Kompromisslose Präzision: der Audi-Werkzeugbau

Der Audi-Werkzeugbau nimmt im internationalen Vergleich einen Spitzenplatz ein, wie nicht zuletzt der mehrfache Gesamtsieg im renommierten Wettbewerb „Excellence in Production“ beweist. Auch innerhalb des Unternehmens hat die Sparte eine Schlüsselposition inne: Sie deckt den gesamten Prozess der Blechteileherstellung ab und ist so in hohem Maße für die Präzision der Karosserien verantwortlich. Auf dem Weg zur „smart factory“ entwickelt der Audi-Werkzeugbau intelligente Werkzeuge und testet derzeit einen 3D-Metalldrucker.

Präzision auf Hundertstel Millimeter: die intelligenten Werkzeuge
Ohne die kompromisslose Präzision im Werkzeugbau und im Presswerk wäre das markante Design von Audi mit scharfen Kanten und engen Radien nicht darstellbar. Bei den Modellen der Audi A3- und TT-Familie etwa trägt die Außenschale der Aluminium-Motorhaube zwei scharfe Konturen. Die sogenannten „Zischer“, wie sie intern heißen, entstehen durch eine innovative Technologie des Audi-Werkzeugbaus: die intelligenten Werkzeuge. Sie verbessern die Präzision der Konturen, die im Hundertstel-Millimeter-Bereich liegt, noch weiter.

Wie jeder mechanische Prozess ist die Umformung der Stahlblech- und Aluminiumplatinen in der Presse gewissen Einflussgrößen unterworfen. In manchen Fällen ist beispielsweise die Materialzusammensetzung der Platine oder ihre Beölung nicht völlig homogen. Das hat Auswirkungen darauf, wie sich das Blech am sogenannten „Flansch“ einzieht, sprich: am Rand, der zum Ziehen über die Form erforderlich ist. Geschieht das im Vergleich mit dem vorgegebenen Muster etwas zu langsam, ist die Spannung zu hoch. In diesem Fall könnten sich minimale Risse bilden. Wenn sich das Blech hingegen zu schnell einzieht, könnte die Stabilität des Bauteils leiden.

Intelligente Werkzeuge lösen diese Herausforderung. So sind im Werkzeug für die Motorhauben des Audi A3* und Audi TT vier Laser installiert, die den Flansch-Einzug messen und ihre Daten an einen Rechner senden. Bei Abweichungen vom Soll-Wert regelt er die Klemmkräfte der vier Ziehhilfen, die das Blech im Flansch-Bereich mit jeweils etwa 30 Tonnen klemmen, über eine elektrische Aktorik, eine Art Motor, präzise nach.

Die intelligenten Werkzeuge sind eine Entwicklung, die die Philosophie von Audi auf den Punkt bringt. Sie verringern den Ausschuss, sparen Material und unterstützen somit eine nachhaltige Produktion. Gleichzeitig ermöglichen sie stabile Prozesse in konstanter Top-Qualität und verschieben die Grenzen des physikalisch Machbaren weiter nach oben. Vor allem beim relativ spröden Material Aluminium spielt die Marke mit ihnen ihre ganze Expertise aus – so ist der neue Audi TT das Aluminium-Auto mit den engsten Radien weltweit.

Die Entwicklung auf dem Gebiet der intelligenten Werkzeuge begann bereits vor sechs Jahren auf Initiative des heutigen Produktionsvorstands Prof. Dr.-Ing.  Hubert Waltl. Inzwischen hat Audi zwölf solcher Werkzeuge an den Standorten Ingolstadt, Neckarsulm, Bratislava und Győr im Einsatz. Für die Zukunft denken die Experten der Marke bereits über neue Lösungen bei Sensorik und Aktorik nach. In einem weiteren Schritt könnten die Werkzeuge zum Beispiel mit den Pressen kommunizieren, um die Kräfte oder ihre Verteilung je nach Bedarf neu einzustellen.

Kleinserie als Ziel: Schrauben aus dem Drucker
3D-Drucker, die Objekte aus pulverförmigem Kunststoff herstellen, sind vielerorts schon seit einigen Jahren im Einsatz. Neuartig ist jedoch der 3D-Drucker, den Audi im Oktober 2014 im Werkzeugbau installiert hat: Er fertigt im Laserschmelz-Verfahren Bauteile aus Metall, die aufgrund komplexer Geometrien – etwa bei Kühlkanälen – mit konventionellen Verfahren kaum oder nicht herstellbar wären.

Als Ausgangsbasis dient Metallpulver mit einer Korngröße von 15 bis 40 Tausendstel Millimeter –  dies entspricht der halben Dicke eines menschlichen Haars. Geeignet sind alle Materialien, die sich schweißen lassen – Werkzeugstahl ebenso wie Aluminium oder Titan. Der Drucker trägt das Pulver schichtweise auf, ehe ein CAD-gesteuerter Laser es aufschmilzt und dabei die Kontur des gewünschten Bauteils erzeugt. Ob Stutzen, Scharnier oder Blechteil – bis zu einer Kantenlänge von 240 Millimeter und einer Höhe von 200 Millimeter sind praktisch alle Formen und Objekte umsetzbar. Die gedruckten Komponenten erzielen die gleiche Festigkeit wie herkömmlich hergestellte Bauteile.

Bei dem groß dimensionierten 3D-Metalldrucker im Werkzeugbau des Ingolstädter Audi-Werks handelt es sich um eine Pilotanlage. Der Prozess ist inklusive Programmierung, Umrüstung und Vorbereitung des Druckers noch sehr zeitintensiv. Mittelfristig will Audi ihn so verkürzen, dass er für die Herstellung von Kleinserien-Bauteilen infrage kommt.

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