Achsmontage des neuen Porsche Taycan

Die Achsmontage des neuen Porsche Taycan. (Bild: Porsche AG)

| von Michael Nallinger

Die kürzlich veröffentlichte Strukturstudie „BWe mobil 2019“ bringt die Veränderungsdynamik auf den Punkt und nimmt denjenigen, die bereits vom Untergang des Automobilstandorts Deutschland sprechen, etwas den Wind aus den Segeln. Nach der im Auftrag der Landesagentur E-mobil BW erstellten Erhebung wird der Anteil reiner Elektroautos an den Neuzulassungen im Jahr 2030 je nach Szenario („Business-as-usual“ oder „Progressiv“) bei 15 bis 51 Prozent liegen.

Mit dem Markthochlauf der Stromautos prognostizieren die Autoren sinkende Kosten für neue Antriebstechnologien. Während ein konventionelles Verbrennerfahrzeug im Jahr 2015 durchschnittlich noch einen Kostenvorteil von 10.000 Euro aufweist, ist es 2030 im progressiven Szenario sogar 1.000 Euro teurer als die batterieelektrische Variante.

In Bezug auf die Beschäftigung sagt die Studie lediglich moderate negative Effekte vorher, allerdings nur dann, wenn es dem baden-württembergischen Automobil-Cluster gelinge, auch bei den alternativen Antriebstechnologien seine weltweit führende Innovationsrolle zu behalten.

Wo die Herausforderungen genau liegen

Klar ist: Die E-Mobilität verändert den gesamten Antriebsstrang im Auto. „Für Automobilhersteller bedeutet dies eine umfassende Umstrukturierung und Neuausrichtung des Unternehmens, inklusive einer vollkommenen Überarbeitung des Fahrzeugportfolios, angepasster Prozesse“, beschreibt die P3 Group die Situation. Dabei müsse dieser Vorgang unter enormen Zeitdruck gemeistert werden, so das Beratungsunternehmen.

Für Zulieferer könne dies bedeuten, dass ihr Kerngeschäftsfeld oder die Technologie obsolet werde. Hier besteht die Herausforderung darin, mit dem „aktuellen Know-how Produktfelder zu erschließen, während das Kerngeschäft mit Verbrennern immer mehr unter Druck gerät“.

E-Motor: Vom Bauteil zum Bestandteil

Speziell der Motor stellt Zulieferer und OEM vor große Herausforderungen. Für die meisten Hersteller bedeutet die Elektromotorenproduktion ein Umorientieren in neue Technologien. Die Berater von P3 stellen hier klar: „Für die OEM wird der E-Motor nicht mehr die zentrale Rolle spielen wie der Verbrennungsmotor. Diese Rolle wird die Batterie einnehmen.“

Und was bedeutet die Entwicklung des Elektromotors hin zur „Commodity“ für den Maschinenbau und Anlagenhersteller genau? Der Prognose von P3 zufolge wird vor allem die Nachfrage nach Linien-Setups für große Produktionsvolumina steigen und der Elektromotor werde häufig nicht mehr als einzelnes Bauteil gesehen, sondern als integrierter Bestandteil der E-Achse.

Für Anlagen- und Maschinenbauer könnte dies bedeuten, dass sie für die Produktion von Elektromotoren noch direkter mit den OEM zusammenarbeiten.

Wie sich die Veränderungen auf die Zuliefererketten auswirken

Scharfe Einschnitte erwartet auch Professor Jürgen Fleischer vom Wbk - Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT): „Es bilden sich neue Strukturen, Sondermaschinenbauer werden plötzlich zu Tier-1-Suppliern und klassische Tier-1-Supplier müssen sich umstrukturieren oder Know-how aufkaufen.“ Zudem würden neue Zulieferer entstehen.

Als Beispiel nennt Janna Hofmann, Oberingenieurin am Wbk, die Aumann AG, die sich vom Sondermaschinenbauer zum Anlagenzulieferer für Automotive entwickelt habe. Oder das Unternehmen Gehring, das als klassischer Zulieferer die neue Tochter Gehring E-Tech gegründet hat, um so ein zweites Standbein zu haben. Damit werden auch die Spielräume für Zulieferer größer.

