Wie Werkzeugmaschinen-Hersteller Elektroautos effizienter machen

Bis 2023 sollen Elektroautos auf dem europäischen Markt die gleiche Attraktivität erreichen wie Autos mit Verbrennungsmotor. Das prognostiziert die 2019 aktualisierte Studie 'Antriebe im Wandel' des VDMA. Batterie-elektrische Fahrzeuge und Plug-in-Hybride sollen bis dahin in Europa einen Anteil von 42 Prozent an den neu zugelassenen Fahrzeugen haben. Daher wird es für die Maschinen- und Anlagenbauer weiterhin Aufträge im Umfeld von Verbrennungsmotoren geben, wachsen wird aber vor allem das Marktvolumen für Komponenten von elektrischen Antrieben.

Daher arbeiten momentan viele Werkzeugmaschinen-Hersteller daran, sich für die Elektromobilität fit zu machen. Es geht darum Kernkompetenzen auszubauen, den Transformationsprozess voranzutreiben und damit die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.

"Wir konzentrieren uns auf das Thema E-Mobilität, auch wenn es große Unsicherheit mit sich bringt", berichtet Stefan Birzle, Leiter Global Account Management Automotive bei Chiron. "Es ist noch nicht klar, wohin die Reise geht und wie viele E-Autos es in Zukunft wirklich geben wird. Dennoch ist die Nachfrage nach Komponenten für die E-Mobilität bei allem momentanen Abschwung stabil, beziehungsweise nimmt sogar zu."

Auch beim Anlagen- und Werkzeugmaschinen-Hersteller Grob ist die Unsicherheit des Fahrzeug-Markts ein Thema: "Unsere Kunden wissen selbst noch nicht, in welche Richtung es geht", erläutert Steffen Pohl, Abteilungsleiter Innovationsmanagement und E-Mobilität bei den Grob-Werken. "Da ist es sinnvoll sich breit aufzustellen, was wir auch tun." Darum entwickelt Grob momentan vor allem effiziente Montagelinien für Brennstoffzellen und Elektromotoren. "Grob glaubt an die Brennstoffzelle, auch wenn sie in der Entwicklung noch hinter den Batterie-elektrischen Fahrzeugen hinterherhinkt", so Steffen Pohl. "Aber E-Motoren braucht man immer, egal ob für Hybrid-, Brennstoffzellen- oder Batterie-Antriebe."

Wie Maschinenbauer bei den technischen Herausforderungen der E-Mobilität helfen

Bei all der Unsicherheit darüber, welche Art von Antrieb sich bei Fahrzeugen durchsetzen wird, ist bei den Werkzeugmaschinen-Herstellern eines unumstritten: die Komponenten für Elektrofahrzeuge und für die verbleibenden effizienteren Verbrennungsmotoren werden wesentlich komplexer.

"Die Komplexität der benötigten Teile wächst mit dem Elektroauto und das ist eine Herausforderung für Hersteller von Maschinen und Steuerungen", erklärt Jürgen Kläser, Senior Manager Application beim Maschinen-Hersteller Okuma, der CNC-Maschinen, Motoren, Spindeln und Steuerungen aus einer Hand anbietet. "Da die Komponenten immer komplexer werden, fordern unsere Kunden für die Elektromobilität hochintegrierte Maschinen." Das liegt auch daran, dass die Produktzyklen im Bereich der Elektrofahrzeuge momentan noch besonders kurz sind und damit die Flexibilität der Werkzeugmaschinen immer wichtiger wird. "Deswegen sind Universalmaschinen wie die von Okuma im Vorteil gegenüber Sondermaschinen."

Die Komplexität der Teile ist nicht nur eine Herausforderung für die Werkzeugmaschinen-Branche, sondern auch für deren Kunden. Daher setzt beispielsweise Chiron auch auf Beratung im Bereich Elektrofahrzeuge. "Die Teile für Fahrzeuge im Bereich der Elektromobilität sind sehr speziell und daher häufig eine große Herausforderung für unsere Kunden", begründet dies Stefan Birzle. "Daher bieten wir den Kunden an, sie beim kompletten Projekt mit Produkt- und Prozess-Know-how zu begleiten – und zwar über die komplette Prozesskette hinweg."

