Reuters scheint über hervorragende Quellen tief in Teslas Unternehmen zu verfügen. In einem Bericht vom 14. September 2023 heißt es, nicht weniger als fünf Personen hätten Tesla mitgeteilt, dass das Unternehmen seinem Ziel, den Unterboden seiner Autos in einem Stück zu gießen, nahe komme. Druckguss ist im Grunde ein recht einfacher Prozess: Form herstellen, mit geschmolzenem Metall füllen, abkühlen lassen, Form entfernen – fertig ist das Auto. Das funktioniert gut bei Tinkertoys- oder Matchbox-Autos, ist aber extrem schwierig bei der Herstellung von Fahrzeugen in Originalgröße.
Conestoga-Wagen wurden auf Holzrahmen gebaut. Auch frühe Automobile verwendeten Holzrahmen. Als Henry Ford das erste Fließband einführte, war es üblich, Fahrzeuge auf einem Leiterrahmen zu bauen – zwei mit Querstreben verbundenen Eisenschienen. Das erste Serienfahrzeug mit selbsttragender Karosserie war 1934 der Citroen Traction Avant, gefolgt vom Chrysler Airflow im darauffolgenden Jahr.
Selbsttragende Fahrzeuge haben keinen Rahmen. Stattdessen ist die Metallkarosserie so geformt, dass sie das Gewicht des Antriebsstrangs tragen und die Insassen im Falle eines Unfalls schützen kann. Ab den 1950er Jahren stellten Automobilhersteller, beflügelt durch Fertigungsinnovationen japanischer Unternehmen wie Honda und Toyota, auf die Produktion selbsttragender Fahrzeuge mit Frontantrieb um.
Der gesamte Antriebsstrang mit Motor, Getriebe, Differenzial, Antriebswellen, Federbeinen und Bremsen wurde auf einer separaten Plattform montiert, die am Fließband von unten angehoben wurde. Motor und Getriebe wurden nicht wie bei Fahrzeugen mit Rahmen von oben eingelassen. Der Grund für diese Änderung? Kürzere Montagezeiten und damit niedrigere Stückkosten.
Lange Zeit wurde die selbsttragende Karosserie bevorzugt für sogenannte Kleinwagen verwendet, während Leiterrahmen für größere Limousinen und Kombis die Wahl waren. Es gab auch einige Hybride – Fahrzeuge mit Rahmenträgern vorne, die mit einer selbsttragenden Karosserie verschraubt waren. Der Chevy Nova und der MGB waren Beispiele für diesen Trend, der jedoch nicht lange anhielt.
Tesla setzt auf Hochdruckguss
Tesla, das die Automobilproduktion immer wieder revolutioniert, begann vor einigen Jahren mit Hochdruckguss zu experimentieren. Zunächst konzentrierte sich das Unternehmen auf die Herstellung der Heckstruktur. Als das gelang, konzentrierte sich Tesla auf die Herstellung der Frontstruktur. Quellen zufolge konzentriert sich Tesla nun darauf, Vorder-, Mittel- und Hinterteil in einem einzigen Arbeitsgang im Druckgussverfahren herzustellen.
Warum? Weil bei herkömmlichen Fertigungsverfahren bis zu 400 einzelne Stanzteile verwendet werden, die dann zu einer kompletten selbsttragenden Karosserie zusammengeschweißt, verschraubt oder verklebt werden müssen. Gelingt Tesla dies, könnten die Produktionskosten um bis zu 50 Prozent gesenkt werden. Das wiederum würde alle anderen Hersteller unter enormen Druck setzen, zu reagieren, sonst wären sie nicht mehr wettbewerbsfähig.
Es versteht sich von selbst, dass sich diese Hersteller von allen Seiten angegriffen fühlen, da aufmüpfige Gewerkschaftsmitglieder an die Tore hämmern und einen größeren Anteil an den noch immer erwirtschafteten Gewinnen fordern.
Terry Woychowsk, der drei Jahrzehnte lang bei General Motors arbeitete, kennt sich mit der Automobilherstellung bestens aus. Heute ist er Präsident des US-amerikanischen Ingenieurunternehmens Caresoft Global. Er erklärte gegenüber Reuters, sollte es Tesla gelingen, den größten Teil des Unterbodens eines Elektrofahrzeugs im Gigagussverfahren herzustellen, würde dies die Entwicklung und Fertigung von Autos weiter revolutionieren. „Das ist ein echter Wegbereiter. Es hat enorme Auswirkungen auf die Branche, ist aber eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Gussteile sind sehr schwierig herzustellen, insbesondere die größeren und komplizierteren.“
Zwei der Quellen sagten, Teslas neue Design- und Fertigungstechniken ermöglichten es dem Unternehmen, ein Auto in 18 bis 24 Monaten von Grund auf zu entwickeln, während die meisten Konkurrenten derzeit zwischen drei und vier Jahren benötigen. Ein einziger großer Rahmen – bestehend aus Front- und Heckteil sowie dem mittleren Unterboden, in dem die Batterie untergebracht ist – könnte zur Herstellung eines neuen, kleineren Elektroautos verwendet werden, das im Einzelhandel rund 25.000 Dollar kosten soll. Tesla werde voraussichtlich noch in diesem Monat entscheiden, ob eine einteilige Plattform im Druckgussverfahren hergestellt wird, so drei der Quellen.
Große Herausforderungen stehen bevor
Eine der größten Herausforderungen für Tesla beim Einsatz von Hochdruckgussteilen besteht darin, Hilfsrahmen zu konstruieren, die zwar hohl sind, aber über die notwendigen inneren Rippen verfügen, um die bei einem Unfall auftretenden Kräfte ableiten zu können. Die Quellen behaupten, Innovationen von Design- und Gussspezialisten in Großbritannien, Deutschland, Japan und den USA würden 3D-Druck und Industriesand nutzen.