Hofmann verweist als Beispiel auf die Halbzeuge: Deren Normen und Toleranzen seien nicht immer „automobilkonform“. Die Lieferbedingungen für Kupferlackdrähte hätten beispielsweise historisch bedingt breite Toleranzfelder, so dass OEM und Zulieferer in kürzester Zeit neue Normen etablieren müssen.

Kleine Zulieferer mit größeren Schwierigkeiten

Bei P3 geht man von unterschiedlichen Entwicklungen je nach Unternehmensgröße aus: „Große Zulieferer werden eigene E-Motoren oder komplette E-Achsen anbieten und diese auch in den benötigten Volumina liefern können.“ Hier sei noch die Frage, wie stark sich der Trend des Selbstbauens von Elektromotoren bei OEM durchsetzt. Dagegen rechnen die Automotive-Experten für kleinere Zulieferer mit größeren Schwierigkeiten. Auch hier werde es bei der Elektromobilität Nischen geben, aber deutlich weniger und mit anderen technologischen Anforderungen als beim Verbrenner.

Inwieweit sich bestehende Kompetenzen nutzen lassen, muss wohl von Unternehmen zu Unternehmen entschieden werden. P3 empfiehlt hier, die Elektromobilität möglichst ganzheitlich zu betrachten, inklusive der Herausforderungen bei Ladeinfrastruktur und Stromnetz.

Ein Beispiel sind heutige Teilelieferanten für die Kraftstoffzufuhr im Verbrenner. Dieser Bereich fällt im Elektroauto zwangsläufig weg. „Hier besteht aber durchaus die Möglichkeit technologisches Know-how im Thermomanagement von Elektrofahrzeugen oder auch bei Schnellladesäulen anzuwenden“, hat man bei P3 ausgemacht.

Wie sich der Werkzeugmaschinenbau anpasst

Der E-Motor selbst hat weniger Gleichteile als der Verbrenner. „Klassisch spanend hergestellt wird dabei nur noch das Gehäuse und die Welle“, sagt Janna Hofmann. Hinzu kommt, dass das Getriebe selbst plötzlich andere Anforderungen an die sogenannte NVH (Noise, Vibration, and Harshness) als früher hat. Durch das Wegfallen des Verbrennungsmotors werde es „hörbar“, so die Wbk-Forschungsschwerpunktleiterin. Diese führe dazu, dass auch hier Verfahren, die bisher als „Sonderverfahren“ galten, ins Spiel kommen.

Neben den Forschungsaktivitäten in den klassischen Feldern des Anlagen- und Maschinenbaus, setzt das Wbk verstärkt auf die Entwicklung der Produktionstechnik für Enabling Technologies, wie Elektromobilität, hybrider Leichtbau und generative Fertigung.

Ein Beispiel ist das Projekt „Anlagentechnik für Fertigung von Statoren mit Hairpin-Technologie (AnStaHa)“, bei dem das Wbk gemeinsam mit der Karlsruher Fraunhofer Projektgruppe Neue Antriebssysteme (NAS) diese mit großem Potenzial ausgewiesene Wicklungstechnologie für die Großserienanforderungen vorantreibt. Inzwischen sind die Prozessschritte Nutisolation, Biegen, Einbringen und Twisten als teilautomatisierte Versuchsstände aufgebaut. „Seit Anfang des Jahres konnten wir die Firma Gehring E-Tech als assoziierten Partner gewinnen und können damit Forschung entlang der gesamten Hairpin- Prozesskette betreiben“, berichtet Hofmann. Als Forschungseinrichtung habe man nicht den industriellen Druck. So könne man sich auch simulativ intensiv mit den Prozessen befassen und auch mal um die Ecke denken.

Eine Monteurin bei BMW setzt Teile eines Elektroautos zusammen
Elektroautoproduktion bei BMW in Dingolfing. (Bild: BMW)

Schlanke Lösungen mit Potenzial für Steigerungen

Im Bereich der Herstellung von Komponenten für den E-Motor ist auch der Werkzeugmaschinenbauer Emag engagiert. Ein Beispiel ist die Rotorwellenfertigung. Hier habe man mit einer im vergangenen Jahr vorgestellten Lösung genau den Nerv des Marktes getroffen und seither verschiedene Linienkonzepte entwickelt. „Der Markt der Elektromobilität wächst zwar kräftig, ist aber eben doch noch weit davon entfernt, Zahlen zu erreichen, die wir im Moment noch bei Verbrennern haben“, beobachtet der schwäbische Maschinenbauer. Hier gelte es Lösungen anzubieten, die auch bei geringeren Stückzahlen für eine schlanke Produktion sorgen, aber gleichzeitig das Potenzial für eine Steigerung bieten.

