Von 70-100 Teilen zu einem: Die Megaguss-Revolution im Automobilbau 

Einführung 

In der Welt der Automobilherstellung verändert eine revolutionäre Technologie die Art und Weise, wie Autos gebaut werden. Das Megagießen, ein Verfahren, bei dem mehrere Einzelteile durch eine einzige Gusskomponente ersetzt werden können, stellt einen der bedeutendsten Fortschritte in der Fahrzeugproduktion der letzten Jahrzehnte dar. Dieser Wandel wird von Unternehmen wie Handtmann vorangetrieben, einem 150 Jahre alten Hersteller, der diesen innovativen Ansatz in der Automobilproduktion gewählt hat. 

Die Evolution des Automobilbaus: Die Reise von Handtmann zur Innovation 

Die Geschichte von Handtmann ist ein Beispiel für den Wandel, der sich in der Automobilherstellung vollzieht. Das vor 150 Jahren gegründete und heute in fünfter Generation familiengeführte Unternehmen beschäftigt heute weltweit 4.300 Mitarbeiter. Handtmann ist in sechs Geschäftsbereichen in der Automobil- und Lebensmittelbranche tätig und erwirtschaftet etwa zwei Drittel seines Umsatzes von 1,2 Milliarden Euro im Automobilbereich. 

Die globale Präsenz des Unternehmens umfasst fünf wichtige Produktionsstandorte: den Hauptsitz und das Technologiezentrum in Biberach, Süddeutschland, ein Werk in Ostdeutschland (Annaberg), zwei Werke in der Slowakei und eines in China. In diesem Netzwerk sind 99 Gießmaschinen in Betrieb, wobei die neueste Anlage eine 6.100 Tonnen schwere Megacasting-Maschine ist. 

Bei der traditionellen Automobilherstellung wird in der Regel eine Vielzahl von Einzelteilen durch Schweiß- und Fügeverfahren zusammengefügt. Dieser Ansatz hat sich zwar bewährt, erfordert aber komplexe Lieferketten, mehrere Montageschritte und umfangreiche Qualitätskontrollen in jeder Phase. Megacasting stellt eine völlige Abkehr von dieser herkömmlichen Methode dar. 

Das Unmögliche möglich machen: Technische Herausforderungen und Lösungen 

Die Entwicklung von Megacast-Bauteilen erfordert eine völlige Neugestaltung des Konstruktionsprozesses. Wie Beispiele aus der Praxis zeigen, können Ingenieure nicht einfach eine bestehende geschweißte Baugruppe nehmen und sie direkt in ein Gussteil umwandeln. Der herkömmliche Ansatz mit mehreren Einzelkomponenten - jede mit ihren eigenen spezifischen Anforderungen, Funktionen und Leistungsmerkmalen - muss völlig neu konzipiert werden. Bei der Neukonzeption müssen die einzigartigen Beschränkungen des Druckgusses berücksichtigt werden, einschließlich der Beschränkungen der Wandstärke und der Machbarkeit der Herstellung. 

Die Entwicklung beginnt mit einer ausgeklügelten Topologieoptimierung, bei der die Ingenieure umfassende Belastungsmodelle eingeben und vorläufige Werkzeugtrennpunkte definieren. Der Optimierungsprozess zeigt kritische Belastungspfade auf, die sich bei Crash-Szenarien und anderen Stressbedingungen ergeben. Diese Belastungspfade dienen dann als Grundlage für die Umsetzung der abstrakten Optimierungsergebnisse in praktische CAD-Geometrien, und zwar unter Einhaltung von Fertigungsvorgaben wie Entformungswinkeln und Wandstärken. 

Der technische Prozess umfasst mehrere Simulations- und Validierungsphasen: 

• Erste Topologieoptimierung auf der Grundlage von Belastungsmodellen 
• Konstruktionsanpassung für Fertigungseinschränkungen 
• Crash- und NVH-Analyse 
• Strömungssimulation für die Materialverteilung 
• Modellierung von Kühlung und Erstarrung 
• Werkzeugkonstruktion und Wartungsplanung 

Materialüberlegungen stellen beim Megagießen besondere Herausforderungen dar, die über die traditionellen Gießverfahren hinausgehen. Eine der größten Herausforderungen ist das Erreichen gleichmäßiger Materialeigenschaften bei diesen massiven Bauteilen. Wie die Ingenieure von Handtmann erläutern, lässt bei großen Gussteilen die Druckwirkung in den Bereichen fernab des Einspritzpunktes deutlich nach - egal wie viel Druck ausgeübt wird, er erreicht die Enderstarrungszonen einfach nicht effektiv. Dies erfordert innovative Lösungen sowohl in der Werkzeugtechnik als auch bei den Belüftungssystemen, um akzeptable Materialeigenschaften zu erreichen. 

