Wie der Markt für Elektrofahrzeuge Veränderungen in der Rohrbiegetechnologie vorantreibt

Eine vollautomatische Rohrbiegezelle integriert vor- und nachgelagerte Prozesse und vereint schnelle, fehlerfreie Verarbeitung, Wiederholbarkeit und Sicherheit. Während eine solche Integration jedem Hersteller zugute kommen kann, ist sie besonders attraktiv für Hersteller im aufstrebenden, aber wettbewerbsintensiven Bereich der Produktion von Elektrofahrzeugen.

Elektrofahrzeuge (EVs) sind nichts Neues. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren Fahrzeuge mit Elektro-, Dampf- und Benzinantrieb erhältlich, und die Elektrofahrzeugtechnologie war mehr als nur eine Nische. Obwohl die benzinbetriebenen Motoren diese Runde gewonnen haben, ist die Batterietechnologie zurückgekehrt und wird auch in Zukunft Bestand haben. Viele Städte auf der ganzen Welt haben angekündigt, künftig den Einsatz von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeugen zu verbieten, und viele Länder haben die Absicht angekündigt, den Verkauf solcher Fahrzeuge zu verbieten, sodass alternative Antriebe die Automobilindustrie dominieren werden. Es ist nur eine Frage der Zeit.

Verkaufsdaten zeigen, dass Autos mit alternativen Kraftstoffen seit Jahren auf dem Vormarsch sind. In den USA machte der Pkw-Markt für Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge und andere Hybride als PHEVs im Jahr 2020 nach Angaben der Environmental Protection Agency 7 % des Gesamtmarktes aus. Vor 20 Jahren existierte dieser Markt kaum. Die Zahlen des Kraftfahrtbundesamtes sprechen eine deutliche Sprache: An allen neu zugelassenen Fahrzeugen in Deutschland im Zeitraum Januar bis November 2021 lag der Anteil der Fahrzeuge mit alternativen Antrieben bei knapp 35 %. Der Anteil neu zugelassener Fahrzeuge mit rein elektrischem Antrieb lag in diesem Zeitraum bei rund 11 %. Besonders deutlich wird der Anstieg neuer Elektrofahrzeuge in Deutschland bei der Betrachtung von Pkw. In diesem Segment lag der E-Anteil an allen neu zugelassenen Pkw im gesamten Jahr 2020 bei 6,7 %. Von Januar bis November 2021 stieg dieser Anteil deutlich auf über 25 %.

Dieser Wandel bringt große Veränderungen für die Automobilhersteller und ihre gesamten Lieferketten mit sich. Leichtbau ist ein großes Thema – je leichter das Fahrzeug, desto weniger Energie benötigt es. Dadurch erhöht sich auch die Reichweite, was für Elektrofahrzeuge entscheidend ist. Dieser Trend führt auch zu einem Wandel der Anforderungen an das Rohrbiegen: Der Bedarf an kompakten und dennoch leistungsstarken Bauteilen, insbesondere dünnwandigen Rohren aus hochfesten Materialien, wächst. Doch Leichtbaumaterialien wie Aluminium und kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff sind meist teurer und schwieriger zu verarbeiten als herkömmlicher Stahl. Mit diesem Trend geht eine deutliche Zunahme der Verwendung anderer als runder Formen einher. Leichtbau erfordert zunehmend komplexe, asymmetrische Formen mit unterschiedlichen Querschnitten.

Eine gängige Praxis im Automobilbau besteht darin, Rundrohre zu biegen und durch Innenhochdruckumformung in die endgültige Form zu bringen. Dies ist für Stahllegierungen geeignet, kann jedoch bei der Verarbeitung anderer Materialien problematisch sein. Beispielsweise lässt sich kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff im kalten Zustand nicht biegen. Erschwerend kommt hinzu, dass Aluminium mit zunehmendem Alter dazu neigt, auszuhärten. Dies bedeutet, dass sich ein Aluminiumrohr oder -profil bereits wenige Monate nach der Herstellung nur schwer oder gar nicht mehr biegen lässt. Wenn der gewünschte Querschnitt zudem nicht rund ist, ist es insbesondere bei der Verwendung von Aluminium deutlich schwieriger, die vorgegebenen Toleranzen einzuhalten. Schließlich ist der Ersatz herkömmlicher Kupferkabel zur Übertragung von elektrischem Strom durch Aluminiumprofile und -stangen ein wachsender Trend und stellt eine neue Biegeherausforderung dar, da die Komponenten über Isolationsschichten verfügen, die beim Biegen nicht beschädigt werden können.

Der Wandel hin zur Elektromobilität führt zu einer Änderung der Konstruktion von Rohrbiegemaschinen. Die traditionelle Standard-Rohrbiegemaschine mit vordefinierten Leistungsparametern weicht produktspezifischen Sondermaschinen, die individuell an die Bedürfnisse des Verarbeiters angepasst werden können. Biegeleistung, geometrische Maße wie Biegeradius und Rohrlänge, Werkzeuginstallationsraum und Software werden so abgestimmt, dass sie besser an die spezifischen Prozesse und Produktanforderungen des Herstellers angepasst sind.

Dieser Wandel ist bereits im Gange und wird sich noch verstärken. Um diese Projekte erfolgreich umzusetzen, benötigen Systemlieferanten das erforderliche Know-how in der Biegetechnik sowie die erforderlichen Kenntnisse und Erfahrungen in der Werkzeug- und Prozesskonstruktion und müssen diese Kenntnisse bereits zu Beginn, bei der Maschinenkonstruktion, einbringen. Um beispielsweise Aluminiumprofile mit unterschiedlichen Querschnitten herzustellen, sind komplexe Werkzeugformen erforderlich. Die Entwicklung und optimale Gestaltung solcher Werkzeuge wird daher immer wichtiger. Darüber hinaus erfordert das Biegen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff einen Mechanismus, der eine geringe Wärmemenge aufbringt.

