INTERVIEW

"Modulare Bauweisen sind der Schlüssel"

Entwicklung und Produktion künftiger Elektrofahrzeuge werfen eine unübersehbare Anzahl von Fragen auf. Um in dem schwer prognostizierbaren Markt die Nase vorne zu halten, empfiehlt Professor Rainer Müller vom Lehrstuhl für Montagetechnik am WZL der RWTH Aachen eine stärker ausgeprägte Modularisierung bei gleichzeitig wandlungsfähigen Montagesystemen.

Herr Professor Müller, beim Thema Elektrofahrzeug steht derzeit eigentlich nur die politische Vorgabe des "ob" fest. Zum "wie" beginnt die Meinungsbildung erst allmählich.
Eine weitere Frage in diesem Zusammenhang lautet für mich "seit wann?". Das Automobil wird schon seit Jahren immer stärker elektrifiziert. Der Übergang zum mechatronischen Produkt ist - wenn auch unter Schmerzen - seit längerem vollzogen. Denken wir nur an die vielen Probleme in der elektronischen Auslegung und im Zusammenwirken der Teilsysteme zurück. Der Schritt zum elektrischen Fahrantrieb ist nur ein weiterer Schritt auf dem Weg der Elektrifizierung, wenn auch ein größerer. Die wesentliche Herausforderung ist die notwendige Konsequenz für diesen Schritt.

Eigentlich bestünde die Chance, die Neuentwicklungen mit einer komplett neuen Produktarchitektur zu verbinden, um so die Vorteile einer arbeitsteiligen Wertschöpfungskette und angepasster Montageprozesse im Detail nutzen zu können. Meinen Sie, dass es je dazu kommt?
Während einige Ideen hin zu einem völlig veränderten Fahrzeug gehen, werden an vielen anderen Stellen konventionelle Fahrzeuge vorsichtig hybridisiert. Der revolutionäre Ansatz in der Fahrzeugarchitektur wird jedoch der nachhaltigere sein. Wenn man das Ganze vom Ende her denkt, glaube ich, dass sich intelligente Produktarchitekturen und aufbauend darauf auch sehr effiziente Produktionsstrukturen schon heute umsetzen lassen. Allerdings setzen darauf im Moment erkennbar wenig Hersteller.

Bitte nennen Sie Ihre Gründe für diese Einschätzung.
Die Fahrzeughersteller in Deutschland muten ihren Kunden nur geringe Veränderungen in der grundsätzlichen Art der angebotenen Fahrzeuge zu. Dabei bieten reinrassige E-Fahrzeuge aus produktionstechnischer Sicht völlig neue Chancen. Nehmen Sie zum Beispiel die Möglichkeit einer durchgängigen Modularisierung in Zusammenhang mit einem modular aufgebauten elektrischen Antriebsstrang. Und dies unter Nutzung bereits entwickelter By-wire-Funktionen, die die Schnittstellen im Fahrzeug extrem vereinfachen können. Bei allen Chancen zeigt aber die industrielle Realität derzeit eher ein evolutionäres Verhalten.

Wenn es schon nicht zur Revolution im Fahrzeugbau kommen wird - wie könnten bestehende Fahrzeugarchitekturen elektrifiziert werden, ohne dadurch Varianz und Effizienz in der Fahrzeugmontage negativ zu beeinflussen?
Im einfachsten Fall können hybride Antriebsstränge zunächst fast ohne Änderungen der Produktionsstruktur wie zusätzliche Motor-/Getriebevarianten behandelt werden. Das wird bei Mild-Hybriden heute schon so gehandhabt. Die konstruktive Integration von Start-Stopp-Einrichtungen bis hin zu Systemen mit Bremsenergierekuperation und Antriebsunterstützung in Beschleunigungsphasen wird ja heute schon betrieben und auch nicht mehr angezweifelt. Bei fortschreitender Elektrifizierung wird aber ein Bruch notwendig. Die bis dato aus einer weitreichenden Fokussierung auf den Antriebsstrang stammenden Fahrzeugarchitekturen müssen dann geändert werden. Dann lassen sich auch die heute üblichen festen Strukturen der Endmontage komplett in Frage stellen. Wenn wir an nicht notwendigen Konstrukten festhalten, wird Deutschland als Montagestandort schnell unwirtschaftlich werden.

Auf welche produktionsrelevanten Eigenschaften müssten die Fahrzeugentwickler besonders achten?
Ein komplett elektrifiziertes Fahrzeug kann - verglichen mit einem konventionell angetriebenen Fahrzeug - ein Produkt mit deutlich verringerter Komplexität sein. Diese Vereinfachung muss für eine effiziente Produktion genutzt werden. Fahrzeugmodule können durch die mechanische Auftrennung des Antriebsstranges viel einfacher voneinander abgegrenzt, aufgebaut und untereinander kombiniert werden. Separate Radmodule mit integriertem Antrieb, Lenkung und zugehöriger Sensorik können beispielsweise jeweils komplett vormontiert und betriebsfertig geprüft an ein Fahrmodul angebracht werden, das wiederum das Energiemodul enthält. Separat davon kann die Fahrgastzelle kundenindividuell aus einzelnen in sich vollständig montierten und geprüften Modulen zusammengestellt werden. Beides kann dann, viel unkomplizierter als heute, in wenigen Schritten miteinander verheiratet werden.

