Zwickau lässt grüßen ...

Technik/Industrie 4.0

Nur wenige Kilometer entfernt von der 110-jährigen Automobilstadt trafen sich Ende 2014 zum siebenten Mal Karosseriebauer zum Chemnitzer Karosseriekolloquium (CBC). Erkenntnis von bbr-Reporter Nikolaus Fecht: Die Gemischtbauweise zur Gewichtseinsparung, schon vor 80 Jahren von August Horch praktiziert, kommt wieder.

08. Juni 2015

Die Vergangenheit ist das Reich des Geseufzes, die Zukunft das Reich des Gesanges.« Eingedenk dieser Weisheit des Schriftstellers Ambrose Gwinnett Bierce besuchte ich vor dem 7. CBC die nur wenige Autominuten entfernte Stadt Zwickau, in der August Horch vor 110 Jahren mit dem Bau von Automobilen startete. Das nach ihm benannte Museum zeigt, wie der geniale Techniker und Konstrukteur mit seinen Erfindungen den Weg zur Automobilstadt Zwickau vorbereitet hat.

Die findigen Museumsmitarbeiter, gut ausgestattet mit dem Know-how ehemaliger Sachsenring-Werker, helfen beim Rückblick in Karosseriebauzeiten, als ohne Simultaneous Engineering und CNC-Werkzeugmaschinen qualitativ hochwertige Karosserien entstanden. Besonders beeindruckt hat mich beim Rundgang der Audi-Roadster 225 (Baujahr 1935) in Gemischtbauweise: Auf den Schwellrahmen aus Esche oder Rotbuche wurden vorgefertigte Blechtafeln aufgenagelt und verzinnt.

Der Zeit- und Ortssprung in das Chemnitz von 2014 führte mich in die Automobilwelt von heute, in der wieder Gemischtbauweise (heute meist vornehm Hybridtechnologie genannt) viele Karosserien prägt – auch in der Sportauto-Produktion. So setzt Porsche seit der Produktion des neuen Macan (Mischbauweise aus Stahl und Aluminium) wieder auf Karosserien der Marke Eigenbau: Die Porsche Leipzig GmbH besitzt im Gegensatz zum Stammwerk in Zuffenhausen einen eigenen Karosseriebau, der in 100 einzelne Arbeitstakte gegliedert ist und entsprechend dem für alle Porsche-Bereiche geltenden Perlenketten-Prinzip abläuft.

Wenn etwa ein Auto als Nummer vier in der Produktion startet, behält es im gesamten Fertigungsverbund immer den vierten Platz – vom Rohbau bis zur Endmontage. Den Aufstieg zum Vollwerk mit eigenem Karosseriebau freut besonders Geschäftsführer Siegfried Bülow, der seine Karriere mit einer Lehre als Werkzeugmacher begann.

Auf einer Fläche von rund fünf Fußballfeldern arbeitet das Porsche-Personal mit 387 Robotern zusammen, die bis zu 6000 Schweißpunkte auf einer Karosserie setzen. »Die größte Herausforderung des Macan ist die große übergreifende Motorhaube aus Aluminium«, erklärt Siegfried Bülow. Der Fertigungsprozess startet allerdings im slowakischen Volkswagen-Werk Bratislava, in dem die Haube auf der größten Presse des Konzerns (Presskraft: 91000 Kilonewton, Ziehtiefe: 380 Millimeter) ihre Form erhält. Das Verfügen der Pressteile geschieht per Falzen, Nieten und Kleben.

An der ›Fabrik der Zukunft‹ forscht die Porsche-Mutter zusammen mit dem Chemnitzer Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, dem Veranstalter des CBC-Traditionstreffs. Im Kompetenzbereich Karosseriebau in der E³-Forschungsfabrik werden auf Basis einer kompletten, industriellen Karosseriebauanlage Forschungsergebnisse zur Serienreife gebracht.

Die Bandbreite reicht vom kompletten Produktspektrum von VWs ›Modularem Querbaukasten‹ (MQB), Echtzeit-IT-Prozessen und bauteilbasierender Anlagensteuerung per Funketiketten bis hin zum automatisierten Ablauf aller Spannvorgänge und Bearbeitungsschritte im Fünfsekundentakt. Über allem schwebt die Vision Industrie 4.0. Steffen Reiche, Leiter Planung der Marke Volkswagen, erklärt: »Nach der Flexibilisierung ist die Modularisierung von Karosseriebau und Montage der nächste Schritt – eine wesentliche Voraussetzung für die Verwirklichung von Industrie 4.0.«

Damit wies er auf den ›Modularen Produktionsbaukasten (MPB)‹ hin, mit dem VW die Fertigungsprozesse und Betriebsmittel in allen Werken weltweit vereinheitlichen will. Die Auswirkungen auf den Werkzeugbau interessierten besonders Dr.-Ing. Josef Meinhardt, Leiter FM-Konstruktion Presswerkzeuge bei BMW Bayerische Motoren Werke AG in München. Er wollte wissen, ob nun jedes betroffene Werk einen eigenen Werkzeugsatz besitzt. »Das ist ein Kalkulationsthema«, antwortete Steffen Reiche. »Wir schauen uns an, welcher Standort zu welchem Zeitpunkt mit welcher Stückzahl in die Fertigung eines Modelles geht.«

Nahe gelegene Werke erhalten beispielsweise B-Teile von hier, entferntere Standorte etwa in Südamerika arbeiten hingegen mit einem lokalen Werkzeugsatz. Langfristig soll es in allen Regionen eigene regionale Werkzeugsätze geben, mit denen fahrzeugübergreifend Gleichteile entstehen. Steffen Reiche sagt: »Irgendwann kommt man zu Skaleneffekten, sodass sich die Werkzeugfrage in einer ganz anderen Dimension stellt.«

