUr die TIC/TIN-Beschichtung berucksichtigt.
Basierend auf Erfahrungswerten werden die Kosten fUr die Beschich-tung mit 15 % des Werkzeug-Wiederbe-schaffungswertes angesetzt. Zusatzlich ist beim Einsatz von bandbeschichte-tem Blech nach Erfahrungen mit weiBer Ware noch mit einem erhohten Wartungsaufwand (Auswischen der Werkzeuge) zu rechnen. Dieser betragt schatzungsweise 20790 Einheiten pro Jahr. Daraus ergeben sich fUr den Be-reich "Presswerk" zusatzliche Gesamt-kosten von 615000 Einheiten pro Jahr beziehungsweise zusatzliche Stuckko-sten von 0,66 Einheiten pro Stuck.
Nicht berucksichtigt sind in dieser Rechnung die langeren Standzeiten fUr ein beschichtetes Werkzeug und damit die Kostenreduzierung fUr die Instand-haltung.
Raum- Personal- Energie Hilt-, Betriebs-, Instand- betriebgeb. kosten kosten Rohstoffe haltung Kosten
[Einh.la) [Einh.la) [Einh.la) [Einh.la) [Einh.la) [Einh.la) [Einh.la) [Einh.la) [Einh.la)
12.600 31 .500 44 .100 157.500 597 .713 3.810 15.558 18.900 793 .481
900 2.813 3.713 15.750 74 .714 953 1.856 1.350 94 .622 960 4.800 5.760 2.016.000 12.551.963 0 0 1.440 14.569.403
30.000 75.000 105.000 315.000 0 5.081 7.302 45.000 372.383 780.000 1.300.001 2.080.001 315.000 584.213 10.161 6.626.039 1.170.000 8.705.412
600.000 1.000.001 1 .600.001 157.500 298.857 101 .612 29.160 900.000 1 .487 .129 1.424 .460 2.414 .114 3.838.574 2.976.750 14 .107 .458 121 .616 6.679 .914 2 .136.690 26.022.428
Tabelle 2 : KosrenObersichr fOr den Bereich "KTL·Anlage"/Baureil "Klappe"
JOT " 12000
[) 20
Kostenvergleich U nter Berucksichtigung der Kapi-
talbindung durch Neu- oder Ersatzin-vestitionen sowie durch betriebsbe-dingte Kosten, hervorgerufen durch Liihne, Hilfs- und Betriebsstoffe, Energie, Instandhaltung und Raumko-sten, ergeben sich beim Einsatz von "KTL-Ersatz" Einsparungen zwischen 1,65 und 11,56 Einheiten pro Stuck. Die einzelnen Kostenbliicke fUr die Fertigung des Bauteils "Klappe" sind in Bild 3 gegenubergestellt.
Die Haupt-Kostenfaktoren
Bild 3: Die Fertigungskoslen-Differenz fOr das Bauleil Jahrzeugklappe "
In den aufgefUhrten Kostenrech-nungen kiinnen leicht die maBgebli-chen Kostenbliicke identifiziert wer-den:
Kosten im Bereich "Teile-Roh-bau"
An dem Bauteil "Klappe" werden in der konventionellen Fertigung Fugeo-perationen in Form von Punkt-schweiBen und Kleben durchgefUhrt. Fur das PunktschweiBen ist mit Gesamtkosten von 353 430 Einheiten pro Jahr beziehungsweise mit Stuckko-sten von 0,383 Einheiten pro Stuck zu rechnen.
Bei der alternativen Fertigungsvari-ante mit dem Einsatz von "KTL-Ersatz" wird das PunktschweiBen durch DurchsetzfUgen ersetzt. Hier sind Gesamtkosten von 112 128 Ein-heiten pro Jahr beziehungsweise Stiickkosten von 0,1214 Einheiten pro Stiick zu erwarten. Die geringeren Kosten fUr das DurchsetzfUgen sind vor allem auf die erheblich hiiheren Werkzeugstandzeiten und damit auf den deutlich geringeren Wartungsauf-wand zuruckzufUhren.
