Automobilbranche Automobilbranche profitiert von innovativer Fertigungstechnik

Autor / Redakteur: Victoria Sonnenberg / Mag. Victoria Sonnenberg

Keine andere Branche steht so sehr unter dem Druck des globalen Wettbewerbs wie die Automobilbranche. Hersteller und Zulieferer können nur gemeinsam dem enormen Kostendruck standhalten, indem sie mit innovativen Ideen aus der Not eine Tugend machen. Zunehmend kommen aus der Zerspanung interessante Ansätze, die zu mehr Produktivität bei gleichzeitig sinkenden Kosten führen.

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Zur Reduzierung der ungefederten Massen im Fahrwerk werden hochfeste, aber auch leichte Bauteile benötigt, wie beispielsweise sicherheitsrelevante Aluminium-Schwenklager.
Zur Reduzierung der ungefederten Massen im Fahrwerk werden hochfeste, aber auch leichte Bauteile benötigt, wie beispielsweise sicherheitsrelevante Aluminium-Schwenklager.
(Bild: Hirschvogel)

Emissions- und Kraftstoffeinsparung, verkürzte Bearbeitungszeiten, gesteigerte Produktivität, reduzierte Ausfallzeiten, verlängerte Standzeiten sind nur einige wenige Beispiele aus der Automobilbranche, die dank der Zerspanungstechnik zu nicht unerheblichen Kosteneinsparungen führen.

Wegen gestiegener Anforderungen der Branche, beispielsweise durch den Leicht- oder Hybridbau, stehen technologisch ausgereifte Prozesse, angepasste Maschinen und Zerspanwerkzeuge sowie eine deutliche Reduktion der Kosten im Fokus der hocheffizienten Fertigung.

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Verbundwerkstoffe stellen den Zerspaner vor neue Herausforderungen

„Im Gegensatz zu Metallen haben Verbundwerkstoffe wie CFK einen Nachholbedarf in der Forschung und Entwicklung von Zerspanlösungen von etlichen Jahrzehnten. Zusätzlich zeigen Verbundwerkstoffe ein grundsätzlich anderes Verhalten in der Zerspanung: die Bauteile sind oft dünnwandig, haben Abweichungen in der genauen Lage, zeigen andere Qualitätskenngrößen in der Zerspanung wie Delamination und Ausfransung und sind zudem stark abrasiv in der Wirkung auf die Zerspanwerkzeuge“, erklärt Andreas Gebhardt von der Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.

Zusätzlich zum Leichtbau sieht Automobilzulieferer Hirschvogel weitere Herausforderungen, auf die Werkzeughersteller reagieren müssen, um im Wettbewerb konkurrenzfähig zu bleiben. „Die größte Anforderung an die Automobilbranche sind die kommenden CO2-Regeln. Downsizing, Rightsizing, Leichtbau und die Optimierung des Verbrennungsmotors sowie die Hybridisierung verlangen nach neuartigen Komponenten für neue oder weiterentwickelte Subsysteme, beispielsweise Ventilsteuerung, Zylinderabschaltung, oder nach Bauteilen mit höherer Leistungsdichte“, beschreibt Dr. Hans-Willi Raedt, Vice President Advanced Engineering bei Hirschvogel, die steigenden Anforderungen in der Automobilbranche.

„Massivumgeformte, zerspante Komponenten spielen eine Schlüsselrolle zur Erfüllung dieser Anforderungen. Die Hirschvogel Automotive Group spielt dabei eine Sonderrolle in der Branche, da sie von der gewalzten Stahlstange bis zur einbaufertigen Komponente die gesamte Entwicklung und Fertigung aus einer Hand liefern kann“, fügt Raedt hinzu.

Der Trend geht zum Komplettanbieter: alles aus einer Hand

Diese Entwicklung bestätigt Ceratizit. „Auch unsere Kunden erwarten individuelle Komplettlösungen für deren zerspanende Fertigung. So sollen möglichst alle Bearbeitungswerkzeuge aus einer Hand dem Kunden zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin wird im verstärkten Maße anwendungstechnisches Know-how vom Werkzeuglieferanten benötigt, um die Prozessoptimierung beim Kunden vorantreiben zu können“, sagt Dr.-Ing. Uwe Schleinkofer, Leiter Forschung & Entwicklung der Kompetenzmarke Cutting Solutions by Ceratizit.

Der Werkzeughersteller sieht sich weiteren Anforderungen gegenüber. „Mittelfristig sehen wir den Trend zu Leichtbauteilen und grundsätzlich neuen Bauteilen in der Automobilbranche durch den verstärkten Einsatz von Hybridfahrzeugen. Hocheffiziente Werkzeuge für die Bearbeitung von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen, Leichtbaulegierungen aus Magnesium, Aluminium und Lithium und weiteren Komponenten werden hier verstärkt benötigt“, ergänzt Schleinkofer.

„Grundsätzlich ist der Bedarf an einer hocheffizienten Fertigung deutlich angestiegen. Die dafür notwendigen Bearbeitungswerkzeuge müssen daher kontinuierlich weiterentwickelt werden. Dabei spielen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit dieser Werkzeuge bei erhöhten Bearbeitungsparametern und ständig steigenden Anforderungen an eine stabile Bauteilqualität eine wesentliche Rolle“, so der F&E-Leiter weiter.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit sollte so früh wie möglich beginnen

Dass diese kontinuierliche Verbesserung und Weiterentwicklung nur in Zusammenarbeit gelingt, darin sind sich alle einig. Hat es sich doch immer wieder gezeigt, dass interdisziplinär vernetzte Arbeitsgruppen oft bessere Ergebnisse erzielen.

