Diese Abläufe verändert E-Mobilität in der Produktion

Marco Kollmeier, Vice President Business Unit E-Mobility bei Benteler, weiß: Die Produktion eines Elektrofahrzeugs ist keineswegs so einfach, wie man es häufig hört. Neben einer profunden Produktkenntnis ist es für Autohersteller und Zulieferer entscheidend, wie sich Elektromobilität in ihren Werken effizient umsetzen lässt und welches Knowhow sie für die Fertigungs- und Qualitätssicherungsprozesse aufgebaut haben. Bei Volvo soll bereits 2025 die Hälfte des Absatzes auf vollelektrische Fahrzeuge entfallen, der Rest auf Hybride. Im Werk Gent fiel Anfang Oktober nun der Startschuss für das erste vollelektrische Auto der Marke, den XC40 Recharge.

In die Produktion sind etwa 200 Menschen involviert. Volvo setzt dabei auf ein völlig neues Fertigungs-Setup. Für dieses hat man sich etwa im Bodyshop ganz auf den neuen Unterboden ausgerichtet, der die E-Motoren aufnimmt. Ebenso sind die seitlichen Bordwände des E-Modells anders aufgebaut als bei den Modellen mit Verbrennungsmotoren. Dazu habe man 80 Roboter hinzugenommen und musste 350 neu programmieren, betonen die Schweden. Hinzu kommt eine Montage mit zehn manuellen sowie vier automatisiert laufenden Stationen. Die Batterien fertigt der OEM ebenfalls in Gent. Den Aufbau der Batteriefertigung begann Volvo bereits im Herbst 2018.

Isolationsmaterialien als größte Herausforderung

Gerade die Batterie ist die wichtigste Komponente und die Fertigungskompetenz ein Schlüsselthema. Anlagenbauer Dürr verkündete kürzlich eine Kooperation mit Techno Smart, einem japanischen Hersteller von Beschichtungsanlagen. Dadurch komme ein hocheffizientes, bewährtes und robustes Verfahren in das Portfolio, durch das man nun Komplettpakete liefern könne, hört man von Dürr. Bei dem Prozess läuft eine Folie über eine stützende Präzisionswalze und wird mit einer Breitschlitzdüse nacheinander beschichtet und getrocknet. Nach dem Austritt aus dem ersten Trockner wird die Bahn gewendet und die zweite Seite im gleichen Verfahren beschichtet und getrocknet. Unerlässlich ist indes auch Knowhow in der Fügetechnik.

Heutige E-Mobility-Konzepte bedürfen einer Vielzahl von Schalt- und Transformationsbauteilen, Spulenkörpern, Magnetköpfen, Sensoren, Relais und sonstiger spezieller Elektronikbauteile, für die bei der Herstellung die Kupferlackdrahttechnologie eingesetzt wird. Neue Isolationsmaterialien sind den Löt- und Verbindungssystemexperten von Eutect zufolge die große Herausforderung, besonders mit Blick auf die Oxidbildung. Lösung bieten selektive Lötverfahren, bei denen die Isolierungen nicht entfernt werden müssen. Dank der Elektromobilität gewinne Hochtemperaturlöten wieder an Attraktivität, hört man vom Unternehmen, das den Prozess nun weiterentwickelt. Mithilfe eines statischen Lotbads und eines dynamischen, frei programmierbaren Rakelsystems will man eine saubere Lackabgrenzung zwischen verzinntem Draht und der Polyisolierung erreichen.

E-Mobilität bei deutschen Herstellern

Volkswagen legte im August mit der Fertigung der SUV-Variante ID.4 auf Basis des modularen E-Antriebsbaukastens (MEB) los. Für die Gestaltung der Transformation der Marke zeichnet vornehmlich der Standort Zwickau verantwortlich, in dessen Umrütung der Konzern 1,2 Milliarden Euro investiert hat. 2021 sollen dort rund 300.000 Autos vom Band rollen. ID.3 und ID.4 werden in Sachsen bilanziell CO2-neutral produziert. Die energieintensive Batteriezellfertigung erfolgt laut Unternehmensangaben zu 100 Prozent mit Ökostrom. Die Komponentenwerke Braunschweig, Kassel, Salzgitter und Wolfsburg fertigen wichtige Bauteile wie die E-Maschine oder das Batteriesystem. Ab 2021 wird der ID.3 auch in der Gläsernen Manufaktur in Dresden gefertigt. Ab Ende 2022 treten die Fahrzeugwerke Emden und Hannover in die Produktion von E-Autos ein.

Und ein weiterer E-SUV lief kürzlich vom Stapel: der BMW iX3 beim Joint Venture BMW Brilliance Automotive. BBA produziert das E-Auto auf demselben Band wie den BMW X3 mit Verbrennungsmotor. Dieser – zu VW diametralen – Philosophie folgend, erreicht man BMW zufolge „eine hohe Effizienz und Flexibilität in der Produktion“. Um die Sicherheit des iX3 zu gewährleisten, führt BBA gründliche Tests von der Batterie bis zum fertigen Fahrzeug durch. Dadurch komme man auf 128 mechanische Tests und 994 Softwarefunktionschecks. Diese sollen laut BMW zu einer hohen Qualität der Hochvoltbatterie über den gesamten Lebenszyklus beitragen.

Hairpins ersetzen übliche Wicklungen

Die Elektromobilität fordert OEMs und Komponentenfertiger gerade bei der Mess-/Prüftechnik und Qualitätssicherung. So hat etwa das VW-Komponentenwerk Salzgitter für den modernen Hairpin-Stator im Elektromotor APP 310 gemeinsam mit Zeiss eine spezielle Messlösung entwickelt, da Systeme für herkömmliche Motoren hier an Grenzen stoßen. Beim neuen Stator ersetzen über 100 Hairpins die üblichen Wicklungen. Das leicht verformbare Kupfer eignet sich Zeiss zufolge nicht für das bekannte rein taktile Antasten. Eine Lösung bot sich in Form einer kombinierten Konfiguration, bei der unter anderem der Wickelkopf via optischer Messung und die Hairpins mithilfe eines Weißlichtsensors gescannt werden. Da Fertigungsmitarbeiter und nicht Messtechniker im Alltag die Prüfungen vornehmen, habe man im Projekt zudem eine einfache Bedienbarkeit angepeilt, heißt es.

Stichwort Sicherheit: Bei der Prüfung von Lithium-Ionen-Zellen in der Fertigung ist etwa die Haftfestigkeit der Elektrodenbeschichtung ein relevanter Prüfparameter. Die Experten für Material- und Bauteilprüfung von ZwickRoell meldeten kürzlich den Einzug einer Prüfmaschine in ihr Portfolio, die diese über einen Zugversuch bis zum Abriss der Beschichtung vom Stromsammler zuverlässig bestimmen können soll. So lasse sich die Kraftspitze dank einer Messwerterfassungsrate von 2000 Hz und der eigenen Mess-, Steuer- und Regelelektronik präzise erfassen und darstellen, sagen die Prüf-experten. „In der E-Mobilität gibt es eine starke Nachfrage nach Unterstützung bei der Entwicklung von E-Fahrzeugen“, stellt Marco Kollmeier von Benteler fest. Gute Chancen also für Komponentenexperten wie auch für Dienstleister, ihr Wissen rund um die Wertschöpfungskette alternativer Antriebe derzeit gut vermarkten zu können.