Hightech trifft Handwerkskunst

Einzigartig im Konzern: das Fertigungslayout in den Audi Böllinger Höfen

Wolfgang Schanz ist Auto-Enthusiast durch und durch, seit mehr als 20 Jahren arbeitet er für Audi und Porsche an Premiumfahrzeugen und Sportwagen. Vor gut vier Jahren übernahm Schanz die Produktionsleitung in den Böllinger Höfen, hier kennt er jeden Fertigungsschritt und jedes Bauteil des R8. Den erfahrenen Ingenieur bringt nichts so leicht aus der Ruhe – doch wenn er über den e-tron GT spricht, ist seine Begeisterung sofort zu spüren. „Eine Fertigung wie hier gibt es sonst nirgends im Konzern“, sagt der Produktionsleiter. „Wir haben es geschafft, zwei völlig unterschiedliche Fahrzeuge auf eine gemeinsame Montagelinie zu bringen: Zum Hochleistungssportwagen R8mit V10-Verbrennungsmotor kommt der e-tron GT als rein elektrisch angetriebener Gran Turismo.“

Möglich sei das nur gewesen, sagt Schanz, weil man hochflexibel geplant und das Beste aus zwei Welten zusammengebracht habe. „Wir haben das handwerkliche Können aus der R8-Manufaktur bewahrt und um neue, intelligente Technologien ergänzt. Und unsere Mitarbeiter haben ihre ganze Leidenschaft vom R8 sofort auf den e-tron GT übertragen.“

Die Audi Böllinger Höfe in Heilbronn gehören zum Standort Neckarsulm. Schon bei ihrer Konzeption wurden sie als Kleinserienfertigung mit innovativen und flexiblen Prozessen angelegt, im Herbst 2014 begann die Produktion des Audi R8. Um den e-tron GT zu integrieren, wurde die Fertigung erweitert sowie auf- und umgerüstet: Auf den Karosseriebau- und Montageflächen wurden hochmoderne Anlagen aufgebaut. Zudem entstanden neue Logistikhallen mit zirka 10.000 Quadratmeter Fläche im Erdgeschoss sowie weitere 800 Quadratmeter Fläche im Untergeschoss.

Die Umbaumaßnahmen in den Böllinger Höfen erfolgten zum Großteil im laufenden Betrieb. Das erste reine Elektroauto von Audi, das in Deutschland entsteht, wird hier ab Ende 2020 auf einer gemeinsamen Montagelinie mit dem R8 vom Band fahren, der vorhergehende Karosseriebau verläuft jedoch getrennt.

Die Energieversorgung für die Böllinger Höfe stammt ab Produktionsstart des e-tron GT zu 100 Prozent aus regenerativen Quellen, Biogas sorgt für eine klimaneutrale Wärmeversorgung. Bereits seit Anfang des Jahres bezieht der Standort für seine Automobilproduktion ausschließlich Ökostrom, das gilt für das Werk Neckarsulm und die Böllinger Höfe gleichermaßen.

Brille und Controller: neue VR-Tools sparten Zeit und Ressourcen

Auch bei der Planung der Produktion setzt Audi auf Ressourcen-schonende Verfahren – noch nie zuvor wurde eine neue Fahrzeugfertigung so schnell geplant und realisiert. Mit Virtual Reality-Brillen und Controllern erprobten Mitarbeiter alle Abläufe in der Montage und die zugehörigen Logistikprozesse digital, auch die Behälterplanung erfolgte VR-gestützt. Audi hat dafür eine eigene VR-Software entwickelt – ein Pionier-Projekt im Volkswagen-Konzern. Die Basis bilden 360-Grad-Scans, die eine dreidimensionale Indoor-Map für den virtuellen Raum liefern. Der e-tron GT ist das erste Fahrzeug im Konzern, das in der Erprobung aller Montageabläufe ganz ohne physischen Prototyp ausgekommen ist.

