Dr. Michael Niemeyer (li.) und Dr. Michael Schacht stehen in der Karosseriebau-Innovationszelle im

Dr. Michael Niemeyer (li.) und Dr. Michael Schacht stehen in der Karosseriebau-Innovationszelle im Audi-Werk Neckarsulm. Mit der elektromotorischen Leichtbauzange und den leichten Robotern steigert sich die Produktivität. - Bild: Audi

Rund 60 Prozent der im Karosseriebau notwendigen elektrischen Energie fließen bei Audi am Standort Neckarsulm in den Produktionsprozess selbst. Einen Löwenanteil davon verbrauchen Robotik und die thermischen Fügeprozesse.

Das berichten Dr. Michael Niemeyer, Leiter Fertigungsplanung Automatisierungstechnik Neckarsulm, und Dr. Michael Schacht, der sich innerhalb der Fertigungsplanung Automatisierungstechnik um alle Energieeffizienz-Aktivitäten kümmert. Über 2.000 Roboter sind in Neckarsulm im Einsatz.

Um die Energieeffizienz im Karosseriebau weiter zu steigern, wurde eine vollständig redundant aufgebaute Innovationszelle umgesetzt. Mit Hilfe neuer Prozesstechniken und Steuerungsmethoden prüft Audi, wie Energie systematisch eingespart werden kann. “Wir testen unter realen Produktionsbedingungen”, sagt Schacht, “denn das Ganze soll nach und nach als neuer Standard in die Produktion übernommen werden.”

Insgesamt konnte Audi durch den Einsatz einer Leichtbauzange, dem Downzising und einer Kombisteuerung die Produktivität in der Innovationszelle um 8,3 Prozent steigern, so das Fazit von Schacht und Niemeyer.

Grundsätzlich sieht Audi an folgenden Punkten Potenzial, die Energieeffizienz im Karosseriebau weiter zu steigern:

Leichtbau-Nietzange

Audi nutzt eine Nietzange von Böllhoff, bei der das Gewicht des C-Bügels durch eine Fachwerkrahmenkonstruktion reduziert wurde. Im Vergleich zu vorher genutzten Modellen ist diese Zange rund 40 kg leichter.

Leichtbau-WPS-Zange

Eine von Audi entwickelte Leichtbau-Widerstandspunktschweißzange (WPS-Zange) reduziert die zu bewegende Masse an den Endeffektoren der Roboter. Der Zangenarm ist von beiden Seiten abwechselnd aufgebohrt, sodass sich die Bohrungen in der Mitte überlagern. Dadurch entsteht in der Mitte ein durchgängiger Kanal, durch den die Kühlwasserleitung geführt werden kann. Insgesamt ist die Schweißzange bis zu 30% leichter als vergleichbare Werkzeuge bei gleichbleibender Steifigkeit. Darüber hinaus sind die Anbindungspunkte zum Roboter bereits Bestandteil der Konstruktion. So wird ein zusätzliches Teil und somit weiteres Gewicht eingespart.

Downsizing in der Robotik

Aufgrund der eingesetzten Leichtbauwerkzeuge sinkt die benötigte Traglast bei den Robotern. So können kleinere Roboterklassen genutzt werden. Neben der Energieersparnis steigt auch die Geschwindigkeit der Roboter, da geringere Massen schneller bewegt werden können.

Neue Roboter-Generation

Durch den Umstieg von der Kuka-Roboter-Serie 2000 auf die neue Serie KR Quantec steigt die Performance im Karosseriebau. Die Serie Quantec ist von der Struktur her schlanker, Reichweite und Traglast sind identisch zum Vorgängermodell. Laut Roboterhersteller Kuka zeichnet sich die Serie durch bis zu 160 kg weniger Gewicht und 25 Prozent weniger Volumen aus. Die leichteren Bauteile der KR Quantec Serie ermöglichen eine hohe Dynamik, kurze Taktzeiten und sind gleichzeitig steif, berichtet Kuka.

