25. JULI 2016

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Zwischen Kommunikation und Keiretsu Background


Themen Werkstoffe

<strong>Leichtbau</strong> Preisfrage: Welche HighTech-Branche setzt auf Ressourcenmanagement, progressive Simulation und High-Speed-Techniken? Es ist nicht die ›schöne, neue Welt‹ der Informationstechnik, sondern der Karosseriebau.

Das sogenannte ›Body in white‹ wird nun auch außerhalb der Fahrzeugindustrie salonfähig: So erforscht Prof. Dr. Friedrich Faber, Kommunikationswissenschaftler an der Uni Stuttgart, mit EU-Mitteln den ›Automobilen Leichtbau und CO2 als kommunikative Herausforderung‹. Als Gastredner provozierte und irritierte der gebürtige Schwabe die Zuhörer in Chemnitz mit chinesischen Weisheiten: »Überquere zuerst den Fluss, bevor du dem Krokodil sagst, dass es Mundgeruch hat.« Der Bezug dieser Weisheit zum kommunikativen Karosseriebau folgt später.

Eine wichtige Rolle spielten auf der Tagung des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz (IWU) die Werkstoffe. Die Salzgitter Stahl AG etwa hat die lufthärtenden Stähle LH 800 und LH 900 (800 bis 900 MPa) entwickelt, die bei großen Automobil- und Präzisionsrohrherstellern vor dem Serieneinsatz stehen. Für diese Neulinge sprechen im Vergleich zu hoch- und höchstfesten Stählen und auch zu Alu laut Vorstandsmitglied Hans Fischer »deutlich höhere Festigkeit bei sehr guter Umformbarkeit«. Während sich diese Werkstoffe kalt umformen lassen, benötigen borlegierte, presshärtbare Stähle Wärme zum Verformen. Werkstoffe wie 22MnB5 erreichen Zugfestigkeiten von 1.300 bis 1.800 MPa. Nachteil: Alu-Silizium-Beschichtungen kommen als Verzunderungsschutz nur beschränkt infrage, weil sie sich so Fischer beim indirekten Verfahren von der Platine ablösen. Als Alternative empfahl Fischer: »Eine Lösung bietet die Nano-X GmbH aus Saarbrücken mit der Beschichtung X-tec mit ihrem hohen Verzunderungsschutz an.«

Per Kaltwalzen mit anschließender Wärmebehandlungentstehen die in der Entwicklung befindlichen HSD-Stähle (HSD: high strength and ductility). Diese Werkstoffgruppe zeichnen ein hoher Anteil an Mangan sowie die Legierungselemente Aluminium und Silizium aus. Die Einsatzbandbreite reicht vom extrem hochfesten Stahl mit guter Umformbarkeit bis hin zu Werkstoffen mit hoher Festigkeit und extremen Bruchdehnungen. Als Beispiel zeigte Hans Fischer ein Bauteil, das sich in der äußeren Faser um mehr als 100 Prozent zu einem schraubenförmigen Gebilde dehnen ließ. Fischer: »HSD-Stähle weisen die Dehnungswerte eines weichen Tiefziehstahls bei Festigkeiten eines höherfesten Dualphasenstahls auf.« Die Prozesstechnik installierte Salzgitter Stahl im Werk Peine, das in einer 100-Tonnen-Pfanne bis 15 mm dicke Bleche mit einer Länge von einem Meter herstellt.

Friss die Hälfte!

Ralf Sünkel aus der Forschungsabteilung der ThyssenKrupp Steel AG stellte mit dem Ecospace-Cockpit eine Stahltragstruktur vor, die 28 Prozent leichter als die Referenzstruktur ausfällt und zudem die Hälfte der Bauteile einspart. Die Duisburger fertigen das Cockpit aus maßgeschneiderten Rohren (›ThyssenKrupp Tailored Tubes der 3. Generation‹, kurz T3) in sogenannter Einrolltechnik auf einer Pilotanlage. Sünkel: »Wir wollen die Teile künftig so endkonturnah herstellen, dass die nachfolgende IHU entfallen kann.«

Besonders wichtig ist die Anlagentechnik für die VW Sachsen GmbH aus Zwickau. Dr. Frank Löschmann, Geschäftsführer Technik: »Ich kann nicht zu einem Anlagenhersteller sagen, ich wünsche mir eine personell produktive Lösung bei den Betriebsmitteln. Das geht nicht, weil er nicht weiß, wie wir unser Personal einsetzen.« Hier gelte es, zwei Kompetenzen zu verknüpfen. »Wir werden uns daher künftig intensiver als bisher gemeinsam mit den Anlagenherstellern unseren Abläufen widmen. Eines der Ergebnisse ist dann das Betriebsmittel.« Z.B: In einem Prozessworkshop entstand für den Türenzusammenbau ein neues Anlagenkonzept, das um die Werker herum gebaut wurde. Dank seitlicher Bedienung der Anlage reduzierten sich die Laufwege: Statt vier werden nun nur noch drei Mitarbeiter pro Schicht eingesetzt.

