Leichtbau als wichtiger Faktor für innovativen Automobilbau

Joinventure-Workshop bot Einblicke in aktuelle Impulse für die weitere Entwicklung von Leichtbau-Technologien

Das schweißtechnische Beraternetzwerk Joinventure GmbH & Co. KG  führte bereits zum 7. Mal zusammen mit dem Leichtbau-Cluster der Hochschule Landshut den Joinventure Leichtbau-Workshop durch. Der Fokus der Reihe liegt auf der Entwicklung und Fertigung von Aluminium- und Leichtbaukonstruktionen, in der Veranstaltung am 23.07.2019 im Tagungszentrum INFINITY, Unterschleißheim, lautete das Schwerpunktthema "Leichtbau-Innovativ". Die Veranstaltung befasste sich nicht nur mit Leichtbaulösungen und –Technologien, sondern mit der gesamten Prozesskette, wie Initiator Dr. Stefan Allmeier (Joinventure GmbH & Co. KG) in seiner Begrüßung erläuterte. Marc Bicker (Leichtbau-Cluster) betonte das Potenzial von Innovationen im Bereich Leichtbau gerade für die Automobil-Wirtschaft. Neben den Vorträgen bot die begleitende Fachausstellung den rund 70 Teilnehmern die Gelegenheit, sich über neue Materialien und Technologien im Bereich Leichtbau zu informieren.

Innovation und Qualität als Erfolgsfaktoren

Die Geschichte der Menschheit sei durch Veränderungen geprägt. Stets neugierig und für Innovationen offen zu sein, neue Ideen nachhaltig zu verfolgen und in Lösungen zu denken, dafür plädierte Prof. h.c. Dr. h.c. Ing. Helmut Schreiner, Schreiner Innovation GmbH & Co. KG. in seiner Keynote, die seine Erfahrungen aus 60 erfolgreichen Berufsjahren als Unternehmer zusammenfasste. Das Familienunternehmen hat sich vom kleinen Handwerksbetrieb zu einem international aufgestellten Hightech-Produzenten von Spezialetiketten und selbstklebenden Funktionsteilen entwickelt. Vor rund 20 Jahren sei die Idee eines intelligenten Etikettes entstanden, erklärte Frank Linti, der die Entwicklung der Schreiner-Group GmbH & Co. KG vorstellte und dabei zeigte, dass es sich lohnt, Innovationen mit viel Energie und auch Kapitalaufwand voranzutreiben. Heute werden RFID-Etiketten kombiniert mit Sensortechnik gedruckt. Auch Herausforderungen wie RFID-Etiketten auf Metallen, Leichbaumaterialien wie Carbon oder Glasfaser einzusetzen oder Hitzebeständigkeit, habe man gemeistert. Moderne RFID-Lösungen, bei denen z.B. der Ladungsträger mit der Produktionszelle kommuniziert, seien heute ein wichtiger Baustein für eine effiziente Prozesssteuerung.

Erste Erfahrung aus der Umsetzung des neuen Automobilstandards IATF 16949, die die Norm ISO/TS 16949 ablöste, und gerade für kleinere Zulieferer eine große Herausforderung darstellt, präsentierte Gabriela Zimmermann (ipu fit for Success, Unterschleißheim). Die neue Norm habe das Ziel, ein Qualitätsmanagement-System zu entwickeln, das ständige Verbesserung unter Betonung von Fehlervermeidung und der Verringerung von Streuung und Verschwendung in der Lieferkette avisiert. Die Umsetzung der Norm sei allerdings aufwändig, als Grundlage eine Zertifizierung nach ISO 9001 erforderlich. Es gäbe häufig Änderungen und bei Audits würden die Normen unterschiedlich ausgelegt, und es gäbe unterschiedliche Versionen, so werde beispielsweise in der deutschen Fassung wesentlich häufiger das Wort „muss“ verwendet als in der englischen. Sie gibt gerade kleineren Automobil-Zulieferern den Rat, die sog. „Minimum Automotive Quality Management System Requirements MAQMSR“ als anfängliches Instrument auf dem aufwändigen Weg zum eigenen Qualitätsmanagement nach IATF 16949 zu nutzen.  

Leichtbaufertigung und Leichtbautechnologien im Fokus

Eine vollautomatisierte Fertigungsanlage, in der Leichtbau-Batteriewannen aus Aluminium gefertigt werden, präsentierte Erwin Altendorfer vom Unternehmen Fill Ges. m.b.H., Gurten (A), einem der weltweit führenden Maschinen- und Anlagenbauer. In der im Auftrag eines deutschen Automobilzulieferers entstandenen Anlage ermöglichen 75 Roboter alle 188 Sekunden eine Wanne fertigzustellen. Dies von der automatischen Rohmaterialanlieferung, über das Schweißen und die Qualitätskontrolle der Schweißnähte. Dabei sei jedes Einzelteil rückverfolgbar; tracability, Vernetzung und Auswertung von Daten über den gesamten Prozess seien erfolgreich umgesetzt wurde.

