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. Bei Tinkertoys- oder Matchbox-Autos funktioniert das gut, bei Fahrzeugen in Originalgröße ist es jedoch extrem schwierig.
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 Eisenschienen, die mit Querstreben verbunden waren. Das erste Serienfahrzeug mit selbsttragender Karosserie war 1934 der Citroen Traction Avant, gefolgt vom Chrysler Airflow im darauffolgenden Jahr.
Selbsttragende Fahrzeuge haben keinen Rahmen unter der Karosserie. 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 die Automobilhersteller, angetrieben von 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 Rahmenschienen vorne, die mit einer selbsttragenden Fahrgastzelle 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 man sich auf die Herstellung der Heckstruktur. Als das gelang, konzentrierte man sich auf die Herstellung der Frontstruktur. Quellen zufolge konzentriert sich Tesla nun darauf, die Front-, Mittel- und Heckpartie in einem 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 erwirtschafteten Gewinnen fordern.
Terry Woychowsk, der drei Jahrzehnte bei General Motors arbeitete, kennt sich mit der Automobilherstellung bestens aus. Heute ist er Präsident des US-amerikanischen Ingenieurunternehmens Caresoft Global. Gegenüber Reuters erklärte er, 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 Wegbereiter auf Steroiden. 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 würden es dem Unternehmen ermöglichen, ein Auto von Grund auf in 18 bis 24 Monaten zu entwickeln, während die meisten Konkurrenten derzeit zwischen drei und vier Jahren brauchen. 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. Den Quellen zufolge nutzen Design- und Gussspezialisten in Großbritannien, Deutschland, Japan und den USA Innovationen, die auf 3D-Druck und Industriesand basieren.
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 Bearbeitungskorrekturen während des Konstruktionsprozesses 100.000 Dollar pro Durchgang kosten, eine komplette Neukonstruktion der Form kann 1,5 Millionen Dollar kosten, so ein Gießerei-Spezialist. Ein anderer sagte, der gesamte Konstruktionsprozess für eine große Metallform koste in der Regel rund 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 und Verarbeitung, 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. Mithilfe 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 Prozent der Kosten für einen Metallprototyp.
Das bedeutet, dass Tesla Prototypen beliebig oft optimieren und innerhalb weniger Stunden einen neuen Druck auf Maschinen von Unternehmen wie Desktop Metal und seiner Einheit ExOne erstellen kann. Der Designvalidierungszyklus im Sandgussverfahren dauert laut zwei Quellen nur zwei bis drei Monate, verglichen mit sechs Monaten bis einem Jahr bei einer Metallform.
Trotz dieser größeren Flexibilität musste jedoch noch eine weitere 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 Abkühlprozesses 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 kommender Kleinwagen/Robotaxi biete eine 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 machen“, 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 wären teuer und würden möglicherweise größere Fabrikhallen erfordern.
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 – eine Methode, die tendenziell qualitativ 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 ein Münzwurf.“
Das Fazit
Welche Entscheidung Tesla auch 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 heute 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
