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02.09.2020 | Elektromotor | Im Fokus | Onlineartikel

Agiles System für die flexible Produktion von E-Motoren

Autoren:
Christoph Berger, Dieter Beste
3:30 Min. Lesedauer

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeiten Forscher zusammen mit Industriepraktikern daran, Elektromotoren in variabler Technologie und Stückzahl wirtschaftlich produzieren zu können – mit einem agilen Produktionssystem.

Die Transformation entlang der Wertschöpfungskette im Antriebstrang stellt die Automobil- und Zulieferindustrie vor große Herausforderungen hinsichtlich der Produktionsprozesse, -technologien und Wirtschaftlichkeit. "Als Ausrüster müssen wir in der Lage sein, der Nachfrage entsprechend die wirtschaftliche Produktion verschiedener Varianten, Stückzahlen und Technologien zu ermöglichen. Kostensenkende Skaleneffekte über verschiedene Produktbaureihen und Technologien müssen unser Ziel sein", sagt Sebastian Schöning, CEO der Gehring-Gruppe.

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Kosten

In diesem Kapitel werden die infrastrukturellen Aufwendungen betrachtet, die für die Einführung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben erforderlich sind. Der Fokus liegt dabei auf batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Pkw. Zunächst wird die für Erzeugung und Verteilung der Energieträger benötigte Infrastruktur abgeschätzt. Darunter fällt auch der Aufbau eines hinreichend engmaschigen Netzes von Lademöglichkeiten für batterieelektrische Fahrzeuge. Im Anschluss werden aktuelle und perspektivisch erreichbare Produktionskosten im Vergleich zu konventionellen Pkw mit Verbrennungsmotor abgeschätzt. Abschließend wird kurz auf die Aufwände für die Wartung der Fahrzeuge eingegangen.

Aufgrund dieser Herausforderungen beteiligt sich Gehring am Pilotvorhaben AgiloDrive, das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) angesiedelt ist. Dort arbeitet man daran, Elektromotoren in variabler Technologie und Stückzahl künftig wirtschaftlich in Deutschland produzieren zu können. Gelingen soll dies mit einem Produktionssystem, das auf modularen produkt- und produktionsspezifischen Technologien basiert – also agil ist. Denn, so das KIT: "Heute werden Elektromotoren zumeist entweder in niedriger Stückzahl und mit geringer Produktivität gefertigt – dies geschieht dann in teilautomatisierten Werkstätten und beinhaltet einige manuelle Prozessschritte – oder aber in hochspezialisierten und sehr unflexiblen Transferstraßen. Zudem erarbeiten meist Expertenteams spezifische Einzelbereiche industrieller Entwicklungsprozesse von Elektromotoren – ein Transfer in andere Bereiche findet selten statt." Nun wird es laut der Gehring-Gruppe darum gehen, einheitliche Schnittstellen und Skalierungskonzepte sowie modulare Bearbeitungseinheiten zu schaffen. Das würde es den Herstellern ermöglichen, auf die Nachfrage der Kunden zu reagieren, ohne dabei ein zu großes finanzielles Risiko eingehen zu müssen.

Mit dem finanziellen Risiko beschäftigt sich auch Martin Doppelbauer im Kapitel Kosten des Springer-Fachbuchs Grundlagen der Elektromobilität

Der technische Aufwand für den eigentlichen Antriebsstrang von batterieelektrischen Fahrzeugen, bestehend aus Elektromotor, Leistungselektronik und einfachem Getriebe, ist wesentlich geringer als für konventionelle Pkw mit Verbrennungskraftmotor. Abschätzungen gehen von einer Reduzierung der Anzahl bewegter Teile um zwei Größenordnungen, also etwa den Faktor 100, aus." 

Allerdings würden sich die Konstruktionsvorteile erst dann in den Produktionskosten widerspiegeln, wenn ausreichend hohe Stückzahlen in Serie produziert würden. Der Preisvorteil im Antriebsstrang könne dann genutzt werden, um die Batterie kostenneutral im Endpreis abzubilden.

Entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg

Wie man mit AgiloDrive wirtschaftlich erfolgreich werden kann, erläutert Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik des KIT: "Entscheidend für den wirtschaftlichen Erfolg des flexiblen Lösungsansatzes ist ein agiles Produktionssystem auf Grundlage eines integrierten Produktentstehungsprozesses." Mit einem solchen System könne man flexibel auf sich verändernde Markt- und Technologieanforderungen reagieren. Das senke wiederum das unternehmerische Risiko, da sich Investitionen durch die modulare Struktur dynamisch an die tatsächliche Nachfrage anpassen lassen und auch über verschiedene Produktbaureihen und Fertigungstechnologien hinweg Kosten eingespart werden könnten. Im Kapitel Systemdenken im Produktentstehungsprozess 4.0 des Springer-Fachbuchs Digitalisierung in Unternehmen beschreibt Autorin Martina Blust, welche Hürden für viele Unternehmen auf dem Weg zum PEP 4.0, also dem Produktentstehungsprozess in der Welt der Digitalisierung und Industrie 4.0, bestehen.

Worauf Agilität basiert

Um ein agiles Produktionssystem zu entwickeln, arbeiten die Partner aus Wissenschaft und Praxis in dem Projekt AgiloDrive zeitgleich an einem integrierten Produktbaukasten, der auf modularen, zukunftsrobusten Baukastenstrukturen sowie flexiblen Entwicklungs- und Auslegungsmethoden basieren soll, als auch an notwendigen Strukturen und Technologien der flexiblen Systeme. In einem dritten Teilprojekt wird außerdem noch an der Einführung des Produktionssystems in einen industriellen Maßstab gearbeitet. Letzteres geschieht mit Methoden des agilen Projektmanagements.

Schließlich werden diese drei Teilprojekt sowie das Gesamtsystem des agilen Produktentstehungs- und Produktionsprozesses sowohl technisch als auch wirtschaftlich validiert. Denn: "Investitionen in Fertigungseinrichtungen müssen wirtschaftlich sein. Dafür muss eine langfristige hohe Auslastung sichergestellt sein, auch wenn die von den Kunden abgerufenen Volumen für einzelne Anwendungen volatil bleiben", sagt Thomas Pfund, Leiter des Geschäftsbereichs E-Motoren und Leistungselektronik bei Schaeffler Automotive. Auch sein Unternehmen ist in das Pilotprojekt integriert.

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Quelle:
Wertstromdesign

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