09. September 2011
Automatisierungstechnik für die Automotive-Industrie
Beitrag aus openautomation 4/2011
Automobilbauer erfreuen sich hohen Wachstumszahlen und mit ihnen Automatisierer, die in diese Branche liefern. Über aktuelle Trends, Entwicklungen und ihre Einschätzungen befragte openautomation Experten der Firmen Festo, Phoenix Contact, SEW-Eurodrive und Turck.
Christian Wolf ist Geschäftsführer der Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim
Werner Reichelt ist Leiter Automobilmanagement bei der Festo AG & Co. KG in Esslingen
Diesen Trend bestätigt auch Wilhelm Scholle vom Industry Management Automotive bei Phoenix Contact: „Unsere Partner in der Automobilindustrie verfolgen ihre Ziele nachhaltig. Das bedeutet, dass sie nur selten von ihren geplanten Verbesserungen hinsichtlich Produktivität oder Kapazitätserweiterungen abweichen. Des Weiteren bedeuten Krisen immer auch Justierungen, die insbesondere die Automatisierungstechnik fordern. Insofern freue ich mich sagen zu können, dass Phoenix Contact auch während der Krise von den Vorhaben der Automobilisten profitieren konnte.“
Die Top-3-Produkte
Produktseitig sind die vier befragten Unternehmen sehr unterschiedlich aufgestellt. Entsprechend variiert ihr Lieferspektrum in den Automotive-Sektor.
„Wir liefern mit unserer Automatisierungstechnik ein an Standards orientiertes System aus Produkten und Dienstleistungen, das insbesondere in der Anlagentechnik des Automobilbaus eingesetzt wird“, umreißt W. Scholle das Phoenix-Contact-Sortiment. Als eines der Top-3-Produkte stellt er die speicherprogrammierbare Steuerung RFC 470 S PN heraus. „Heute steuert sie nicht nur den produktiven Ablauf und die Sicherheitstechnik: Die SPS bereitet neben den Diagnose- und Archivierungs- auch Verbrauchsinformationen verschiedener Medien, wie Druckluft, Wasser und Strom, auf und leitet diese an entsprechende Datenbanken weiter“, so der Experte. Unterstützt würde die Steuerung durch Netzwerktechnik, die für die Kommunikation verantwortlich ist. „Als wesentliches Gerät aus diesem Bereich vereint der FL-Switch GHS 4G/12 vom Layer-3-Routing über einen Webserver bis zum modularen Aufbau alle notwendigen Kommunikationsfunktionen in einem Gehäuse. Nicht zu vergessen die Stromversorgungen der Produktfamilie Quint Power, die für eine stabile Spannung in den Anlagen sorgen“, so W. Scholle.
Wilhelm Scholle ist im Industry Management Automotive bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont tätig
Als „absoluten Automotive-Renner“ aus dem Haus Festo nennt W. Reichelt die servopneumatischen Schweißzangensysteme. Sie bestehen aus Controller, Steuerblock, Hauptzylinder, Hochkraftzylinder und pneumatischer Zusatzschaltung. „Mit ihnen kann man Schweißzangen präzise steuern und regeln. So lässt sich jeder Schweißpunkt mit einer individuellen Kraft und einer individuellen Öffnungsweite der Schweißzange setzen“, verdeutlicht der Experte. Durch die freie Programmierbarkeit der Öffnungsweite muss die Schweißzange beim Umfahren von Störkanten nicht mehr komplett geöffnet werden. „Man kann das Hindernis einfach umfahren, indem die Schweißzange nur so weit wie nötig geöffnet wird“, stellt er heraus. Als Vorteile nennt er höhere Takt- und kürzere Zykluszeiten. Hohe Wachstumsraten erzielt Festo zudem mit der modularen Ventilinsel CPX/VTSA. „Sie vereint nicht nur Pneumatik und Elektrik mit dem elektrischen modularen Terminal CPX, sondern lässt sich bis zur kompletten Installationslösung ausbauen“, so W. Reichelt. Er fügt an: „Sie kann nach Kundenwunsch Bausteine für die Sicherheitstechnik, Sensorik, Feldbustechnologie oder Condition Monitoring enthalten.“ Als drittes Topthema nennt er die Druckluftaufbereitung mit den Produkten der MS-Reihe. Vielfach auf sogenannten Installationsplatten mit Sensorik und Ventilinseln einbaufertig direkt an die Anlage geliefert, würden sie von der Automobilindustrie stark nachgefragt. „Modular aufgebaut, ergeben die Wartungsgeräte der MS-Reihe mit Druckregel-, Einschalt- und Druckaufbauventilen, Filter, Trockner, Sensoren und Öler für jede Aufgabe in der Automobilfertigung die passende Lösung“, so der Experte.