Beim Werkzeugmaschinen- und Anlagenbauer Emag steht ebenfalls ein ganzheitlicher Ansatz im Mittelpunkt, besonders wenn es um die Fertigung von Komponenten für die Elektromobilität geht. Zum Beispiel entwickelt das Unternehmen Fertigungssysteme für Elektromotorwellen, bei denen Fertigungssysteme, Peripherie-Maschinen und Automatisierungstechnologie aufeinander abgestimmt werden. Von der Elektromobilität profitieren werden laut Emag vor allem Härteprozesse (Geschäftsbereich Emag Eldec) und die elektrochemische Metallbearbeitung (Emag ECM).

"Die Teile für Elektrofahrzeuge müssen leicht sein, es muss Material eingespart werden und die hohen einwirkenden Drehmomente erfordern besonders verschleißbeständige Teile", erläutert Gerd Killinger, Vertrieb Härtesysteme bei Emag Eldec. Das Härten ist gut für die Zugfestigkeit und schützt vor Verschleiß. "Das induktive Härten wird daher relevanter und bietet Emag mit der Härtemaschine Mind-L 1000 gute Chancen von der Elektromobilität zu profitieren."

Auch die elektrochemische Metallbearbeitung trägt zu einer optimierten Prozesskette bei, denn die Methode ermöglicht andere Designs und Bearbeitungsschritte als die Zerspanung. So können Teile beispielsweise im bereits gehärteten Zustand fast ohne Werkzeugverschleiß bearbeitet werden. Das fügt sich gut in die bisherige Prozesskette ein.

"Bei Lösungen für die Elektromobilität geht es darum, die gesamte Prozesskette zu beachten, um so mehrere Stufen zu verbinden und Prozessketten effizienter und kürzer zu machen", resümiert Jochen Laun, Geschäftsführer von Emag ECM. "Für unsere Kunden ergibt das ein günstigeres Gesamtpaket; für den Käufer eines Elektroautos ein preiswerteres Fahrzeug."

Wie diese Werkzeugmaschinen Elektroautos preiswerter machen

Damit Elektroautos für den Endabnehmer billiger werden, müssen nicht nur die Stückzahlen der produzierten Elektrofahrzeuge steigen, es muss auch die Produktion schneller und effizienter werden. "Die Bauteiltaktzeiten müssen deutlich kürzer werden, damit Elektroautos erschwinglicher werden", betont Gerd Killinger von Emag. "Hohe Stückzahlen und eine hohe Wiederholgenauigkeit sind da besonders wichtig und genau das ermöglichen unsere Fertigungssysteme."

Auch Chiron möchte dazu beitragen, Elektroautos bezahlbarer zu machen und unterstützt die Auto-Hersteller dazu mit besonders produktiven Bearbeitungszentren. "Unsere Mehrspindler leisten definitiv ihren Beitrag, dass Elektroautos billiger werden", beteuert Stefan Birzle von Chiron. "Denn die Produktivität der Maschinen sowie die Digitalisierungsprodukte unseres Unternehmens erlauben eine produktivere Fertigung der Komponenten und somit auch der E-Autos."

Ein Beispiel für eine solche Maschine ist die neue Chiron DZ 25 P, die auf der EMO Hannover 2019 Premiere feierte. Der Doppelspindler soll auch bei sehr großen Bauteilen, wie sie beispielsweise für Energiespeicher-Kästen benötigt werden, besonders produktiv sein, ohne dabei Präzision zu verlieren.

Denn nicht nur Produktivität, sondern auch jene Präzision spielt bei Elektrofahrzeugen eine wichtige Rolle. "Produktionsgenauigkeit und die dadurch weniger notwendige Nacharbeit reduziert beispielsweise auch den CO₂-Fußabdruck der hergestellten Produkte", erläutert Jürgen Kläser von Okuma.

