Mit der Studie „Die effiziente CFK-Logistik“ haben Fabrik- und Produktionsplanungsspezialisten der technischen Unternehmensberatung Ingenics AG eine effiziente Logistik für das Modell einer CFK-Fabrik entwickelt. Das Ergebnis zeigt, wie logistische Herausforderungen zu bewältigen sind und unterstreicht die Wettbewerbsfähigkeit. CFK haben im Automobilbau die Chance, sich als Leichtbaulösung im Zuge der Elektrifizierung der Fahrzeuge durchzusetzen.

Impulsgeber Elektromobilität.
Flugzeug, Automobil und Bahn haben eines gemeinsam: Ein deutlich reduziertes Gewicht ermöglicht die größten Einsparungen beim Energieeinsatz. Angesichts von Klimawandel und Ressourcenverknappung steht diese Problematik im Fokus der Mobilitätsanbieter. Um die eingeschränkte Reichweite von Elektroautomobilen, die auf schwere Batterien als Energiequelle bzw. -speicher angewiesen sind, zu kompensieren, sind neue Konzepte im Karosseriebau ins Blickfeld gerückt: Konsequenter Leichtbau und innovativer Materialeinsatz. So gilt die Elektromobilität als Impulsgeber für den Leichtbau in der Automobilindustrie.

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gewinnen dank hervorragender mechanischer Eigenschaften bei geringem Gewicht kontinuierlich an Bedeutung. In der Großserie haben aufwändige Herstellungsprozesse eine wirtschaftliche Fertigung bisher allerdings verzögert. Dass sich die Automobilbranche inzwischen aber auf die Ablösung des Basismaterials Stahl vorbereitet, zeigen nicht zuletzt die Anstrengungen des Joint Ventures zwischen der BMW AG und der SGL Carbon SE, die über 400 Millionen Euro investierten, um Carbonfasern in industriellen Mengen herzustellen. BMW startet ab 2013 mit der Produktion des Megacity-Vehicle (MCV), das als erstes Elektrofahrzeug über eine Fahrgastzelle aus Carbon verfügt, die die Gewichtszunahme infolge schwererer Batterien ausgleicht.

Industrialisierung der Fertigungsprozesse.
Zur Realisierung von Stückzahlen im Bereich der Großserie muss der Einsatz von CFK über die gesamte Prozesskette betrachtet werden. Ein wichtiger Ansatzpunkt ist die Industrialisierung der Fertigungsprozesse. In einer ersten Studie hatten Fabrik- und Produktionsplaner der Ingenics AG im Jahr 2010 gezeigt, wie das Modell einer Fabrik zu gestalten ist, um einen CFK-Kofferraumdeckel unter aktuellen technologischen Rahmenbedingungen herzustellen. Das Ergebnis verdeutlichte, dass mit Hilfe eines optimierten Fertigungsdesigns auf Basis der Lean-Philosophie eine großserientaugliche CFK-Fertigung von Anbauteilen realisierbar ist.

Die neue Studie.
Aufbauend auf der 2010er-Untersuchung wurde nun eine CFK-spezifische Logistik als weiteres Handlungsfeld identifiziert. Neben der technischen Umsetzung des Fertigungsprozesses stellen die Realisierung der für eine wirtschaftliche Großserienfertigung notwendigen Materialflüsse und ein großserientaugliches Logistikkonzept zentrale Herausforderungen dar. Die aktuellen logistischen Konzepte müssen an die CFK-spezifischen Werkstoffeigenschaften sowie an die Prozesskette der CFK-Herstellung angepasst werden. So wurden in der zweiten Studie anhand gezielt ausgewählter Bauteile die Produktionsprozesse für die Großserie ausgelegt und Handlungsfelder für eine entsprechende Beschaffungs- und Produktionslogistik abgeleitet. Technische Probleme im Zusammenhang mit Transport und Lagerung von Kohlefaserrollen wurden gelöst, Logistiksysteme, die eine mit dem Kundentakt synchronisierte Fließfertigung sicherstellen, skizziert und geplant. Das vollständige Layout einer CFK-Produktion zur Herstellung einer Bodengruppe, das die Prozesskette vom Wareneingang bis zum Injektionsprozess abbildet, wurde erstellt. Die notwendigen Logistikflächen entsprechen dem Durchschnitt in der Automobilindustrie.

Die Kosten.
Die Substitution konventioneller Werkstoffe durch CFK verspricht nur bei konkurrenzfähigen Kosten Erfolg. Diese Prämisse gilt natürlich auch für die Logistik. Dementsprechend bewertet die Studie in der Wirtschaftlichkeitsanalyse das dargestellte Logistikkonzept und kommt zu einem positiven Ergebnis: Die Kosten für ein Logistiksystem zur Realisierung einer großserientauglichen CFK-Produktion sind im Vergleich zur Logistik in der Herstellung konventioneller Blechteile in der Automobilindustrie wettbewerbsfähig – der Einsatz von CFK in der automobilen Fertigung braucht definitiv nicht an logistischen Herausforderungen zu scheitern. Allerdings muss, damit sich der CFK-Einsatz in der Großserienfertigung durchsetzen lässt, der Materialpreis für Kohlefasern fallen – womit zu rechnen ist. Die Automobilindustrie hoffe auf einen Preis von zehn Euro pro kg Kohlefasern, erklärt Professor Thomas Weber, der im Vorstand der Daimler AG für Konzernforschung sowie die Mercedes-Benz Cars Entwicklung verantwortlich ist.

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1 – Bauteile der 2. CFK-Studie
2 – Gesamtlayout CFK-Produktion
3 – Kostenanalyse CFK-Logistik

Über Ingenics
Die Ingenics AG ist ein innovatives, expandierendes Beratungsunternehmen mit den Geschäftsfeldern Fabrik- und Produktionsplanung, Logistikplanung, Effizienzsteigerung Produktion sowie Effizienzsteigerung Office. Zu den Kunden gehört die Elite der deutschen und europäischen Wirtschaft. Über nationale Projekte hinaus ist die Ingenics AG ein gefragter Partner für die Planung und Realisierung weltweiter Produktionsstandorte, beispielsweise in Indien, China, den USA und Osteuropa. Derzeit beschäftigt Ingenics rund 230 Mitarbeiter unterschiedlichster Ausbildungsdisziplinen. Mit hoher Methodenkompetenz und systematischem Wissensmanagement wurden in über 30 Jahren mehr als 3.000 Projekte erfolgreich durchgeführt. Ingenics begleitet seine Kunden durch das komplette Projekt, von der Konzeption bis zur praktischen Umsetzung der Pläne.

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