Effiziente Kleinserienproduktion für die Elektromobilität

Neben allgemeinen Trends und Heraus­forderungen in der Automobil­produktion, wie kürzere Innovations­zyklen oder Individuali­sierung, ist insbesondere die Elektro­mobilität ein neuer Faktor der Varianten­steigerung bei der Produktion verschiedener Fahrzeug­typen. Gleich­zeitig sinkt das Produktions­volumen pro Fahrzeug­variante, sodass die Kosten der Produktion auf immer weniger Fahrzeuge umgelegt werden können. Dies erfordert Effizienz­steigerungs­maßnahmen, um auch in einer Kleinserien­produktion eine hohe Produkt­qualität bei gleich­zeitig weniger Aufwand zu erreichen. Im Forschungs­projekt „Produktions­effizienz in der Kleinserie“ (ProeK) wurden deshalb neuartige praxis­orientierte technische Lösungen erforscht, um Kleinserien im Zukunftsfeld der Elektro­mobilität möglichst kosten­günstig, effizient und flexibel herstellen zu können.

Um die Effizienzsteigerungen in der Produktion wesentlicher Komponenten abzubilden, gliederte sich das Forschungs­projekt in die beiden Teilprojekte „Außenhaut“ und „Karosserie“. Die beteiligten Projekt­partner deckten dabei die für eine erfolgreiche Bearbeitung des Vorhabens benötigten Kompetenzen ab: Street­Scooter und e.GO Mobile (Elektro­fahrzeug­hersteller), das LBBZ (Komponenten­hersteller Karosserie und Füge­technologie­experte), die FH Aachen und die Abteilung Fahrzeugproduktion des WZL der RWTH Aachen (Forschungs­partner) sowie Trumpf als assozi­ierter Partner (Hersteller laser­basierter Produktions­systeme).

Das Teilprojekt „Karosserie“ fokussierte Aufwands­reduzierung und Ressourcen­schonung im Vorrich­tungsbau. Das Konzept des vorrich­tungs­armen Fügens mittels Steckver­bindungen der Bauteile als bauteil­integrierte Vorrichtungs­funktionen wurde hierzu anhand elektro­mobilitäts­spezifischer neuer Karosserie­baugruppen wie dem Batterie­pack­gehäuse weiter­entwickelt. Eine entsprechende alternative Produktions­kette von der Bauteil­herstellung bis zum Fügekonzept erlaubt mehr Flexi­bilität und Material­ersparnisse beim Einsatz von Kant­bauteilen und Laserstrahl­schweiß­verfahren. Für den Einsatz bauteil­integrierter Vorrichtungs­funktionen, anstelle von Vorrichtungen als zusätzliche Betriebs­mittel, wurde eine umfassende Konstruktions­methodik entwickelt. Neben den Steck­verbindungen konnte die gesamte Anzahl der benötigten Bauteile durch eine effizientere Herstellung und Fügekonzept für Fahrzeug­rahmen aus Profilen verringert werden.

Im Teilprojekt „Außenhaut“ lag der Schwerpunkt auf Aufwands­reduzierung und Ressourcen­schonung bei der Qualitäts­einstellung und -sicherung. Dazu wurden verschiedene Konzepte für einen integrierten Justier­prozess untersucht, für deren Grundlage Werkzeuge zur adaptiven Qualitäts­einstellung entwickelt wurden. Dies umfasste den Einsatz von additiv gefertigten Toleranz­ausgleichs­elementen sowie den Einsatz von Vernetzung und maschinellem Lernen zur adaptiven Einstellung von Füge­prozessen. Im Zuge der zweit­genannten technischen Lösung wurde ein kosten­günstiges Sensor-Konzept aufgebaut, welches im Vergleich zur klassischen nachgelagerten Qualitäts­sicherung deutliche Investitions- und Aufwands­einsparungen verspricht. Durch den integrierten Justier­prozess werden Ausschuss und Nacharbeit reduziert. Die weiterhin, wenngleich weniger, benötigte Nacharbeit wurde durch additiv gefertigte Lehren zur Einstellung von Exterieur­bauteilen sowie durch Werkzeug­führung unterstützt.

In enger Zusammenarbeit der beteiligten Partner konnten mithilfe der beiden Teil­projekte somit Lösungen für eine effizientere Kleinserien­produktion entlang der Wert­schöpfungs­kette einer Elektromobilproduktion erforscht werden. Sie sind nicht nur Grundlagen für weitere Entwicklungen der Anwendungs­partner e.GO Mobile, Street­Scooter und LBBZ: Diese Lösungen konnten bereits in praktischen Umsetzungen Anwendung in den entsprechenden Produktionen finden und führten zu Patenten, beispiels­weise für additiv gefertigte adaptive Scharniere. Die entwickelten technischen Lösungen und die dazuge­hörigen Umsetzungs­konzepte leisten somit einen nachhaltigen Beitrag für die Elektro­mobil­produktion in NRW. (Quelle: RWTH)

 

Link: Projektvorhaben „Produktionseffizienz in der Kleinserie“ (ProeK), FH Aachen 

Bild: Vorrichtungslos lasergeschweißtes Low-Cost Batteriepackgehäuse aus hochfestem Aluminium (Quelle: RWTH)

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