Jürgen Eyermann ist Technology Field Manager Automotive bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co KG in Bruchsal
Für Themen rund um die Antriebstechnik ist SEW-Eurodrive ein wichtiger Player im Automobilbau. Neben den Standardprodukten, wie Getriebemotoren oder Schaltschrankumrichter, ist insbesondere die dezentrale Technik zu nennen.“ Als Beispiele führt J. Eyermann die dezentrale Antriebssteuerung Movifit oder das mechatronische Antriebssystem Movigear mit seiner hohen Energieeffizienz (>IE4) an. „Darüber hinaus bieten die Systemlösungen Maxolution für die mobile Fördertechnik mit innovativen Technologien zahlreiche Vorteile und neue Möglichkeiten bei der Steuerung, Kommunikation und Sicherheitstechnik in den Produktionsanlagen“, informiert der SEW-Eurodrive-Spezialist weiter.
Zu den Top-3-Sellern aus der Reihe an spezifischen Turck-Lösungen gehören unter anderem die schweißfesten induktiven Näherungsschalter der uprox+-Reihe. „Da diese Sensoren ohne den üblichen Ferritkern arbeiten, sind sie unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen“, nennt C. Wolf einen Benefit und fügt an: „Neben der Magnetfeldfestigkeit punkten die Faktor-1-Sensoren mit einem hohen Schaltabstand, der bei allen Metallen gleich ist.“ Daneben liefert das Unternehmen Produkte aus dem Bereich der Feldbustechnik in die Automobilindustrie – von Katalogprodukten bis hin zu Spezialentwicklungen. Als aktuelle Neuentwicklung nennt C. Wolf die Profinet-Feldbus-Gateways für das IO-System BL67, die den Vorgaben der AIDA (Automatisierungs-Initiative Deutscher Automobilhersteller) entsprechen. Diese sind vor allem für den Einsatz im Automobil-Rohbau vorgesehen. „Während das Modell BL67-GW-PN-AC für AIDA-RJ45-Kupfer-Steckverbinder konzipiert ist, eignet sich die Version BL67-GW-PN-AF für den Einsatz mit AIDA-SCRJ-Lichtwellenleitern“, informiert er und stellt ferner heraus: „Die AIDA-Gateways lassen sich sowohl mit den vorhandenen BL67-IO-Modulen erweitern als auch mit einer direkt anschließbaren Ventilinsel zu einer integrierten Lösung ausbauen.“ Letztgenannte Variante sei in enger Zusammenarbeit mit dem Pneumatikhersteller Parker Hannifin zielgerichtet für den Einsatz in der Automobilindustrie entwickelt worden. Als drittes Highlightthema nennt er RFID. „Hier sind wir seit 2006 einer der Trendsetter. So wurde seinerzeit das RFID-System BL Ident in enger Kooperation mit einem Autobauer erarbeitet“, erinnert sich C. Wolf. Dabei sei Turck schon zu Beginn in der Lage gewesen, Datenträger zu liefern, die selbst den Einsatz in 210 °C heißen Lackieröfen überstehen. „Seit seiner Einführung entwickeln wir unser RFID-System kontinuierlich weiter, sodass es heute in zahlreichen industriellen Anwendungsfeldern ebenso zu Hause ist wie in der Automobilproduktion“, sagt er weiter.
