Roboter mit Bauteil im Gestamp-Werk

Der spanische Metallverarbeiter Gestamp hat seine Fertigung auf die Anforderungen der Elektromobilität angepasst. Bilder: Gestamp

Schlagzeilen um das Thema Elektrofahrzeuge konzentrieren sich tendenziell eher auf das Antriebssystem – die Batterien und Motoren. Angesichts der Tatsache, dass es sich dabei um den Hauptunterschied gegenüber konventionellen Fahrzeugen handelt, ist das in gewisser Weise auch gerechtfertigt; andererseits können OEMs jedoch nicht einfach 600 PS und 500 Kilogramm an Batteriezellen in ein Auto packen und auf das Beste hoffen. Zulieferer wie Gestamp, ein Hersteller von Fahrwerkskomponenten wie Querlenkern, Aufprallstrukturen, Motorlagern und Batteriehalterungen, müssen hier auch mit an Bord sein ‒ und sollten dabei nicht nur gewillt sein, die Komponenten zu produzieren, sondern auch in Sachen Design ihre Expertise beizutragen.

Laut Tom Larsen, Leiter des Bereichs Innovative Technologien und Anwendungen in Gestamps Fahrwerksabteilung, handelt es sich bei den Veränderungen beim spanischen Zulieferer zwar um keinen tiefgreifenden Wandel, die Anforderungen hinsichtlich Elektrofahrzeuge basieren jedoch auf einigen der aktuellen Trends und beschleunigen diese: „Grundsätzlich entsprechen die Leistungsanforderungen an Fahrwerke für das Design von Elektrofahrzeugen jenen für Verbrennungsmotoren, Plug-in-Hybride oder batterieelektrische Fahrzeuge. Es geht dabei um Erfordernisse hinsichtlich der Steifigkeit, der Fahrzeugdynamik, der Festigkeit, der Haltbarkeit, der Fahrzeuglebensdauer sowie der Sicherheit im Falle einer Kollision.“

Elektrifizierung fordert Entwickler heraus

Gestamp Komponente
Fahrwerkkomponenten von E-Autos müssen die Übertragung von Straßengeräuschen minimieren.

Neben den veränderten Bedingungen, die sich aufgrund des fehlenden Motors in Bezug auf den verfügbaren Bauraum ergeben, müssen laut Larsen folgende drei Herausforderungen bewältigt werden: Zum Ausgleich der Batteriemasse muss das Gewicht reduziert, der Komfort durch Reduzierung der Verkehrslärmübertragung aufrechterhalten sowie die Sicherheit gewährleistet werden, da kein klassischer Motor vorhanden ist, um die Wucht eines Aufpralls zu tragen.

Die Notwendigkeit, das Gewicht zu reduzieren, trieb die Suche nach Leichtbaumaterialien an. Larsen betont jedoch, dass fertigungsorientiertes Design der wichtigste Aspekt und gleichzeitig der Schwerpunkt bei Gestamp ist. In Zeiten von pandemiebedingt strapazierten Finanzen sei die Frage, ob eine Komponente wirtschaftlich gefertigt werden kann, genauso wichtig wie deren Funktionstüchtigkeit.

„Wir gewährleisten dies unter anderem durch ein Netzwerk an globalen F&E-Zentren, in denen sowohl unsere Produktdesigner als auch unsere Fertigungstechniker gemeinsam tätig sind“, erklärt Larsen. „Auf diese Weise können wir das Produktdesign nahe bei den Kunden erstellen, ihre Anforderungen erfüllen und darüber hinaus mit unseren Technik-Teams zusammenarbeiten, um dafür zu sorgen, dass die Produktgestaltung möglichst fertigungsorientiert ist.“

Nicht nur Stahl

Gestamp roboter
Gestamp ist für unterschiedliche Materialien offen.