Groß denken auf kleinem Raum: der Karosseriebau

Die Fahrgastzelle des rein elektrisch angetriebenen Gran Turismo besteht in weiten Bereichen aus ultrahochfestem Stahl, die Außenhaut komplett aus Aluminium. Dieses Werkstoffkonzept unterscheidet sich grundlegend vom Audi Space Frame (ASF) des Hochleistungssportwagens R8 und seiner Rennsport-Derivate, der fast vollständig in Handarbeit hergestellt wird. Auf den vorhandenen Flächen wurde daher ein neuer Karosseriebau für den Audi e-tron GT errichtet.

Dieser beginnt mit einer hochmodernen Aufbaulinie, die mit 34 Robotern zu zirka 85 Prozent automatisiert ist – fast wie in einer klassischen Großserienfertigung. Hier sind insgesamt neun „warme“ und „kalte“ Fügeverfahren im Einsatz, vom Widerstandspunktschweißen über Schrauben bis hin zu Nieten und Kleben. Christoph Steinbauer, Leiter Karosseriebau, erklärt das Prinzip: „Die Karosserie des e-tron GT absolviert insgesamt zehn Stationen auf unserer Aufbaulinie. Sie läuft in einer Schleife zwei Mal über die Linie, weil wir die vorhandene Fläche möglichst effizient nutzen wollen.“

Zehn Roboter und 32 Werkzeuge: der Zweifach-Framer

Als zentrale Station in der Aufbaulinie dient der Zweifach-Framer, eine große Spann- und Befestigungsanlage. Beim ersten Durchlauf werden hier die inneren Seitenteile punktgenau positioniert und gefügt, beim zweiten Durchlauf werden die äußeren Seitenteile befestigt. Der Framer integriert zehn Roboter, die 32 Hightech-Werkzeuge nutzen und mit ihnen alle Fügeverfahren anwenden. Zwischen den beiden Durchläufen und auch während der Arbeitsschritte wechseln sie die Werkzeuge selbsttätig.

Der Zweifach-Framer steht beispielhaft für den flexiblen und innovativen Charakter der Fertigung in den Audi Böllinger Höfen. Und er macht den Bau des e-tron GT dort erst möglich – in einem herkömmlichen Karosseriebau wären zwei separate Framer und damit zwei Aufbaulinien nötig gewesen, die viel mehr Platz gebraucht hätten. „Das Konzept des doppelten Durchlaufs ist eine smarte Lösung“, sagt Steinbauer.

Mit neuartiger Präzision: das korrelationsfreie Messen

Neu im Audi-Konzern ist auch die Station für das so genannte korrelationsfreie Messen – sie bildet eine Weiterentwicklung der bisherigen Inline-Messverfahren. Am Ende der beiden Durchläufe überprüfen zwei optische Messköpfe, die von Robotern geführt werden, die exakte Maßhaltigkeit der Karosserie. Dabei fahren sie im ersten Durchlauf 150 Messpunkte an, im zweiten Durchlauf sogar 200. Zehn zueinander eingemessene Raumkameras erfassen die exakte Position der Messköpfe, dieser Abgleich verringert die mögliche Abweichung von +/-0,30 auf +/-0,20 Millimeter. Die Mengen an hochpräzisen Daten, die dabei entstehen, werden genutzt, um schon auf geringste Abweichungen schnell und vorausschauend zu reagieren.

Neben den Hightech-Anlagen gibt es in der Aufbaulinie zwei manuelle Stationen. Hier entstehen in Handarbeit Schweißverbindungen in einer Präzision und Güte, die größte Fachexpertise erfordern. Die Mitarbeiter profitieren dabei von ihrem Knowhow aus der jahrelangen Tätigkeit beim ASF des Audi R8.

Mit scharfem Auge und sicherer Hand: der Anbau

Im Anschluss an die großteils automatisierte Aufbaulinie fährt die Karosserie in den so genannten Anbau, wo geschulte Karosseriebauer die Kotflügel, die Türen und die Frontklappe montieren. Gruppensprecher Marc Rickert achtet auf die präzisen, gleichmäßigen Spaltmaße und die Qualität der Oberflächen. Bei den Außenhautteilen können bereits minimale Toleranzen im Presswerkzeug oder kleine Unachtsamkeiten bei Transport und Handling zu winzigen Fehlstellen führen – das verlangt höchste Sorgfalt und Aufmerksamkeit.