Aktuelle Produktentwicklungen

Das mechatronische Antriebssystem Movigear von SEW-Eurodrive zeichnet sich durch seinen hohen Wirkungsgrad aus, der über den Anforderungen der Wirkungsgradklasse IE4 liegt
Trotz der verschiedenen Produktschwerpunkte sehen sich die vier Experten mit ähnlichen Trends innerhalb des Automobilbaus konfrontiert. Entsprechend ihres Portfolios reagieren sie mit speziellen Produktentwicklungen darauf. Aus Sicht von SEW-Eurodrive fasst J. Eyermann die aktuellen Trends wie folgt zusammen: Energieeffizienz, Sicherheitstechnik, Modularisierung und Flexibilisierung. „In all diesen Feldern ergänzen wir unser Produktportfolio bzw. arbeiten an innovativen Lösungen“, informiert er.
Energieeffizienz und Safety gelten auch aus Festo-Sicht als zwei wichtige Trendthemen im Anlagenbau der Automobilhersteller. Inwieweit sich diese in aktuellen Produktentwicklungen im eigenen Haus niederschlagen, verdeutlicht W. Reichelt am Beispiel: „Für die Steigerung der Energieeffizienz nutzen unsere Kunden intensiv unsere Services und unsere Beratung mit Druckluftverbrauchsmessungen für pneumatische und Energieverbrauchsmessungen für elektrische Antriebe.“ Hoch sei daher die Nachfrage beispielsweise nach Durchflussmessgeräten. „Wir erwarten auch aus der aktiven Mitarbeit im Forschungsprojekt ,Green Car Body‘ weitere Impulse und Entwicklungen zum Thema Energieeffizienz, insbesondere im Rohbau“, fügt der Experte an.
Zum zweiten Thema fügt er an: „Safety-Lösungen in Maschinen und Anlagen gemäß der neuen Normen und Richtlinien müssen stets über die gesamte Kette von der Steuerungstechnik bis zur Aktorik betrachtet werden. Wir bieten hierzu Lösungen auf Produktebene sowie Beratung in der Planungsphase.“ Bei der Steuerungstechnik sei so beispielsweise ein sogenanntes Profi-Safe-Modul für die CPX-Baureihe entstanden, welches Ausgänge sicher schaltet.
W. Scholle bringt zur technischen Betrachtung wirtschaftliche Aspekte ein: „Durch hohe Marktanteile und Plattformstrategien versuchen die Automobilhersteller einerseits die Kosten im Produktionsprozess zu senken und andererseits bessere Konditionen bei der Beschaffung der benötigten Rohstoffe sowie Halb- und Fertigware zu erzielen.“ Diese Vorgehensweise führe zu der stetig steigenden Zahl an Modellen und Varianten, um möglichst alle Käuferschichten bedienen zu können. „Sämtliche Prozesse bis zur Entscheidung, wann und wo ein bestimmtes Modell gebaut wird, müssen also flexibel und schnell ablaufen“, sagt er weiter. Vor diesem Hintergrund hat Phoenix Contact unter dem Begriff IT-powered Automation die einfache Integration der Automatisierungskomponenten in das Netzwerk sowie einen durchgängigen Informationsfluss in den Fokus der Systementwicklung gestellt. „Auf diese Weise kann die Produktion schnell und mit hoher Varianz anlaufen“, verdeutlicht der Branchenmanager. Zudem würden dem Betreiber Informationen über die verwendeten Ressourcen zugänglich gemacht, sodass diese nachhaltig genutzt werden können.

Schweißzangen präzise steuern und regeln: servopneumatische Schweißzangensysteme von Festo verkürzen die Zykluszeiten im Rohbau
Den Wunsch der Hersteller, mehrere Modelle und Varianten auf einer flexiblen Fertigungsstraße herstellen zu können, sieht auch W. Reichelt. Im Rohbau zeichnet sich dadurch der Trend zu mehr Flexibilisierung der Anlagentechnik ab. „Die Anlagen müssen mit flexiblen Formatverstellungen (Greifpunkte/Spannpunkte) ausgestattet sein“, lautet seine Lösung. Festo bietet hierzu eine Palette an servoelektrischen Achsen und Controllern oder auch servopneumatische Systeme an. Daneben erkennt er einen Trend zu standardisierten Anlagenkonzepten, die die internationalen Automobilhersteller in ihren Werken rund um den Globus installieren wollen. „Diese Vereinheitlichung der Anlagen – egal, ob diese in China, USA, Südafrika oder Deutschland im Einsatz sind – erleichtert und verbilligt den Einkauf von Anlagenteilen, die Instandhaltung und auch die Flexibilität im Verschieben von Produktionskapazitäten“, sagt er weiter.