„Komponenten, die zur Erfüllung oben genannter Anforderungen beitragen können, müssen in einem Simultaneous-Engineering-Prozess entwickelt werden. System- und Fertigungsspezialist kommen dabei idealerweise schon in der Produktdefinitionsphase in Kontakt, um die Bauteilanforderungen, das Bauteildesign, die Fertigungsprozesskette und den verwendeten Werkstoff optimal für eine hochqualitative und ökonomische Großserienfertigung aufeinander abzustimmen“, sagt Raedt.

Dafür, dass sich das frühe Einbringen in die Entwicklung für beide lohnt, sowohl für Hersteller als auch für Zulieferer, erbrachte jüngst ein einteiliger Stahlkolben mit Kühlkanal den Beweis, der in diesem Jahr den Stahlinnovationspreis gewonnen hat.

In einer mehrjährigen Entwicklung hat Hirschvogel in Zusammenarbeit mit Kolbenschmidt diesen Kolben für die Anwendung im Dieselmotor realisiert, der in einer Prozesskette aus Massivumformung und Bearbeitung ein herausragendes Merkmal aufweist: Der Kolben besitzt im Inneren einen Kühlkanal, mit dem die Kolbenoberseite vor Überhitzung durch die Verbrennung geschützt wird. Dabei ist das Bauteil aber als Monoblock konzipiert, also aus einem Stück gefertigt. Dies verleiht ihm eine herausragende Haltbarkeit unter den harschen mechanischen Bedingungen im Verbrennungsmotor.

Volvo Cars spart dank Sandvik Coromant eine halbe Million Euro an Prozesskosten

Bemüht um eine intensive sowie ergebnisreiche Zusammenarbeit ist auch Werkzeughersteller Sandvik Coromant, der in seinem Engineering Competence Center in Bietigheim, kurz ECC, gemeinsam mit Unternehmen der Automobilindustrie anspruchsvolle Werkzeug- und Anwendungslösungen für Komponenten des Antriebsstrangs entwickelt.

Das sechsköpfige Team aus Projektingenieuren und Maschinenbedienern ist spezialisiert auf Zerspanungskonzepte für Komponenten wie Zahnräder, Getriebewellen oder Schaltmuffen. Das jüngste Erfolgsbeispiel kann dabei eindrucksvoll den Wirkungsgrad der gemeinsamen Arbeit an einem Projekt veranschaulichen: Volvo Cars kann dank der Zusammenarbeit mit Sandvik Coromant eine halbe Million Euro an Prozesskosten einsparen durch den kostensparenden Einsatz optimierter Präzisionswerkzeuge bei der zerspanenden Bearbeitung von Motorenkomponenten wie Nocken- und Kurbelwellen. Für Volvo Cars Grund genug, um Sandvik mit dem „Award of Excellence 2014“ in der Kategorie „Besondere Leistung“ auszuzeichnen.

Dank verlängerter Standzeiten die Werkzeugkosten um 39,8 % senken

Die Ehrung ist das Resultat mehrerer erfolgreicher Projekte zur Reduzierung der Durchlaufzeiten sowie zur Erhöhung der Produktivität und Profitabilität.

2014 wurden bei Volvo insgesamt sieben Projekte mit definierten Einsparungen durchgeführt. Durch diese wurden nicht nur die Qualität verbessert und die Ausfallzeiten reduziert, sondern dank verlängerter Standzeiten auch die Werkzeugkosten um 39,8 % gesenkt. Beispielsweise empfahl Sandvik Coromant für die Bearbeitung von Zylinderköpfen und zur Vermeidung von übermäßiger Gratbildung den Einsatz des Coromill 5B90. Ergebnis waren eine dreimal höhere Standzeit, deutlich weniger Gratbildung und kürzere Einrichtungszeiten.

Mit Blick auf die Werkzeugoptimierung hat sich auch die Komet Group intensiv mit der Zerspanung von Leichtbauwerkstoffen beschäftigt und bietet neben den bewährten PKD-Lösungen auch mit nanokristalliner Diamantschicht (NCD) versehende Vollhartmetall-Werkzeuge an, mit denen hochwertige Schneidkanten, variable Geometrien, aber auch bessere Schneidergebnisse und Standzeiten erreicht werden.

Auch Ceratizit bietet mit seinen Produkten vielfältige Möglichkeiten, Zeit und Geld in der Fertigung zu sparen. „Unsere neuen PKD-Stufenbohrwerkzeuge für Schrauben- und Ventillöcher bei der Aluminiumradbearbeitung liefern durch die reduzierte Vibrationsneigung hervorragende Oberflächen und werden auch als Mehrschneider angeboten. Daher kann die Effizienz der Bearbeitung sowohl durch die Erhöhung der Zähnezahl als auch durch Optimierung der Schneidkanten um 70 % gesteigert werden“, erklärt Schleinkofer.

Exotischer wird es mit Bosch, der die Ventile für seine Benzindirekteinspritzung mit ultrakurzen Laserpulsen fertigt und so zu einer präziseren und effizienteren Fertigung kommt. Mithilfe der Ultrakurzpuls-Technologie kann Bosch feinste Löcher auch mit unterschiedlichen Durchmessern in das Einspritzventil bohren. Damit können seine Kunden die Kraftstoffverteilung im Brennraum besser steuern und individuell an den jeweiligen Motor anpassen. Auf diese Weise trägt die Fertigungstechnik erheblich zur Emissions- und Kraftstoffeinsparung bei.