Traditionelle Handwerkskunst ist beim Bau des e-tron GT nicht zu ersetzen, das wird auch aus der beruflichen Laufbahn Rickerts deutlich. Der Gruppensprecher ist gelernter Schreiner und kam vor acht Jahren zu Audi. „Damals wurde der Wechsel von der ersten zur zweiten Audi R8-Generation eingeleitet, und Audi suchte Verstärkung für den Karosseriebau“, berichtet er. „Als Schreiner hat man ein scharfes Auge und ein gutes Gespür im Umgang mit Oberflächen – das ist bei Metall nicht viel anders als bei Holz.
Diese Fähigkeit verlernt man nie, sie wird über die Jahre hinweg durch ständiges Training sogar immer besser.“

„35 Zentimeter Ziehtiefe – so etwas gab es noch nie"

Nach dem Anbau laufen die Karosserien in den Finishbereich ein, wo Spezialisten aus der Produktion und der Qualitätssicherung sie noch einmal akribisch untersuchen. Christoph Steinbauer kennt die besonders anspruchsvollen Bereiche, etwa die Übergänge zwischen den Türen und den angrenzenden Oberflächen. Das expressive Design des Audi e-tron GT stellt maximale Ansprüche an die Fertigungsqualität, und es begeistert den Fachmann: „Der Seitenwandrahmen hat zwischen dem höchsten und dem tiefsten Punkt eine Ziehtiefe von 35 Zentimetern – und das mit dem Material Aluminium, das viel spröder ist als Stahlblech. So etwas hatten wir selbst bei Audi noch nie. Und mehr ist auf dem Stand der Technik auch nicht möglich.“

Autonom vom Untergeschoss an die Montagelinie

Nach der Lackierung im Werk Neckarsulm werden die Karosserien des e-tron GT im Untergeschoss der Böllinger Höfe für kurze Zeit in einem Hochregal neben denen des R8 gelagert. Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) bringen sie an die gemeinsame Montagelinie im Erdgeschoss. Dabei orientieren sie sich mithilfe einer Navigationskarte, die ein digitales Abbild der Umgebung enthält. Zwei Laserscanner an Front und Heck erfassen die Umgebung – so kennt jedes FTF seine Position permanent und exakt. Die 20 Fahrzeuge, die an jedem Arbeitstag gemeinsam etwa 23 Kilometer Strecke abspulen, dienen nicht nur zum Transport, sondern auch zur Montage in den Takten. Jedes FTF kann beide Karosserietypen befördern, zum ergonomischen Arbeiten passt es seine Höhe an.

Audi e-tron GT und R8 auf einem Band: die Montage

Auch bei der Montage beweist die Kleinserienfertigung in den Böllinger Höfen ihre Flexibilität. Der Audi e-tron GT und der R8 laufen über die selbe Linie, in präziser Abstimmung wie bei einem guten Orchester. Das gilt auch für die Teileversorgung: Die Logistiker steuern die beiden komplexen Ketten so, dass alle Bauteile im richtigen Moment und in der gewünschten Reihenfolge am jeweiligen Montagetakt bereitstehen.

In der Montage sorgen drei Fördersysteme für den Fahrzeugfluss: die fahrerlosen Transportfahrzeuge, eine neu installierte Elektro-Hängebahn und ein Förderband am Ende der Linie. FTF fahren die lackierten Karosserien durch die ersten Takte, danach übergeben sie das werdende Auto an einer vollautomatisierten Übergabestation an die Hängebahn. Sie führt es durch einen geschlossenen Loop, der nach 15 Takten wieder an der Station endet. Jetzt übernehmen die FTF von Neuem und transportieren die Fahrzeuge durch die weiteren Takte der Montagelinie.

