Bosch hat sechs Millionen Euro in sein Metall-3D-Druckzentrum in Nürnberg investiert.(Bild: Bosch)
Wer die E-Mobilität voranbringen will, muss die Kräfte bündeln und mehr Wettbewerbskraft entfalten. Voraussetzung sind optimierte Werkzeuge und Maschinen, die für eine effiziente und transparente Transformation sorgen.
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EPTS – Production Technologies and Systems for E-Mobility
(Bild: Ultima Media Germany)
Die drei renommierten Konferenzen E|DPC, EPT (RWTH Aachen) und E|PTS (FAPS) schließen sich zusammen und formen EPTS – das führende Branchenevent für Elektromobilität. Von der Produktion elektrischer Antriebe über Leistungselektronik, Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie bis hin zu Lebenszyklusanalysen, Energieübertragung in Elektrofahrzeugen und Getriebetechnik – EPTS wird zum jährlichen Treffpunkt für über 300 Expertinnen und Experten, die die Zukunft nachhaltiger Mobilität gestalten. Seien Sie am 8. und 9. Oktober in Karlsruhe dabei und werden Sie Teil der nächsten Generation der Elektromobilität!
Im Maschinen- und Anlagenbau sind angepasste Fertigungsabläufe und ein schnelles Implementieren neuer Fertigungstechniken das Rückgrat für wettbewerbsstarke Produktionsumgebungen. Der Verband der Automobilindustrie (VDA) geht aktuell davon aus, dass die Produktion von rein batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) und Plug-in-Hybriden (PHEV) ihren Aufwärtstrend beibehält und die heimische Automobilindustrie in diesem Jahr die rekordverdächtige Stückzahl von rund 1,7 Millionen Elektro-Pkw erreicht. Das gleicht einem Ritterschlag für die Großserie – der elektrifizierte Powertrain und die damit verbundenen Änderungen im Fahrzeugdesign kurbeln das Plug & Work innerhalb der Produktionsgewerke gründlich an.
Maschinenhersteller DMG Mori weiß, dass die Anforderungen an die Materialbearbeitung und Fertigungstechnologien für hybride und elektrische Antriebe zu den größten Herausforderungen zählen. Bislang gilt sowohl für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor als auch für Elektrofahrzeuge ein Höchstmaß an Präzision bei der Herstellung der Bauteile. Nach wie vor kommen bei Fahrwerks-, Getriebe- oder Karosseriekomponenten bekannte Fertigungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen zum Einsatz. Neben der Hochpräzisionsbearbeitung sieht der Hersteller einen Knackpunkt aktueller Werkzeugtechnik in der Integration mehrerer Bearbeitungsschritte in einer Maschine (Prozessintegration). Schon seit einigen Jahren setzt der japanische Anbieter auf den Einsatz von 5-Achs-Bearbeitung und die Nutzung von Digital Twins, In-Prozess-Messtechnik und Machine Learning.
Bei Bauteilen für den Antrieb von Hybrid- und E-Autos spielen Zerspanungsprozesse eine untergeordnete Rolle, da die Zahl der mechanischen Komponenten je Motor gegenüber dem herkömmlichen Powertrain um bis zu 60 Prozent sinkt. Zudem gewinnen Werkstoffe wie Aluminium – nicht zuletzt wegen des geringeren Gewichts – auch in der Teilefertigung an Boden. Daraus ergibt sich, laut Hersteller, ein neues Anforderungsprofil für Werkzeugmaschinen: Mehr Flexibilität durch modulare Automatisierungskonzepte, damit das schnelle Anpassen des Werkzeugs bei geänderten Bauteilgeometrien oder kurzfristigen Materialänderungen reibungslos und ohne Zeitverlust vonstattengeht sowie die nahtlose Integration von Condition Monitoring (Zustandsüberwachung) und Predictive Maintenance (vorausschauende Instandhaltung). Das stärkt aus Sicht von Dr. Harald Neun, Executive Officer bei DMG Mori, den Trend zu universellen Produktionssystemen, „die eine größere Bandbreite an Werkstücken mit minimalem Aufwand bearbeiten können“, so Neun.
Das ist nicht alles: Weniger Mechanik durch E-Motor und Batteriepacks befeuert alternative Fertigungstechnologien wie den additiven 3D-Druck. Tier-1-Zulieferer Bosch hat bereits sechs Millionen Euro in sein Metall-3D-Druckzentrum in Nürnberg investiert, um die Komponentenfertigung auf Basis additiver Verfahren auf neue Füße zu stellen: „Mit der Neuanschaffung steigern wir unsere Produktivität und Geschwindigkeit in der Herstellung von Metallteilen – und damit unsere Wettbewerbsfähigkeit“, erklärt Alexander Weichsel, kaufmännischer Werkleiter in Nürnberg.