Erweitert evolutionär und revolutionär sei der Karosseriebau von BMW, behauptet Josef Meinhardt aus dem Münchner Stammhaus. Als evolutionär bezeichnet er den zunehmenden Trend zu Leichtbaulösungen wie Gießen oder Warmumformen von Aluminium oder ›Tailored Rolled Blanks‹ und ›Tailored Welded Blanks‹. Revolutionär sind zweifellos die neuen I-Fahrzeuge mit ihrer komplett aus CFK hergestellten, selbsttragenden Karosserie in Schalenbauweise, die auf einem komplett aus Aluminium bestehendem Fahrwerk sitzt. »Die Textilverarbeitung spielt bei unseren Gelegen mit jeweils 50000 Einzelfilamenten eine große Rolle«, sagt Josef Meinhardt. »Die eigentliche Herausforderung der CFK-Fertigung ist die Industrialisierung mit hohen Stückzahlen, einem hohen Automatisierungsgrad sowie Standardisierung.«

Ein Problem bestehe im Gegensatz zum klassischen Karosseriebau mit Blechumformung darin, dass die nötigen Simulationsprogramme »noch in den Kinderschuhen« stecken. Auch die Umformtechnik sei gefordert: Nötig seien Pressen mit höheren Presskräften, die Presswerke mit noch zu entwickelnder Prozesstechnik optimal einsetzen.

Josef Meinhardt bat die Hochschul-Institute eindringlich, die virtuelle Absicherung von neuen Werkstoffen wie CFK oder ultrahöchstfesten Stählen mit ihren »ganz anderen Versagenskriterien« gezielt anzugehen. »Die größeren Prozesskräfte erfordern in den Werkzeugen deutlich bessere Werte bei Festigkeit, Steifigkeit und Verschleißverhalten«, ergänzt der BMW-Werkzeugexperte. »Wegen der Zunahme an Derivaten steigt die Anzahl an Werkzeugen in den Presswerken und die Losgrößen sinken.« Die dazu nötigen sehr geringen Rüstzeiten gehe BMW mit seinen neuen Schuler-Servopressen und Werkzeugwechselzeiten von »deutlich unter fünf Minuten« an.

Wegen der Zunahme an Werkzeugen nehme außerdem der Platzbedarf direkt neben den Pressen zu. »Es kann nicht mehr sein, dass Werkzeuge irgendwo in der hintersten Halle lagern«, betont Josef Meinhardt. »Das funktioniert nicht mehr mit den kleinen Losgrößen und den kurzen Werkzeugwechselzeiten.« Außerdem müsse das Layout der Fertigung konsequent auf Wertstromanalyse ausgerichtet sein.

Werkstoffverhalten analysieren

Diese Aufgabenstellungen sind ganz im Sinne von Professor Matthias Putz, Leiter des Fraunhofer IWU, der viele Bereiche des Karosseriebaus flexibilisieren will. Das Thema gehen die Chemnitzer beispielsweise in der E³-Fabrik an. »Wir fertigen dort im Karosseriebau Türen für einen Golf 7 fast in Volkswagen-Qualität«, berichtete der Wissenschaftler. »Wir erforschen gemeinsam mit Audi, Kuka, Phoenix Contact und VW an dieser Anlage bis 2018 Lösungen, die wir als ›Industrie 4.0 goes real‹ bezeichnen.« Es soll eine flexible Produktionstechnik entstehen, die das Fertigen im sogenannten ›wilden Mix‹ erlauben. Dabei gehe es um die Fragestellung: »Wie kann ein Anwender sehr komplexe Anlagen schnell anlaufen lassen?«

Außerdem sieht der Forscher es als wichtig an, die Eigenschaften und das Prozessverhalten der Werkstoffe besser als bisher zu analysieren und zu erfassen. Die Chemnitzer ermitteln die Eigenschaften und Verhalten von Werkstoffen und Werkzeugen im Zusammenspiel mit Pressen. Nach eigenen Angaben haben sie deutschlandweit unter den produktionstechnischen Instituten etwas virtuell Einmaliges verwirklicht. »Wir haben schon vor Jahren damit begonnen, die Daten für unsere FEM-Simulationen nicht aus dem Buch zu nehmen, sondern sie selber zu ermitteln«, berichtete Matthias Putz. »Das Fraunhofer IWU kann neuerdings auch bei Temperaturen bis 1000 °C und unterschiedlichsten Geschwindigkeiten das Verhalten von Werkstoffen exakt messen.«

Eine weitere clevere Neuheit der Chemnitzer entdeckte ich im Versuchsfeld des Fraunhofer IWU: Markus Werner präsentierte dort ein Werkzeug aus Holz (laubholzbasierendes Obo-Festholz 8221), mit dem sich Prototypen und Kleinserien per Innenhochdruckumformen herstellen lassen. Die Sachsen haben das Verfahren bereits in der Praxis erprobt bei der Herstellung eines Beckenauslaufbodens, der in einem fischfreundlichen Wehr eingesetzt wird. Und hier schließt sich wieder der Kreis zu den Horch-Entwicklern aus der Nachbarstadt Zwickau mit ihrer Holz-Blech-Mischbauweise anno 1935.

Nikolaus Fecht

Fachjournalist aus Gelsenkirchen

Erschienen in Ausgabe: 02/2015