Mit der vereinfachten Auslegung der elektrischen Kontaktierung von Kupferwerkstoffen beim Laserstrahlscheißen durch Künstliche Intelligenz befasste sich ein Vortrag von Michael Kick, TU München. Dabei spielten bei der Kontaktierung u.a. die elektrische Verbindung, der Bauraum und die Festigkeit eine Rolle, die zu vielen Wechselwirkungen in der Auslegung führen. Die Optimierung der Prozessparameter sollte über KI bzw. Machine Learning erfolgen. Vorteile biete dabei das kontaktlose Laserstrahlschweißen. Über Neuronale Netze konnten auch Nichtlinearitäten relativ einfach beschrieben werden. Erst musste aber über viele Proben und Daten Prozesswissen aufgebaut werden. Mit den dabei gesammelten Daten und deren Auswertung könnten nun Parameter wie Laserleistung, Schweißnahtlänge oder Vorschubgeschwindigkeit über KI bestimmt werden.

Einen Überblick über Fasermatrixsysteme, Verarbeitungsverfahren sowie Anwendungs- und Praxisbeispiele gab Timo Richter (DG Projekt GmbH). Als einbettende Matrix werden dabei Thermoplaste, Duromere oder Elastomere verwendet. In Kombination mit den verstärkenden Fasern (Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser oder Spezialfasern in verschiedener Länge) ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften in Steifigkeit, Festigkeit, Gewicht und natürlich Kosten. Auch für die Produktion stellen sich unterschiedliche Herausforderungen. Je länger eine Faser ist, desto besser sei die Verstärkungswirkung, die Umformbarkeit sinke allerdings. Er stellte auch die Verarbeitungsverfahren vom Spritzguss über das Laminieren,  über Injektions- (RTM, RIM) und Heißpresseverfahren bis hin zum Wickel- und Strangziehverfahren vor. Die neue Carbon Core-Technologie von BMW biete die Möglichkeit, erstmalig Mischbau mit CFK, Stahl und Aluminium umzusetzen und so eine weitere Gewichtsreduzierung im Automobilbau zu erreichen. Eingesetzt werden sie erstmals im Kern des neuen BMW 7er.

Neue Trends und Entwicklungen im Leichtbau

Weitere neue Entwicklungen im Leichtbau präsentierte Simon Frank, LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (A). Dabei setzt das Forschungsinstitut auf die Verknüpfung von Methoden, um kundenspezifisches Leichtbaudesign mit Leichtmetallen erreichen zu können. Das LKR befasse sich aktuell u.a. mit drahtbasierten Schweißen mit Lichtbogenprozess, dies mit den Leichtbaumaterialien Alu und Magnesium. Der Trend beim Leichtbau gehe eindeutig zu immer komplexeren Multimaterialbauweisen und Funktionsintegration. Als Beispiel zeigt er u.a. ein Leichtbau-Bodenmodul aus carbonfaservertärktem Kunststoff in Sandwichbauweise, bei dem das Gewicht um 39 Prozent  und die Zahl der Teile um 50 Prozent gesenkt werden konnte. Dies unter Einbeziehung von Flammschutz, Sensortechnik oder auch integriertem Laden.

Einen kritischen Blick warf abschließend Prof. Dr. Jörg Wellnitz (TH Ingolstadt) auf aktuelle und künftige Entwicklungen des Leichtbaus im Automobilbau und plädiert für ein Umdenken. Beispielsweise regt er an, nicht jede Missbräuchliche Nutzung in die Lastfälle und die Auslegung von Bauteilen mit einfließen zu lassen. Auch der Ansatz, ohne Revision möglichst lange haltbare Strukturen zu bauen, könne nicht Leichtbau sein. Gerade der Einsatz von Sensoren und Vernetzung böten hier dem Leichtbau enorme Möglichkeiten. Die von den Menschen geschätzten glatten Oberflächen kämen in der Natur nicht vor. Ein der Bionik folgendes Leichtbau-Fahrzeug würde aussehen wie ein Kofferfisch, dieses würde aber niemand kaufen. Im Gegenteil sei der Pick-up das erfolgreichste Fahrzeugkonzept, der Mensch habe sich weit von der Natur entfernt.