C. Wolf bringt als weitere Trends Prozessoptimierung, Qualitätssteigerung und Rückverfolgbarkeit ein. „Wir haben in den letzten Jahren die Erfahrung gemacht, dass sich immer mehr Hersteller eine durchgängige Identifikation und Qualitätskontrolle während des gesamten Prozesses wünschen. Dahin gehend haben wir unsere RFID-Lösung optimiert.“ Er gibt an, dass die Automobilindustrie seit ca. zwei Jahrzehnten RFID-Lösungen nutze, vornehmlich zur Identifikation ihrer Karossen-Transportsysteme. „Dank verbesserter Technik und unserem Automotive-Know-how denkt die Branche heute intensiv darüber nach, jede Karosse und jede Komponente einzeln mit Datenträgern auszustatten.“ Dadurch wäre die gewünschte durchgängige Identifikation und Qualitätskontrolle über den gesamten Prozess hinweg gegeben. „Wir haben in zahlreichen Versuchen mit Zulieferern und Autobauern belegt, dass auch die Zulieferkomponenten, wie Airbags, Verkleidungen, Sitze oder Motoren, sinnvoll und effizient in den Produktionsprozess eingebracht werden können – wenn sie mit leistungsstarker RFID-Technologie verarbeitet werden. In Innovationsforen und Veranstaltungen für die Automotive-Industrie zeigen wir auf Messen und Kongressen, wie die Branche vom durchgängigen RFID-Einsatz mit dem BL-Ident-System profitieren kann“, sagt der Geschäftsführer.
Zukunftsgerichtete Entwicklungen

Integriertes Konzept für den Automobilbau: Das AIDA-Profinet-Gateway von Turck mit Parker-Hannifin-Ventilinsel
C. Wolf ist davon überzeugt, dass der dargestellte durchgängige Einsatz von RFID auf Komponentenebene einer der wichtigsten Entwicklungstrends in der Automobilproduktion – auch für die nächsten fünf Jahre – sein wird. So böte er Einsparpotenziale in der gesamten Wertschöpfungskette. „Bei konsequenter Nutzung der RFID-Technologie kann schließlich eine Informationsdurchgängigkeit bis hin zum ERP-System garantiert werden“, lautet seine Einschätzung. Ein weiteres mittelfristig wichtiges Thema beschreibt er mit dem eigentlich aus der Prozessindustrie bekannten Stichwort Asset Management. „Im Wesentlichen geht es darum, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen, indem alle Bestandteile des Automatisierungsnetzwerks kontinuierlich beobachtet werden. Kündigt sich ein möglicher Fehler an, kann der Anlagenbetreiber rechtzeitig gegensteuern“, macht er deutlich. Er verweist auf die Zeiten der Profibus-Netze, in denen es noch vergleichsweise schwierig war, Probleme zu lokalisieren, da alle Teilnehmer parallel an dem selben Netzwerkkabel angebunden waren. In Zeiten der modernen Ethernet-Technologien würden Diagnose-Tools dies nun einfach realisierbar machen. „In Profinet-Netzen ist jeder Teilnehmer eindeutig lokalisierbar. Parallel zur eigentlichen Nutzdatenkommunikation können zwischen Steuerung und Feldgeräten geeignete Diagnosesysteme über die Ethernet-Dienste SNMP (Simple Network Management Protocol) und LLDP (Link Layer Discovery Protocol) die Performance der Teilnehmer überwachen“, erläutert der Turck-Geschäftsführer.