Das Schneiden und Umformen deutlich beschleunigen will Dr. Verena Kräusel, Abteilungsleiterin beim Fraunhofer IWU. Sie nahm drei Verfahren unter die Lupe: adiabatisches Trennen (3,0 bis 10 m/s), Gasgeneratortechnik (10 bis 100 m/s) und elektromagnetischer Impuls (über 1.000 m/s). Das nach dem Prinzip der Scherbandbildung arbeitende adiabatische Trennen schnitt laut Dr. Kräusel vor allem beim Trennen von Stangenabschnitten und Vollprofilen gut ab. Die Gasgeneratortechnik eigne sich für komplexe Bauteile und schwierig umformbare Werkstoffe. Ein Stromimpuls erzeugt beim elektromagnetischen Umformen (EMU) das nötige Magnetfeld. Untersuchungsergebnis von Dr. Kräusel: »Es lassen sich momentan noch keine komplexen Bauteile vollständig herstellen. Es sind jedoch bestimmte Nebenformelemente ausformbar. Die Schnittflächenqualität entspricht der bei Anwendung der Gasgeneratortechnik erzielbaren.« Es gebe allerdings Grenzen bei dickeren Blechen und höheren Festigkeiten des Werkstoffes.

VW optimiert den Karosseriebau gezielt mit ›3P‹: Das steht für ›Production Preparation Process‹. »Was unterscheidet 3P vom Toyota-Produktionssystem?«, fragte provozierend Prof. Konrad Wegener von der ETH Zürich und hakte nach: »Warum machen wir eigentlich immer noch das nach, was Toyota vor zehn Jahren eingeführt hat und verwirklichen nicht jetzt schon, was Toyota in 20 Jahren macht?« Dr. Frank Löschmann, Geschäftsführer Technik bei VW Sachsen, gab zu, dass VW eine Menge Themen übernommen habe. Doch es gebe einen wesentlichen Unterschied: »Wir arbeiten in solchen Fällen in Netzen zusammen, während Toyota in seinem ›Keiretsu‹ aktiv ist.« Als Vorteil sieht er an, dass in einem losen Netz aus dem Kreis nicht direkt beteiligter Partner eher unkonventionelle Ideen kommen als in einem engen, auf Harmonie bedachten Keiretsu-Verbund.

Auch der schonende Umgang mit Ressourcen spielt im energieintensiven Karosseriebau eine Rolle. Ein ehrgeiziges Ziel verfolgt das IWU: Als Teilnehmer an dem Forschungsprojekt ›Green Carbody Technology‹ will es den Energieaufwand im Karosseriebau halbieren. Dieses Ziel ist nicht unrealistisch. Ein Beispiel aus dem Pressenbau von Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer, dem Leiter des IWU: »Im Rahmen eines Projektes mit Bosch-Rexroth entstand ein energiesparendes Ziehkissen, das per Rückspeisung die Verlustleistung um bis zu 65 Prozent reduziert.«

So weit so gut: Aber was hat nun das seltsame chinesische Zitat mit automobilem Leichtbau zu tun? Nichts, denn es stammt nicht von einem Kommunikationswissenschaftler, sondern von einem Schauspieler von ›Scharlatan, Theater für Veränderung‹ aus Hamburg. Eine seiner Spezialitäten: Wissenschaftliche Kongresse mit fiktiven Forschungsarbeiten aufzulockern.

Nikolaus Fecht


Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik

Reichenhainer Straße 88
09126 Chemnitz
Tel.: 0371/5397-1119
Fax: 0371/5397-1298
www.iwu.fhg.de



Background
Leichtere Karosserien dank Futora


Den Karosserieleichtbau forcieren Daimler, Fiat, Porsche, Renault und Volvo im EU-Projekt Futora. Die Langversion dieses Kürzels erklärt das Ziel: Es geht um »multi-functional materials and related production technologies integrated into the automotive industry of the future«. Die Futora-Teilnehmer suchen nach Werkstoffen und strukturell integrierten Bauteilen, die mehr als eine Funktion erfüllen und eine kosteneffiziente Produktion ermöglichen. Zukunftsmusik klingt laut Centro Richerche Fiat bei den Funktionen an: Die Werkstoffverbünde sollen nicht nur Selbstheileffekte bieten, sondern dank integrierter Sensorik auch Messwerte erfassen und an übergeordnete Leitsysteme melden.

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