Kombisteuerung in einem Schrank

Eine im Rahmen einer Entwicklungskooperation mit Bosch entstandene Kombisteuerung vereinigt die Steuerung der elektromechanischen Schweißzange und die Schweißsteuerung in einem Schaltschrank. Dadurch spart sich Audi die Kühlung für die zweite Steuerung und somit auch Energie. Gleichzeitig ermöglicht die Kombisteuerung in Kombination mit einer neuen Buskommunikation einen schnelleren Schweißprozess und spart zudem Platz.

Beleuchtung

Sobald die Anlage im störungsfreien Betrieb läuft, schaltet sich die Anlagenbeleuchtung automatisch ab, denn Roboter benötigen kein Licht zum Arbeiten. Dunkelheit ist im Karosseriebau also ein gutes Zeichen. Sobald die Anlage eine Störung erkennt oder ein Mitarbeiter die Anlage betritt, schaltet sich das Licht wieder ein. Alle Bedienplätze sind selbstverständlich nach arbeitsrechtlichen Vorschriften ordentlich beleuchtet. Audi verwendet LEDs zur Anlagenbeleuchtung.

Außerdem ist der Autobauer von durchgängigen Lichtbändern auf eine gezieltere Spotbeleuchtung umgestiegen. So kommt man mit weniger Leuchtmitteln pro Anlage aus. Insgesamt wird noch gezielter dort beleuchtet, wo es auch notwendig ist.

Profienergy

Die Prozessgeräte im Karosseriebau wie Schweiß- oder Nietzangen zeichnen sich durch sehr hohe Peakleistungen und eine verhältnismäßig geringe Grundlast aus. Über den gesamten Karosseriebau hinweg gleichen sich die Peaks jedoch aus, sodass die Grundlast rund ein Viertel der Produktionslast beträgt.

Mit der Buskommunikation Profi­energy lässt sich diese Grundlast reduzieren. Profienergy bietet zum Beispiel ein definiertes Herunterfahren der Roboter für festgelegte Betriebspausen. Dazu werden die Bestandteile des Roboters sukzessive abgeschaltet. Es beginnt mit der Kinematik, die Position der Antriebe wird durch die Bremsen gehalten.

Als nächstes folgen die Antriebsregler. Anschließend werden die Leistungsteile und dann die Steuerung heruntergefahren. Am Schluss kann lediglich noch der Einschaltbefehl ‘Wake on LAN’ empfangen werden. Der Rechner ist heruntergefahren, die Netzwerkkarte ist aber zu einem gewissen Teil noch aktiv, um dieses eine Signal empfangen zu können.

Audi nutzt das System in den Produktionspausen. Profienergy richtet sich dabei nach den Schicht- und Pausenplänen. Dementsprechend werden die Roboter eigenständig runtergefahren und rechtzeitig wieder ‘aufgeweckt’. Eine vordefinierte Pause kann auch individuell ausgeschaltet werden, wenn etwa nach einem Produktionsstillstand durchproduziert werden muss.

Audi Presswerk Ungarn

Wenn die sechs Stößel der Pressanlage Servo-PXL beim Abwärtsgang abbremsen, gewinnt die Presse Energie zurück. – Bild: Audi

Der effiziente Einsatz von Energie ist auch bei Audi Hungaria in Győr integraler Bestandteil der Unternehmensstrategie. Das zeigt sich zum Beispiel im neuen Presswerk: Wenn die sechs Stößel der Pressanlage Servo-PXL beim Abwärtsgang abbremsen, gewinnt die Presse Energie zurück. Im Untergeschoss des Presswerks sind sieben generatorische Speicher installiert, deren Rotoren als Schwungräder fungieren. Sie speichern die Energie für wenige Sekunden und schicken sie dann zum Antrieb in die Maschine zurück.

Auch die Druckluftkompressoren werden bei Audi Hungaria in der Regel jeweils mit einem System zur Wärmerückgewinnung ausgeführt. Dabei wird die Abwärme, die im Kompressionsprozess entsteht, in das Wärmeversorgungssystem eingespeist. Bei Audi Hungaria sind in G6 und G42 in Summe zwölf Kompressoren mit Wärmerückgewinnung installiert. Dadurch wird eine Energieeinsparung von 6 200 MWh/a erzielt, dies entspricht dem Energiebedarf für die Zubereitung von zehn Millionen Pizzen.

Susanne Nördinger