Im Laufe der vergangenen Jahre investierte Gestamp in Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium und Hybridmaterialien, und stellte fest, dass Erstausrüster bereit sind, Lösungen zur Gewichtsreduktion zu entwickeln ‒ und dabei sogar Mehrkosten in Kauf nehmen, insbesondere angesichts des Erfolgsdrucks, ihre Elektrofahrzeuge schnellstmöglich zur Marktreife zu bringen. Gleichzeitig ist es für den Metallverarbeiter bei der Zusammenarbeit mit einigen Großserienherstellern, die weiterhin vor allem auf Stahl setzen, ein herausforderndes Thema. Stahlwerkstoffen prognostiziert Larsen eine glänzende Zukunft, da sich aus modernem kaltgeformtem Stahl äußerst dünnwandige Bauteile unter Beibehaltung einer beträchtlichen Festigkeit fertigen lassen. Infolgedessen wäre in Zukunft nicht die Steifigkeit, sondern die Korrosionsbeständigkeit der begrenzende Faktor.

Nichtsdestotrotz musste sich Gestamp von einem ausschließlich Stahl verarbeitenden Betrieb in einen Innovationstreiber auf dem Gebiet der Aluminium- und Hybridwerkstoffe entwickeln. „In Hinblick auf unsere Entwicklung in den letzten Jahren haben wir uns nicht auf einen bestimmten Aspekt beschränkt“, so Larsen. „Wenn ein Kunde ausdrücklich Aluminium will, sei es aus Marketinggründen oder aufgrund der Überzeugung, dass es sich dabei um die beste Lösung handelt, dann können wir das problemlos liefern. Wenn Verbundwerkstoffe auf Basis mehrerer Materialien gewünscht sind, können wir uns mit diesen Produkten auseinandersetzen und für entsprechende Ergebnisse sorgen.“

Larsen erklärt, dass Gestamp zahlreiche Tests durchgeführt hat, um das Ermüdungsverhalten von Schweißverbindungen in Wärmeeinflusszonen zu erforschen, insbesondere bei Aluminium. Ein wesentliches Element zur Beibehaltung hoher Qualitätsniveaus sind ihm zufolge jedoch die digitalen Zertifikate, die es erlauben, Daten von jedem Fertigungsschritt zu sammeln. Jedes gefertigte Teil kann so individuell nachverfolgt und eventuelle Probleme schnell identifiziert werden.

Daten, Daten, Daten

Die Tatsache, dass die von Gestamp gefertigten Komponenten nicht nur sicherheitskritisch, sondern auch hochkomplex in der Herstellung sind, machte einen robusten Qualitätskontrollmechanismus erforderlich. Laut Bernhard Feyo, Projektmanager im Bereich Industrie 4.0 bei Gestamp, bestand die Lösung in der Implementierung von Industrie 4.0. „Für mich dreht sich alles um Daten. Das Motto lautet: Daten, Daten und nochmals Daten“, sagt er.

Ein entscheidender Punkt bestand hierbei darin, jede einzelne Komponente individuell auf ihrer Reise nachverfolgen zu können. Gestamp spricht in diesem Zusammenhang von unitärer Rückverfolgbarkeit. Anstatt Produkte in Chargen zu testen, wird jede Komponente mit einem digitalen Qualitätszertifikat versehen, wodurch jedes wichtige Prozessdetail in der IoT-Plattform des Unternehmens gespeichert wird.

Diese Prozessdetails stammen aus allen erdenklichen Quellen. Feyo: „Alle unsere Maschinen und Geräte, die unsere Werkstoffe zu Produkten verarbeiten, generieren Daten. Und all diese Daten, die von Sensoren, Kameras, Zylindern, Antriebseinheiten oder SPS stammen, werden von uns gesammelt, ausgelesen und ausgewertet.“

Werkhalle Gestamp
Daten werden sowohl von den Produkten selbst als auch von den Maschinen gesammelt.