Für den e-tron GT hat Audi die Montage um 20 auf 36 Arbeitstakte erweitert, die Taktzeit beträgt 15 Minuten. „Alle unsere Kollegen beherrschen die Arbeitsschritte am R8 und am e-tron GT. Das heißt, dass sie in jedem Takt sehr viele unterschiedliche Schritte ausführen“, erklärt Montageleiter Sascha Koch. Sämtliche Beschäftigte in der Montagehalle haben eine Hochvolt-Sensibilisierung erhalten, also eine Einweisung in den Umgang mit elektrischen Hochvolt-Komponenten und -Antrieben. Je nach Art ihrer Aufgabe haben weitere Mitarbeiter Schulungen auf höheren Niveaus absolviert.

74 Verschraubungen: die Hochzeit von Antrieb, Fahrwerk und Karosserie

In den ersten Takten der Elektro-Hängebahn bauen Mitarbeiter das Interieur des e-tron GT ein. Danach folgt die Hochzeit der montierten Karosserie mit Batterie, E-Maschinen und Fahrwerk. Diese großen Technikbausteine sind auf einem so genannten Werkstückträger platziert, der auf einer Rollenbahn millimetergenau unter der Karosserie positioniert wird. Die Hochzeit vollzieht sich als exakt choreografiertes Technik-Ballett: Mitarbeiter verschrauben die Batterie und die Antriebskomponenten an 74 Punkten mit der Karosserie. Dafür nutzen sie intelligente, selbstpositionierende Schrauber.

Mensch und Roboter nebeneinander: das Montieren der Scheiben

In der Montage zählt präzise und geschickte Handarbeit, in einigen Bereichen unterstützt durch stählerne Kollegen. Ein Beispiel dafür ist das Montieren von Front- und Heckscheibe in die Karosserie – es läuft in einer Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) ab, die ohne Schutzzaun auskommt. Zwei Werker legen die Scheibe auf eine Vorrichtung mit automatisch verstellbaren Aufnahmen. Dann treten sie zur Seite, und der Roboter trägt den Kleber auf. Danach übernehmen wieder die Mitarbeiter und passen die Scheibe hochpräzise in die Karosserie ein.

An vielen Stationen sind Montagehilfen – speziell angefertigte Werkzeuge – im Einsatz, die ergonomisches Arbeiten gewährleisten. Wenn ein Mitarbeiter eine gute Idee für ihre Verbesserung hat, kann er sich an das interne 3D-Druckzentrum wenden. Das Experten-Team aus den Böllinger Höfen hat zusammen mit einem Start-up aus Berlin eine Software entwickelt, die die Konstruktionszeit für Vormontagevorrichtungen um 80 Prozent verkürzt. Eine Skizze genügt zumeist, in vielen Fällen vergehen von ihr bis zum fertig ausgedruckten Teil nur wenige Stunden.

Auf der Zielgeraden: Inbetriebnahme und Prüfungen

Die letzten Stationen auf dem Förderband dienen der Inbetriebnahme, hier werden die hochvernetzten Systeme final aktiviert. Mitarbeiter fahren das Auto über die Prüf- und Einstellstände für Fahrwerk, Scheinwerfer, Assistenz- und Bremssysteme. Anschließend absolviert der Audi e-tron GT seine ersten Straßen-Kilometer.

Jedes Auto fährt auf dem Gelände der Böllinger Höfe über eine Test- und Rüttelstrecke mit unterschiedlichen Oberflächen, danach geht es auf eine etwa 40 Kilometer lange Runde auföffentlichen Straßen, inklusive Passagen auf der Autobahn und im Stadtverkehr. Geschulte Fahrer achten dabei auf kleinste Details. Passen alle beweglichen Bauteile – vom Luftausströmer bis zum Deckel des Handschuhkastens – exakt zusammen, oder tritt auf Kopfsteinpflaster irgendwo ein Knistern auf? Reiben sich vielleicht Leder- oder Kunststoffteile hörbar aneinander? Und funktionieren sämtliche Systeme und Anzeigen perfekt?