Die Fugeoperation "Kleben" wird sowohl bei konventioneller Fertigung mit einem einkomponentigen, warm-hartenden Rohbauklebstoff ausge-fUhrt. Beim Einsatz von "KTL-Ersatz" muss ein zweikomponentiges, kalt-hartendes System verwendet werden. Bedingt durch die Umstellung auf das 2K-Klebstoffsystem ist mit Mehrauf-wendungen fUr Klebstoff und Kleb-stoffapplikation zu rechnen. Diese beringen zusatzliche Kosten fUr das
JOT 11 12000
Kleben von 91530 Einheiten pro Jahr beziehungsweise zusatzliche Stiickko-sten von 0,099 Einheiten pro Stuck.
Rohstoffkosten unbeschichte-tes Feinblech/KTL-Ersatz:
Der Stahlpreis fUr Feinblech III
AuBenhautqualitat wird mit 1995 Ein-heiten pro Tonne angesetzt. Die Prei-se fUr "KTL-Ersatz" in vergleichbarer Substratqualitat liegen zwischen 2315 Einheiten pro Tonne und 3045 Einhei-ten pro Tonne. Dadurch ergeben sich beim Einsatz von "KTL-Ersatz" zusatzliche Stuckkosten zwischen 4,55 und 14,49 Einheiten pro Stuck.
• Rohstoff • KTL-Anlage • Rohbau.
1m Kostenblock "Rohstoff" kommt eindeutig der Mehrpreis fUr das orga-nisch beschichtete Blech zum Tragen. Der Marktpreis fUr "KTL-Ersatz" ist allerdings sehr schwer zu erfassen, da sich "KTL-Ersatz" zur Zeit noch nicht im Serieneinsatz befindet. Die Preis-angaben der Stahlindustrie sind unver-handelt und weisen daher eine erhebli-che Preisspanne auf.
1m Kostenblock "KTL-Anlage" sind die hohen Personalkosten fUr die Kundendienst- und Serienanbauteile-
Bild 4: Koslenslrukluren in einer KTL-Anlage fOr Kundendiensl- und Serienan-bauleile
und RekLilrniibj
Bild 5: Werkstoffmassenstr6me in einem Automobilpresswerk
Bild 6: VerkOrzte Fertigung durch Integration von Fogeumf13ngen in das Presswerk
KTL-Lackiererei der bestimmende Faktor, wie Tabelle 2 und Bild 4 zu entnehmen ist. Der fUr die Beschich-tungskosten entscheidende Personal-bedarf ist in den Breitbandbeschich-tungsanlagen erheblich geringer als bei der KTL-Lackiererei.
1m Kostenblock "Rohbau" kom-men hauptsachlich organisatorische Unterschiede zum Tragen. Diese orga-nisatorischen U nterschiede sind stark bauteilabhangig. Beim Bauteil "Klap-pe" machen sich organisatorische Vor-teile kaum bemerkbar. Beim Bauteil
!n; I "Sitzrahmen" haben sie dagegen einen maBgeblichen Einfluss. Sie sind zum einen auf die Integration von Rohbau-arbeitsgangen in das Presswerk und zum anderen auf den Wegfall von Transport- und Zwischenlageraufwan-den zuriickzufUhren (Bild 5). Dieses bewirkt neben der Reduzierung der Fertigungstiefe auch eine Reduzie-rung der Fertigungszeiten.
Recycling von "KTL-Ersatz"
Das Recycling von "KTL-Ersatz" ist nicht nur aus okologischen, sondern auch aus okonomischen Gesichtspunk-ten von hohem Interesse. Betrachtet man den Verschnittanteil eines Press-werkes der Automobilindustrie, so erreicht dieser leicht die 50% Marke (Bild 5). Bei derartigen Schrottmengen wiirde ein Mindererlos fUr organisch beschichtetes Blech starke Auswirkun-gen auf die Kostenrechnungen zeigen. Die Erlossituation fUr "KTL-Ersatz" ist zur Zeit nicht eindeutig fUr aile Unternehmen der Stahlindustrie und des Rohstoffhandels geklart. Dariiber hinaus ist unklar, ob beziehungsweise ab welchen Mengen organisch be-schichteter Schrott sortenrein vorlie-gen muss.
Die Auloren: Dipl.-Ing. Thomas Gigengack,
Dipl.-Wirlsch.-Ing . Selahallin Kaya Inpro GmbH, Berlin,
Tel. 0 30/ 39997 - 1 57 e-mail : [email protected]
•
JOT " 12000