So helfen innovative Werkzeugmaschinen dabei, die Reichweite von Elektroautos zu erhöhen

Besonders präzise Komponenten reduzieren mehr als nur den CO₂-Fußabdruck, nämlich beispielsweise auch das Gewicht; und das wirkt sich wiederum auf die Reichweite der elektrischen Fahrzeuge aus.

"Gewicht ist bei der E-Mobilität ein noch größeres Thema als bei den konventionellen Antriebsarten", sagt Jürgen Kläser. "Leichtbau erfordert Präzision und damit eine andere Art von Formen – das können Okuma-Maschinen leisten, besonders wenn es um den Karosseriebau geht." Denn in diesem Bereich habe Okuma bereits viel Erfahrung mit der Umstellung auf neue Produktionsmethoden sammeln können. "Der Karosserieformenbau ist schon immer stetig im Wandel und Präzision ist und bleibt das A und O."

Nicht nur bei der Karosserie spielen Gewicht und Präzision eine Rolle, auch bei den Elektromotoren. Jürgen Kläser: "Die ultrahohe Präzision bringt auch im E-Motoren-Bereich eine Effizienzsteigerung mit sich, denn genauere Teile bedeuten weniger Reibung und weniger Energieverlust." Und das bedeutet letzendlich für das Elektroauto mehr Reichweite bei gleicher Batterie-Leistung.

Das besonders Gute daran sei, dass das Know-how, dass das Unternehmen so im Bereich von Elektromotoren sammelt, nicht nur im Bereich der Elektromobilität eingesetzt werden, sondern auch neue Geschäftsfelder eröffnen kann - beispielsweise die Fertigung von Elektromotoren für Maschinen.

Ausblick: Was sollten Werkzeugmaschinen-Hersteller mit Blick auf die Elektromobilität im Auge behalten?

Neue Geschäftsfelder, der Ausbau der bestehenden und durchdachte Transformationsprozesse werden bei den Herstellern von Werkzeugmaschinen in nächster Zeit einen hohen Stellenwert haben müssen. "Es müssen auch neue Vertriebswege in Betracht gezogen werden, denn im Zuge der Elektromobilität rücken andere Partner als bisher in den Fokus", berichtet Steffen Pohl von Grob.

Bei Grob seien die neuen Partner die Zulieferer, denn die OEMs kaufen im Bereich der Elektrofahrzeuge immer mehr zu - vor allem aufgrund der Unsicherheit des Markts. Steffen Pohl betont außerdem, dass die Werkzeugmaschinenbauer vor allem offen sowie gut vorbereitet sein sollten: "Der Wandel geht sehr schnell und man darf nichts mehr ausschließen. Man muss auf alle Eventualitäten vorbereitet sein."

Bei Chiron gehört zu diesem 'vorbereitet sein' auch die Beobachtung des weltweiten Markts für Elektrofahrzeuge, insbesondere dem Markt in China. "Die Elektromobilität wird sich in China entscheiden", postuliert Stefan Birzle. "Gerade in den asiatischen Regionen gibt es besonders viele neue Player. Daher muss man momentan hellwach sein, um diese zu identifizieren und um die Chancen, die dort entstehen auch zu nutzen."

Auch der VDMA empfiehlt in der Studie 'Antrieb im Wandel' den Markt für Elektrofahrzeuge ernst zu nehmen und den Transformationsprozess zügig voranzutreiben. Es gilt Innovationsnetzwerke zu etablieren und individuelle Möglichkeiten zu identifizieren, um an dem Trend 'elektrischer Antrieb' teilzuhaben. Langfristig sei die Teilnahme am Absatzmarkt für Komponenten von elektrischen Antrieben unbedingte Voraussetzung für den wirtschaftlichen Erfolg der Komponenten-Hersteller und Maschinen- und Anlagenbauer.