Für Anwendungen, in denen besonders hohe Ansprüche an die Steuerungs-Performance gestellt werden, bietet Phoenix Contact die Kompaktsteuerung RFC 470 PN an
W. Scholle greift das Thema Industrial Ethernet auf und erklärt: „Wir gehen davon aus, dass wir uns gerade im letzten Stadium des Wandels von der Feldbuskommunikation hin zu einer Ethernet-Welt auch im Feld bewegen. Daher gilt es, die Kosten der Ethernet-Geräte mit Technologie-Entwicklungen, wie dem verfügbaren TPS1-Chip für Profinet, bezahlbarer zu machen.“ W. Scholle rechnet damit, dass die drahtlose Kommunikation Profinet in vielen Automobilapplikationen folgen wird. „Dieser Trend bedingt zwar einen besseren Informationsfluss, die Kommunikation muss allerdings – ähnlich wie in der Office-Welt – durch Security-Mechanismen vor unberechtigten Zugriffen und Störungen geschützt werden“, so der Spezialist.
Einen ganz anderen Aspekt bringt W. Reichelt in die mittelfristig zu erwartenden Entwicklungstrends ein: E-Mobility. Dadurch würden neue Strukturen bei den Maschinen- und Anlagenbauern entstehen, da sich die Produktionsverfahren vom klassischen Fahrzeugbau stark unterscheiden. So erwartet er, dass bei der Batterieherstellung, den Elektromotoren sowie der gesamten Infrastruktur neue Anbieter auf den Markt kämen. Zudem würden etablierte Maschinenhersteller ihr Know-how und Angebot entsprechend erweitern. „In Bezug auf die Automatisierungstechnik sind zwar keine grundlegend neuen Dinge zu erwarten, aber eine Herausforderung wird es sein, die Produktionsverfahren großserientauglich und wirtschaftlich zu gestalten“, so W. Reichelt. Eng verknüpft mit dem Einzug von Batterien und Elektromotoren in die Fahrzeuge sei das Thema Leichtbau. „Carbon könnte der Werkstoff der Zukunft werden, der das Gesicht des Rohbaus in den Automobilfabriken verändert. Statt der typischen Schweiß- und Handling-Roboter könnten dann Öfen und Pressen für die Carbonfasermatten in den Rohbauhallen stehen. Eine große Herausforderung wird es jedoch sein, die Produktionsprozesse so hoch zu automatisieren, dass der Ausstoß und die Effizienz der heutigen Rohbaulinien erreicht werden“, lautet seine Einschätzung.
„Auch wir sehen einen Trend zum Leichtbau mit neuen Materialien und den davon abhängigen Fertigungstechniken“, pflichtet W. Scholle aus Phoenix-Contact-Sicht bei. Zum Hintergrund erklärt er: „Am aktuellen Verlauf der Konjunktur kann gut nachvollzogen werden, was beispielsweise ein am Ölpreis orientiertes Kaufverhalten und die Verpflichtung der Unternehmen zum bewussten Umgang mit der Umwelt auslösen kann.“ Noch deutlicher würden die Auswirkungen bei der Antriebstechnik der Pkw. Hier engagiert sich Phoenix Contact maßgeblich im Bereich der E-Mobility. „Als Spezialist für elektrische Verbindungstechnik beteiligen wir uns nicht nur an der Entwicklung und Standardisierung von Ladesteckern – übrigens auch mit einem hohen Engagement in China. Darüber hinaus arbeiten wir an einem ganzheitlichen
Ansatz für eine elektrisch betriebene Fahrzeugwelt, der von der Ladestation bis zu den gemeinsam mit den Energieversorgungs-Unternehmen erarbeiteten Konzepten das komplette Anforderungsspektrum abdeckt“, informiert W. Scholle.
Automotive Landscape 2025
Ein Fazit der Studie „Automotive Landscape 2025“ von Roland Berger Strategy Consultants lautet: „Die Veränderungen im Bereich der Automobilproduktion in den kommenden Jahren sind fundamental und wirken sich auf alle Unternehmen rund um die Automobilindustrie, also OEM, Zulieferer, Third Parties sowie neue und etablierte Player, aus. So wird ein drastischer Anteil an Produktion und Vertrieb in die asiatischen Märkte verlagert – schnell und stetig.“ Der Studienautor meint: „Die Unternehmen müssen sich jetzt den Chancen und Herausforderungen stellen, damit sie ihre Zukunft profitabel gestalten können.“ Sehen die Experten diese Entwicklung ähnlich und mit welchen Strategien reagieren die Unternehmen darauf?