Dasselbe Ziel verfolgt auch Thyssenkrupp Automation Engineering. Die Bremer ergänzen ihre Komponentenfertigung mit Hochleistungs-3D-Druckern von Mark3D und Markforged. Mit dabei: KI-Assistenz aus dem Hause Siemens und Microsoft. Der KI-gestützte „Industrial Copilot“ soll das Zusammenspiel einzelner Arbeitsschritte in der Batteriepaket-Montagelinie beschleunigen und beispielsweise die Integration von 3D-gedruckten Bauteilen in der laufenden Montage erleichtern. Nach eigenen Angaben kommen auf einer Montagelinie für die Batteriepaket-Produktion bereits mehrere hundert 3D-gedruckte Bauteile aus den Markforged-Druckern zum Einsatz.
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Bei neuen Fahrzeugarchitekturen rücken Leichtbauweisen wieder in den Fokus. Der Energiebedarf von E-Autos sinkt bei reduziertem Fahrzeuggewicht. Die Hebel ansetzen lassen sich sowohl bei Leichtbaulösungen für die Karosseriestruktur als auch bei Batteriepackages samt Trägersystem und Einhausung. Fastening-Experte Arnold Umformtechnik will mit seinem hauseigenen Widerstandselementschweißen zur Gewichtsreduktion von Fahrzeugen durch das Fügen von Aluminium und Stahl beitragen: So genannte Flexweld-Elemente verbinden Aluminium mit Tiefziehstählen und formgehärtetem, martensitischem Stahl. Einpressschrauben, Inserts und Winkel für die Abdeckung und Fixierung von Batteriepacks unterzieht der Verbindungsspezialist neuerdings einem akribischen Sauberkeitstest – das reduziert die Sicherheitsrisiken bei Abdeckungen und Befestigung von Akkupaketen.
Das Verbinden von Aluminium und Stahl ist für Roboterspezialist Kuka kein unbekanntes Thema. Die Augsburger liefern komplette Montagelinien für Elektromotoren, Rotoren, Hybrid-Getriebe, Achsen und integrierte Achssysteme. Im Bereich der E-Automontage hat sich die aktuelle Generation der KR Quantec-Industrieroboter positioniert. Die sechsachsigen Universalroboter bewegen Traglasten bis zu 300 Kilogramm, sammeln Prozessdaten in Echtzeit und leiten sie zur Taktoptimierung an den Digitalen Zwilling der Produktionsanlage weiter. Laut Hersteller agieren die Roboter nahezu selbständig dank durchgängiger Controllerarchitektur sowohl in der Batteriezell-Produktion, der Modulfertigung als auch in der Packmontage.
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Ein Highlight in der Fertigung von Batterieträgern und Gehäusen ist das roboterbasierte Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, kurz: FSW). Die technologische Herausforderung besteht darin, die Batterieträger, welche aus zwei Gusshalbschalen bestehen, mittels einer 3D-Schweißung zu verbinden. Dabei wird ein rotierendes, stiftähnliches Werkzeug zwischen den Berührungsflächen des Bauteils entlanggeführt. Durch die Reibungswärme plastifiziert der Werkstoff und die Teile werden unter Zuhilfenahme hoher Prozesskräfte miteinander verbunden. Der Vorteil: Selbst schwer schweißbare oder artfremde Stoffe wie Aluminium mit Magnesium, Kupfer oder Stahl lassen sich mit diesem Verfahren verschweißen. Der Hersteller hat für diese speziellen Anforderungen eine Sondervariante Machine Tooling (MT) auf Basis seiner KR Fortec-Roboter entwickelt. Nach eigenen Angaben gehört das FSW-Schweißen zu den Top-Verfahren, wenn es um Batteriebehälter aus Aluminium-Legierungen mit besonders robusten und undurchlässigen Schweißnähten geht.
Ein Werkzeug für viele Bauteile
Wie der veränderte Komponentenbau für E-Autos in der Branche bereits Neuinvestitionen vor allem im Bereich Fertigungs-Know-how auslöst, zeigt das Beispiel des schweizerischen Unternehmens Feintool (international agierender Spezialist für Feinschneiden, Umformen und Blechstanzen). Ein aktueller Auftrag betrifft das Transientenschutzsystem, ein Element der Bordelektronik von E-Fahrzeugen: „Für uns ist dieses Projekt ein Türöffner. Es zeigt, dass bei der Transformation hin zur E-Mobilität neben dem E-Blechstanzen auch das Feinschneiden eine zentrale Rolle spielt“, sagt Winfried Blümel, Leiter Feintool System Parts Europa. Dem Unternehmen ist es nach zweijähriger Entwicklungsarbeit gelungen weitere Bearbeitungsschritte in die hauseigenen Feinschneidsysteme zu integrieren. Jetzt lässt sich ein kompletter Satz an Bauteilen mit einem Werkzeug fertigen.