Darüber hinaus müssen die Ingenieure die Tatsache akzeptieren und berücksichtigen, dass die Materialeigenschaften in den verschiedenen Abschnitten des Bauteils variieren werden. Der Schwerpunkt verlagert sich auf die Sicherstellung optimaler Materialeigenschaften in kritischen, belasteten Bereichen, während in weniger kritischen Zonen akzeptable Abweichungen möglich sind. Dies erfordert umfangreiche Simulationsarbeiten und eine Optimierung des Kühlsystems, um die besten Materialeigenschaften dorthin zu lenken, wo sie für die strukturelle Integrität am meisten benötigt werden. 

Die Zukunft gestalten: Teams und Technologie arbeiten zusammen 

Die Komplexität des Megagießens hat die erforderlichen Fähigkeiten und Teamstrukturen in der Fertigung grundlegend verändert. Das traditionelle Modell, bei dem ein einzelner Ingenieur die Entwicklung eines gesamten Bauteils übernimmt, ist nicht mehr praktikabel. Handtmann hat festgestellt, dass der Umfang und die Komplexität von Megacasting einen hochspezialisierten, kooperativen Ansatz erfordert. 

Ein modernes Megacasting-Entwicklungsteam umfasst typischerweise: 

• Zwei Konstrukteure für Funktionsteile, von denen einer häufig als Projektkoordinator fungiert 
• Ein spezieller Konstrukteur für Fließsysteme mit Schwerpunkt auf Anschnitt- und Angusssystemen 
• Ein Spezialist für Werkzeugkonzepte, der auch für die Simulation zuständig ist 
• Mehrere Simulationsexperten für verschiedene Analysen (Crash, NVH, Modalanalyse, Lebensdaueranalyse) Zwei Funktionsbauteilkonstrukteure, von denen einer oft als Projektkoordinator fungiert 
• Ein spezieller Konstrukteur für Strömungssysteme mit Schwerpunkt auf Anschnitt- und Angusssystemen 
• Ein Werkzeugkonzeptspezialist, der auch die Simulationsarbeit übernimmt 
• Mehrere Simulationsexperten für verschiedene Analysen (Crash, NVH, Modalanalyse, Lebensdaueranalyse) 

Neben den technischen Fähigkeiten müssen die Teammitglieder auch ihre Soft Skills in den Bereichen Projektkoordination und Kommunikation ausbauen. Der iterative Charakter der Megacasting-Entwicklung erfordert eine ständige Zusammenarbeit, da Änderungen in einem Bereich (z. B. Änderungen am Gehäuse oder Simulationsergebnisse) kaskadenartige Effekte auslösen, die sich auf mehrere Aspekte des Designs auswirken. Dieser Simultaneous-Engineering-Prozess erstreckt sich von der frühen Entwicklung bis zur Inbetriebnahme der Werkzeuge und erfordert eine nahtlose Koordination zwischen allen Teammitgliedern. 

Die Zukunft der Automobilproduktion wird sich zunehmend auf diesen kollaborativen Ansatz stützen. Die Teams müssen Fachwissen aus dem traditionellen Ingenieurwesen, der Werkstoffkunde, der Simulationstechnologie und den Fertigungsverfahren miteinander verbinden. Diese Integration von Fähigkeiten und Wissen ist für die erfolgreiche Umsetzung der Megacasting-Technologie unerlässlich. 

Fazit

Megacasting ist mehr als nur ein neuer Fertigungsprozess - es ist ein grundlegender Wandel in der Art und Weise, wie Fahrzeuge gebaut werden. Da Unternehmen wie Handtmann diese Technologie weiter entwickeln und verfeinern, können wir mit einer breiteren Akzeptanz in der Automobilindustrie rechnen. Das Versprechen einer vereinfachten Montage, reduzierter Kosten und verbesserter Fahrzeugleistung macht Megacasting zu einer entscheidenden Technologie für die Zukunft der Automobilherstellung.