Inwieweit für die Herstellung von E-Fahrzeug-Komponenten neue Verfahren oder Prozessabläufe zum Einsatz kommen, hänge vom jeweiligen Bauteil ab, betont man bei Emag. Als Beispiel führt das Unternehmen Steckverzahnungen an. Bei der üblichen Herstellungsmethode erfolge zunächst die Weichbearbeitung, in der Regel durch Räumen, danach das Härten und schließlich das aufwendige Finishen durch Hartbearbeitung. Mit der angebotenen Technologiebandbreite ist man bei Emag in der Lage, das Bauteil komplett zu fertigen. Dabei kommt neben dem induktiven Härten mit den Emag Eldec Maschinen die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM) für die Verzahnung im gehärteten Bauteil zum Einsatz. Der große Vorteil von ECM ist laut dem schwäbischen Maschinenbauer die Unabhängigkeit von der Härte des Werkstoffs sowie der Umstand, dass dabei praktisch keine Werkzeugkosten entstehen.

Dort beobachtet man zudem, dass sich viele OEM momentan auf Themen der Batteriefertigung und -montage konzentrieren und damit ihre Planungsabteilungen auslasten. Für die Fertigung komplexer Metallteile würden deshalb Lieferanten benötigt, die in der Lage sind, komplette Projekte unter Einbeziehung von Drittlieferanten anzubieten und abzuwickeln. Mit der Gründung der Emag Systems im Sommer 2018 sieht man sich für diese Anforderungen sehr gut aufgestellt.

Neue Möglichkeiten der Zerspanung

Wälzschälwerkzeug in Monoblock-Ausführung
Wälzschälwerkzeug in Monoblock-Ausführung. (Bild: Paul Horn)

Der Werkzeughersteller Paul Horn verweist auf einen sinkenden Zerspanungsaufwand bei rein batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV) allein schon aufgrund der stark reduzierten Komponentenzahl. Während bisherige Antriebskonzepte auf rund 4.000 Bauteile kommen, beschränke sich ein BEV auf etwa 320. Doch mit welchen konkreten Lösungen werden die neuen Herausforderungen rund um die Herstellung von Stromautos adressiert? „Grundsätzlich macht es Sinn zu prüfen, ob man durch kundenspezifische Sonderwerkzeuge Leistungssprünge im Herstellungsprozess erreicht“, sagt dazu der Geschäftsführer Lothar Horn.

Auch neue Möglichkeiten der Zerspanung wie das Wälzschälen kämen dabei zum Tragen. Das Verfahren ist zwar schon seit über 100 Jahren bekannt, findet jedoch laut Horn eine breitere Anwendung erst seit Bearbeitungszentren und Universalmaschinen mit voll synchronisierten Spindeln und verfahrensoptimierter Software die Anwendung dieser hochkomplexen Technologie ermöglichen. Wie in anderen Fällen auch weist Horn allerdings darauf hin, dass es sich dabei um keine reinen Lösungen für die Elektromobilität handle, sondern eine breite Anwendung etwa auch im Bereich Aerospace finde.

Wo liegen die Chancen der Werkzeugmaschinenbauer?

Die Berater der P3- Group warnen davor, bei der Elektromobilität nur die Herausforderungen und nicht die Chancen zu betrachten. Unternehmen, die sich hier etablieren können, werden in der Lage sein, von großen Investitionsvolumina und hohem Markwachstum zu profitieren.

Hersteller im Anlagenbau und Maschinenbauer mit Erfahrungen in der Elektromotorenproduktion und den Möglichkeiten auch große Projekte zu beliefern seien für die kommenden Jahre sehr gut aufgestellt. Auch Unternehmen mit Know-how für einzelne Prozessschritte in der E-Motoren-Produktion böten sich große Chancen.

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