Bis zu 60 bar Druck auf 40 Düsen: Monsunregen in der Kammer

Zurück in der Montagehalle muss sich der rein elektrisch angetriebene Gran Turismo in der Beregnungskammer einer Dichtigkeitsprüfung stellen, die einem starken Monsunregen gleicht: Acht Minuten lang schießen 40 Düsen Wasser auf das Auto, jede von ihnen kann pro Minute bis zu 25 Liter unter 60 bar Druck durchsetzen. Der Kreislauf ist geschlossen: Das Wasser wird über interne Pumpen umgewälzt, aufbereitet und wiederverwendet.

Die letzte Station, die der e-tron GT in den Audi Böllinger Höfen durchläuft, ist der Finish-Check in zwei hintereinander liegenden Lichttunnels. Er erfolgt unter den Augen und Händen von Spezialisten aus Produktion und Qualitätssicherung. Hier zählen noch einmal jene handwerklichen Fähigkeiten, die sich durch keine Kamera und keinen Roboter ersetzen lassen. Im ersten Tunnel sind 44 Lichtkassetten installiert – je zwölf leuchten von oben und von den Seiten, acht Kassetten sind mobil. Diese Anordnung hilft dabei, winzige Abweichungen im Lackbild zu erkennen. Im zweiten Lichttunnel geht es um die Fugen und Spalten, bei Bedarf nehmen die Mitarbeiter hier die allerletzten Feineinstellungen vor.

Alle Checks und Finishmaßnahmen am e-tron GT dienen dem selben Ziel: die Premium-Qualität von Audi zu gewährleisten und jedem Kunden ein perfektes Auto zu übergeben. Und das, erklärt Produktionsleiter Schanz, sei für jeden Mitarbeiter in den Böllinger Höfen ein ganz persönliches Anliegen.

Sechs Statements von Wolfgang Schanz

Wolfgang Schanz, Produktionsleiter Audi Böllinger Höfe, über…

… den Charakter der Fertigung: „Da die Böllinger Höfe bereits in der Konzeptionsphase als Kleinserienfertigung mit innovativen und flexiblen Produktionsprozessen angelegt wurden, haben wir beste Voraussetzungen, den e-tron GT zu bauen. Was hier entsteht, ist das Ergebnis eines einzigartigen Zusammenspiels aus Handwerkskunst und Smart Factory.“

… die Weiterentwicklung der Manufaktur: „Wir erhalten und nutzen auch künftig die Stärken der Manufaktur. Gleichzeitig erweitern wir mit dem e-tron GT unser Knowhow um neue Kompetenzen im Bereich Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung. Damit vereinen wir in den Böllinger Höfen das Beste aus zwei Welten.“

… die Flexibilität der Produktion: „Wir haben die vorhandenen Flächen genutzt, um eine schlanke und zugleich flexible Fertigung zu realisieren. Bei uns geht alles Hand in Hand. Das macht es möglich, den e-tron GT und den R8 mit denselben Mitarbeitern auf einer gemeinsamen Linie zu montieren.“

… über den Austausch zwischen Groß- und Kleinserie: „In unserer Kleinserienfertigung in den Böllinger Höfen adaptieren und skalieren wir verschiedene Methoden der Großserie. Gleichzeitig entwickeln und nutzen wir ganz neue Lösungen, aus denen wir wiederum wichtige Erkenntnisse für die Großserie gewinnen.“

… über Industrie 4.0: „Wir haben viele neue Methoden etabliert. Das beginnt mit der Planung der Montageabläufe, die in weiten Bereichen virtuell abgelaufen ist. Im Karosseriebau haben wir das korrelationsfreie Messen eingeführt. Und die Montagehilfen aus dem 3D-Drucker erweisen sich schon jetzt als großer Gewinn.“

… über die Motivation der Mitarbeiter: „Die Begeisterung der Mannschaft erfüllt mich mit großer Freude. Der Bau unserer Autos ist ja in vielen Bereichen ein Handwerk, das viel Liebe zum Detail erfordert. Unsere Mitarbeiter haben die große Leidenschaft, mit der sie bisher den R8 gebaut haben, auf den e-tron GT übertragen.“