„Das können wir nur bestätigen“, sagt J. Eyermann. Als Beispiel nennt er China: „Der Automobilmarkt wächst seit Jahren ungebrochen und ist zum größten Automobilmarkt weltweit aufgestiegen – mit nach wie vor außerordentlich hohen Wachstumszahlen.“ „Die asiatischen Märkte bieten ein enormes Potenzial. Vor allem China wird für die Autobauer zum Top-Absatz- und Produktionsmarkt“, ist auch C. Wolf überzeugt. „Auch wir sehen, dass alle großen Automobilhersteller in den Wachstumsmärkten, wie etwa Indien und China, investieren“, ergänzt W. Reichelt. Als Konsequenz folgert er: „Damit werden auch Kapazitäten der Maschinen- und Anlagenbauer in diese Länder transferiert. In Deutschland und Westeuropa werden wohl auf absehbare Zeit komplett neue Green-Field-Werke mit entsprechenden Investitionen die Ausnahme bleiben.“ „Kein internationaler Automobilhersteller kann es sich leisten, diesem Markt fernzubleiben. Das hat natürlich auch zur Folge, dass die lokalen Kapazitäten der OEM ständig nach oben angepasst werden. Damit einhergehend wird mehr und mehr Know-how für Produktionsplanung und Produktionstechnik transferiert“, ist auch die Einschätzung von J. Eyermann. Somit läge es auf der Hand, dass auch die Zulieferer sich lokal den Anforderungen entsprechend aufstellen müssen.
Dem pflegt C. Wolf bei: „Wenn heute in China ein neues Werk entsteht, wird es nach denselben Automatisierungsrichtlinien aufgebaut wie die Schwesterwerke im Rest der Welt. Für einen Automatisierer wie wir, der in der Autoindustrie stark verwurzelt ist, ist dies ein vielversprechendes Szenario.“ So sei Turck schon heute mit seinen Lösungen in chinesischen Autowerken ebenso gut vertreten wie andernorts. „Ein Grund dafür liegt neben dem Produktangebot vor allem in der Präsenz vor Ort und dem Mehrwert, den unsere Automotive-Spezialisten weltweit bieten“, sagt der Geschäftsführer. So betreut sein Unternehmen bereits seit 16 Jahren mit einer 100-prozentigen Tochtergesellschaft den chinesischen Markt. „Und ebenso global wie die gesamte Branche ist auch unser Automotive-Vertrieb aufgestellt, sodass der Kunde jederzeit und unmittelbar den direkten Draht zu unseren Spezialisten hat“, ergänzt er.
Ähnliches gilt für SEW-Eurodrive, die seit ca. 17 Jahren erfolgreich in China vertreten ist. „Sukzessive haben wir Strukturen aufgebaut und erweitert. Mittlerweile beschäftigen wir über 3 300 Mitarbeiter in China“, belegt J. Eyermann mit Zahlen. Um die Kunden adäquat und schnell bedienen zu können, unterhalte SEW dort drei Produktionswerke, sieben Montagewerke und über 40 Vertriebsbüros.
Und auch Festo ist schon seit Jahrzehnten in Asien präsent. „Unsere Philosophie war es schon immer, gerade die stets global agierende Automobilindustrie auch global zu betreuen – egal ob sie in Brasilien, Russland, Indien oder China Produktionskapazitäten auf- oder ausbaut“, sagt W. Reichelt. Es sei ein Firmengrundsatz, die Kunden vor Ort beraten und beliefern zu können. „Dazu bauen wir unser weltweites Netzwerk von Automobilexperten, aber auch Produktentwicklung und Produktion systematisch aus“, verdeutlicht der Leiter Automobilmanagement.
Inge Hübner
Weitere Informationen unter
www.festo.com,
www.phoenixcontact.de,
www.turck.com sowie
www.sew-eurodrive.de.
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