Inwieweit sind elektrifizierte Fahrzeuge für automatische Produktionsprozesse geeignet?
Wie gesagt, das Auto ist schon heute, unabhängig von der Antriebsart, ein mechatronisches Produkt. Mechatronische Produkte verfügen über Sensoren, Aktuatoren und eine Programmierung, die beides logisch verknüpft. In Montageprozessen können diese Fähigkeiten genutzt werden, um die Komplexität der Betriebsmittel zu reduzieren. Je mehr Funktionen eines Fahrzeugs elektronisch zugänglich sind, umso mehr Möglichkeiten der Automatisierung bieten sich an. Beispielsweise bietet sich nach der gerade beschriebenen Hochzeit ein vollautomatischer Test des bereits parametrierten Fahrzeugs an, der die letzten notwendigen Adaptionen und Tests des Zusammenspiels der Komponenten beinhaltet.

Welche neuen Herausforderungen ergeben sich bei der Inbetriebnahme von Elektrofahrzeugen?
Jede zusätzliche Funktion, die ein Fahrzeug aufweist, muss in Betrieb genommen werden. Im Wesentlichen sind unter diesem Begriff Justagen, Parametrierungen und Funktionsprüfungen zusammengefasst. Die unterschiedlichen Prozesse haben zeitliche und technische Anforderungen. Bei steigender Anzahl von Inbetriebnahmeprozessen für neue Fahrzeugfunktionen wird der Inbetriebnahmebereich am Ende des Montagebandes so immer stärker überlastet und mit weiteren Prüfständen ausgerüstet. Am Ende der Produktion sind solche Inbetriebnahmen jedoch teuer und führen zu mangelnder Transparenz im Produktionsfluss.

Wie und wo könnten diese zusätzlichen Arbeitsschritte in die Wertschöpfungsketten integriert werden, ohne übermäßigen Aufwand zu verursachen?
Eine abschließende Überprüfung der Fahrzeugfunktionen wird es immer geben. Ein gewisser Teil der Inbetriebnahme wird also weiterhin am Bandende stattfinden. Sinnvoll wäre dort aber ein sehr schlanker Check der Qualität des Gesamtfahrzeugs. Alle aufwendigeren Justage- und Parametrierungsfunktionen sollten in der Wertschöpfungskette möglichst weit nach vorn bewegt werden. Optimal wäre die Anlieferung von fertig in Betrieb genommenen Modulen ans Montageband. Beim Einbau des Cockpits oder der Türen ist diese Vorgehensweise schon heute üblich. Der elektrische Fahrantrieb eröffnet in diese Richtung dann noch wesentlich weitere Möglichkeiten.

Wie sehen Sie die Chance, über den Umweg der Elektrifizierung die seit Jahren nur sehr langsam vorankommende Modularisierung zu forcieren?
Die vereinfachten Schnittstellen zwischen den Modulen und Baugruppen des Fahrzeugs sind dafür der wesentliche Treiber. Ein elektromechanisches Bremsmodul zum Beispiel könnte schon beim Zulieferer in seiner Funktion überprüft und gegebenenfalls parametriert oder justiert werden. Die hydraulische Bremse in heutigen Fahrzeugen funktioniert dagegen erst nach der Befüllung des Bremssystems und muss auch dann noch in der Dichtigkeit abgesichert werden. Noch größere Potenziale bilden die bereits angesprochenen Radmodule. Inbetriebnahmeprozesse, die heute einen Fahrwerkeinstellstand oder einen Rollenprüfstand erfordern, könnten in ihrer heutigen Ausprägung ganz aus der Endmontagehalle verschwinden. Das Radmodul wird dann nur noch am Fahrzeug befestigt und das kommunikative Zusammenspiel mit dem Gesamtsystem überprüft.

Was raten Sie in diesem Zusammenhang der Zulieferindustrie?
Die Modul-Zulieferer müssen dieses erweiterte Aufgabenspektrum annehmen und dürfen nicht vor der notwendigen Entwicklungsarbeit zurückschrecken. Grundsätzlich bietet die Fahrzeugmodularisierung den Zulieferern einen Kompetenzgewinn. Viele ergreifen diese Chance ja schon mit eigenen Ideen, auch um dem möglichen Wegfall der betroffenen Antriebsstrangkomponenten entgegenzuwirken. Gehen sie diesen Schritt nicht, springen andere bestimmt gern in die Lücke. Auf der diesjährigen Hannover Messe waren einige dieser potenziellen Hersteller schon zu sehen.

Welche Herausforderungen kommen mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs auf die Anlagenlieferanten zu?
Die Anlagenlieferanten bekommen aktuell die Unsicherheit der Fahrzeughersteller zu spüren. Große Anfangsinvestitionen in völlig neue Montagekonzepte sind aber kaum zu erwarten. Um die notwendigen technologischen Impulse aufzunehmen und in die technische Umsetzung von Montagelösungen weiterzugeben, ist es sicher jedem Montagesystemhersteller anzuraten, die enge Bindung zum OEM und/oder Modulhersteller zu suchen. Dies ist aber auch umgekehrt den Modulherstellern ans Herz zu legen.

Wie könnten sich die Fabrikausrüster dafür in Stellung bringen?
Auch weiterhin ist das detaillierte Verständnis der einzelnen Montageprozesse und der Inbetriebnahme von entscheidender Bedeutung. Um den Fahrzeugherstellern die Möglichkeit einer Reaktion auf den schwer prognostizierbaren Markt elektrifizierter Fahrzeuge zu geben, müssen Montagelösungen aber insbesondere auch eine gewisse Wandlungsfähigkeit aufweisen. Modulare Bauweisen, einfache Rekonfigurierbarkeit und klare prozesstechnische Zuordnungen zwischen Montageaufgabe und Anlagenmodul sind dafür der Schlüssel.

Herr Professor Müller, vielen Dank für das Gespräch.

(Bild: Tilmann Franzen)

Autor(en): Stefan Schlott