Sämtliche Daten, einschließlich der Umgebungsdaten wie zum Beispiel der Raumtemperatur, werden dann an eine Cloud-Plattform gesandt, sodass sie weltweit von jedem beliebigen Standort aus und in Echtzeit zugänglich sind, um unverzüglich Entscheidungen zu treffen. Ein Mitarbeiter kann somit im Falle eines Problems die Ursache ermitteln und Anpassungen vornehmen. Gleichzeitig wird eine Historisierung der Daten vorgenommen, um weitere Analysen für Prozessoptimierungen zu ermöglichen.

„Des Weiteren muss man in der Lage sein, Benchmarking anzuwenden und Datenvergleiche durchzuführen und in einem nächsten Schritt kann man dann vielleicht maschinelle Lernverfahren einsetzen, die einem die Erkenntnisse und Daten-Cluster liefern, nach denen man sucht“, so der Gestamp-Experte. Letztendlich würden zunächst kleinere Untersuchungen angestellt und im Laufe der Zeit um weitere Details ergänzt.

Diese Herausforderung gilt es zu überwinden, um schließlich Einblicke in alle Teilbereiche aller komplexen Prozesse zu erreichen. Wenn man in der Lage ist, absolut alles zu messen ‒ einschließlich jener Dinge, die noch nicht messbar sind ‒, wäre es theoretisch möglich, Problemstellen zu prognostizieren, bevor sie im Rahmen einer End-of-Line-Inspektion erfasst werden. Das ultimative Ziel besteht darin, anstelle der Problemerkennung eine integrierte Prozesskontrolle einzusetzen, die ein Eingreifen ermöglicht, bevor Probleme entstehen.

„Alle unsere Maschinen und Geräte, die unsere Werkstoffe zu Produkten verarbeiten, generieren Daten. All diese Daten werden von uns gesammelt, ausgelesen und ausgewertet.“ – Bernhard Feyo, Gestamp

Partner in der Entwicklung

Gleichzeitig werden die Daten an die Design- und F&E-Abteilungen geschickt und können dort als Grundlage für den Entwurf fertigungsorientierter Produkte herangezogen werden. „Die Verfügbarkeit dieser Daten stellt eine große Investition zugunsten des Zeit- und Arbeitsaufwands im Bereich F&E dar“, fügt Larsen hinzu.

Ihm zufolge war diese Fähigkeit eine große Bereicherung in den letzten Jahren. Autohersteller seien bemüht gewesen, ihre ersten Elektrofahrzeuge so schnell wie möglich produktionsreif zu machen, wobei viele die Entwicklungsarbeit an Zulieferer wie Gestamp ausgelagert hätten. Es gebe immer noch verschiedene OEM, bei denen die ganze Fachkompetenz betriebsintern angesiedelt sei und die Gestamp nur mit der Fertigung nach Designvorlagen beauftragten. Larsen findet es jedoch zunehmend wichtig, auch einen fertigungsorientierten „Design-for-Manufacturing“-Ansatz zu bieten.

Larsen erklärt, dass die Techniker bei Gestamp, die ihre Laufbahn oft als Lehrlinge in der Fertigungshalle begonnen haben, die Prozesse, Werkstücke und die Entwicklung von Grund auf verstehen, wodurch sie letztendlich in der Lage sind, Leichtbaulösungen erfolgreich umzusetzen, indem „parasitäre“ Materialmasse vermieden wird.

„Laut ihrem Grundprinzip sind Leichtbaulösungen darauf ausgelegt, dass jedes einzelne Element einen Zweck erfüllt“, so Larsen. „Ist das nicht der Fall – etwa, wenn etwas mehr Material für die Ausformschräge während der Fertigung des Werkstücks benötigt wird, diese Materialzugabe aber am fertigen Auto eigentlich nicht gebraucht wird – dann spricht man von parasitärer Masse. Ich denke, in diesem Bereich können unsere Designer dem Entwicklungsteam behilflich sein und Gestamp kann Unterstützung bieten, indem Effizienz und Fertigung mit dem Ziel der Effizienzsteigerung miteinander verknüpft werden.“

Dieser Artikel erschien zuerst bei automotive manufacturing solutions

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