Die Herstellung der für den Hochdruckguss großer Bauteile benötigten Formen kann recht teuer sein und birgt erhebliche Risiken. Nach der Herstellung einer großen Metall-Testform können Bearbeitungsoptimierungen während des Konstruktionsprozesses laut einem Gießereispezialisten 100.000 Dollar pro Durchgang kosten, eine komplette Neugestaltung der Form kann 1,5 Millionen Dollar kosten. Ein anderer sagte, der gesamte Konstruktionsprozess für eine große Metallform koste typischerweise etwa 4 Millionen Dollar.
Viele Autohersteller halten die Kosten und Risiken für zu hoch, zumal ein Design unter Umständen ein halbes Dutzend oder mehr Optimierungen benötigt, um hinsichtlich Geräuschentwicklung und Vibration, Passform, Ergonomie und Crashsicherheit ein perfektes Ergebnis zu erzielen. Doch Risiken sind etwas, das Elon Musk, der als Erster Raketen rückwärts fliegen ließ, selten stört.
Industrieller Sand und 3D-Druck
Tesla hat sich Berichten zufolge an Firmen gewandt, die mit 3D-Druckern Testformen aus Industriesand herstellen. Anhand einer digitalen Designdatei tragen sogenannte Binder-Jets ein flüssiges Bindemittel auf eine dünne Sandschicht auf und bauen so Schicht für Schicht eine Form auf, die geschmolzene Legierungen druckgießen kann. Einer Quelle zufolge betragen die Kosten für die Designvalidierung beim Sandguss etwa 3 % der Kosten für einen Metallprototyp.
Das bedeutet, dass Tesla Prototypen beliebig oft optimieren und innerhalb weniger Stunden neue Modelle drucken kann. Dafür kommen Maschinen von Unternehmen wie Desktop Metal und seiner Einheit ExOne zum Einsatz. Der Designvalidierungszyklus im Sandgussverfahren dauert laut zwei Quellen nur zwei bis drei Monate. Bei einer Metallform hingegen dauert es sechs Monate bis zu einem Jahr.
Trotz dieser größeren Flexibilität musste jedoch noch eine große Hürde überwunden werden, bevor erfolgreich Gussteile im großen Maßstab hergestellt werden konnten. Die zur Herstellung der Gussteile verwendeten Aluminiumlegierungen verhalten sich in Sandformen anders als in Metallformen. Frühe Prototypen entsprachen oft nicht Teslas Vorgaben.
Die Gussspezialisten hätten dieses Problem durch die Entwicklung spezieller Legierungen, die Feinabstimmung des Abkühlungsprozesses der geschmolzenen Legierung und die Entwicklung einer Wärmebehandlung nach der Produktion gelöst, so drei der Quellen. Sobald Tesla mit dem Sandform-Prototyp zufrieden sei, könne das Unternehmen in eine endgültige Metallform für die Massenproduktion investieren.
Die Quellen sagten, Teslas kommendes Kleinwagen-/Robotaxi biete die perfekte Gelegenheit, eine Elektrofahrzeug-Plattform in einem Stück zu gießen, vor allem weil der Unterboden einfacher sei. Kleinwagen haben vorne und hinten keinen großen Überhang. „Es ist in gewisser Weise wie ein Boot, ein Batteriefach mit kleinen Flügeln an beiden Enden. Es wäre sinnvoll, es in einem Stück zu fertigen“, sagte eine Person.
Die Quellen behaupteten, Tesla müsse sich noch entscheiden, welche Presse zum Einsatz kommen soll, wenn der Unterboden in einem Stück gegossen werden soll. Um große Karosserieteile schnell herstellen zu können, seien größere Gießmaschinen mit einer Schließkraft von 16.000 Tonnen oder mehr erforderlich. Solche Maschinen seien teuer und erforderten möglicherweise größere Fabrikhallen.
Pressen mit hoher Schließkraft können die 3D-gedruckten Sandkerne, die für die Herstellung hohler Hilfsrahmen benötigt werden, nicht aufnehmen. Um dieses Problem zu lösen, verwendet Tesla einen anderen Pressentyp, in den geschmolzene Legierung langsam eingespritzt werden kann – ein Verfahren, das tendenziell hochwertigere Gussteile produziert und die Sandkerne aufnehmen kann.
Das Problem ist: Dieser Prozess dauert länger. „Tesla könnte sich immer noch für hohen Druck entscheiden, um die Produktivität zu steigern, oder für langsame Legierungseinspritzung, um Qualität und Vielseitigkeit zu gewährleisten“, sagte einer der Beteiligten. „Zum jetzigen Zeitpunkt ist es noch Glücksache.“
Das Fazit
Welche Entscheidung Tesla auch immer trifft, sie wird Auswirkungen auf die gesamte Automobilindustrie weltweit haben. Trotz deutlicher Preissenkungen produziert Tesla weiterhin profitabel Elektroautos – etwas, das etablierten Autoherstellern extrem schwerfällt.
Wenn Tesla seine Produktionskosten durch den Einsatz von Hochdruckguss deutlich senken kann, geraten diese Unternehmen wirtschaftlich noch stärker unter Druck. Man kann sich leicht vorstellen, was mit Kodak und Nokia passiert ist. Was das für die Weltwirtschaft und die Arbeiter, die derzeit konventionelle Autos herstellen, bedeuten würde, ist unklar.
Quelle:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Autor: Steve Hanley
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Beitragszeit: 05.06.2024