Der wachsende Kostendruck in der Automobilindustrie ist auch in der gesamten Lieferkette spürbar. Kurze Taktzeiten und höchste Präzision sind heute wichtiger denn je. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Unternehmen ihre Ressourcen effizient nutzen. Hierzu zählen nicht nur zeitliche und materielle Ressourcen, sondern auch personelle Ressourcen, konkret die Mitarbeiter, die im produzierenden Gewerbe eine zentrale Rolle spielen. In diesem Bereich sind benutzerfreundliche und zuverlässige Prozesse ein wesentlicher Faktor zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit.

Rohrhersteller und Erstausrüster, die die Rohrfertigung im eigenen Haus abwickeln, werden auf den anhaltenden Kostendruck und andere Belastungen wahrscheinlich mit der Suche nach Hochleistungsmaschinen reagieren, die genau auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Ein moderner Bieger muss eine mehrstufige Technologiestrategie verwenden, die Funktionen wie anpassbare Multiradius-Biegewerkzeuge umfasst, die ein einfaches und präzises Biegen mit sehr kurzen Rohrlängen zwischen den Biegungen ermöglichen. Solche Entwicklungen in der Biegetechnik glänzen bei der Herstellung von Rohrbauteilen mit mehreren Radien, der Herstellung von Biege-in-Biege-Systemen oder der Herstellung anderweitig komplexer Rohrsysteme. Eine Maschine, die für anspruchsvolle Biegungen ausgelegt ist, kann die Zykluszeit verkürzen. Für Großserienproduzenten können bereits wenige eingesparte Sekunden pro Bauteil einen enormen, positiven Einfluss auf die Produktionseffizienz haben.

Eine weitere Schlüsselkomponente ist die Interaktion zwischen Bediener und Maschine. Die Technologie muss die Nutzer unterstützen, wo sie kann. Beispielsweise ermöglicht die Integration des Rückzugs der Biegematrize – ein Fall, bei dem die Biegematrize und der Schwenkarm getrennt arbeiten –, dass die Maschine während des Biegeprozesses eine Vielzahl von Rohrgeometrien anpassen und positionieren kann. Ein weiteres Programmier- und Steuerungskonzept beginnt bereits während der aktuellen Biegung mit der Vorbereitung der Achsen für die nächste Biegung. Dies erfordert zwar eine Steuerung, die das Zusammenspiel der Achsen kontinuierlich und automatisch überwacht, um deren Bewegungen zu koordinieren. Der Programmieraufwand bringt jedoch erhebliche Vorteile mit sich und reduziert die Zykluszeit je nach Bauteil und gewünschter Rohrgeometrie um 20 bis 40 %.

Angesichts des Wandels hin zu alternativen Antrieben ist Automatisierung relevanter denn je. Hersteller von Rohrbiegemaschinen müssen auf eine weitgehende Automatisierung und die Möglichkeit zur Integration von Arbeitsabläufen setzen, die über das Biegen hinausgehen. Dies gilt nicht nur für das Rohrbiegen in Großserien, sondern zunehmend auch für Kleinstserien.

Moderne Biegemaschinen für Großserienhersteller wie die CNC 80 E TB MR von Schwarze-Robitec sind bestens auf die Anforderungen von Verarbeitern in der Automobilzulieferkette abgestimmt. Attribute wie kurze Zykluszeiten und hohe Ressourceneffizienz sind entscheidend und viele Hersteller setzen auf Optionen wie Schweißnahterkennung, integrierte Abschaltung und eine Roboterschnittstelle.

Bei der vollautomatischen Rohrbearbeitung müssen die verschiedenen Prozessschritte zuverlässig, fehlerfrei, wiederholbar und schnell sein, um eine gleichbleibende Qualität der Biegeergebnisse sicherzustellen. In eine solche Biegezelle müssen vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte integriert werden, die Reinigung, Biegen, Zusammenbau, Endumformung und Vermessung umfassen.

Auch Handhabungsgeräte wie Roboter und Zusatzkomponenten wie Tubenbelader/-entlader müssen integriert werden. Die Hauptaufgabe besteht darin, herauszufinden, welche Prozesse für die jeweilige Anwendung optimal geeignet sind. Abhängig von den Anforderungen des Verarbeiters kann beispielsweise ein Bandlademagazin, ein Kettenmagazin, ein Hubförderer oder ein Schüttgutförderer das richtige System für den Rohrvorschub sein. Einige Hersteller von Biegemaschinen machen die Integration so einfach wie möglich, indem sie ein proprietäres Steuerungssystem bereitstellen, das in Verbindung mit dem Enterprise-Resource-Planning-System des OEM arbeitet.

Auch wenn jeder weitere Schritt die Prozesskette verlängert, kommt es für den Anwender nicht zu Verzögerungen, da die Durchlaufzeiten in der Regel gleich bleiben. Der große Unterschied in der erhöhten Komplexität eines solchen automatisierten Systems liegt in den strengen Steuerungsanforderungen, die für die Integration von Biegezellen in bestehende Produktionsketten und Unternehmensnetzwerke erforderlich sind. Aus diesem Grund sollten Rohrbiegemaschinen Industrie 4.0-ready sein.

Insgesamt steht die Integration im Vordergrund. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass OEMs mit Maschinenherstellern zusammenarbeiten, die über umfassende Erfahrung in der Entwicklung von Maschinen verfügen, die mit den verschiedenen Subsystemen in einem vollautomatischen Fertigungsprozess kompatibel sind.