Automobilindustrie: Fertigung, Lackierung und Technologien

Automobilindustrie: Aufgaben und Überblick

Die Automobilindustrie ist verantwortlich für das Design, Entwicklung, Herstellung, Montage, Marketing und Verkauf von Automobilen. Das Fahrzeug durchläuft verschiedene Bereiche und Produktionsschritte:

Karosseriebau: Zuschnitt und Ziehen

Zeichnung / Ziehen

Der Stahl, in Rollen, Blechen oder Platten, wird zunächst zugeschnitten, bevor er in die Zieh- oder Prägeprozesse gelangt, in denen alle Teile geformt werden, die die Karosserie des Fahrzeugs bilden: Seitenteile, Bodengruppe, Kotflügel, Türen usw.

• Gewalzte Stahlcoils: Verzinkte Stahlcoils in verschiedenen Größen und Stärken werden bei der Anlieferung unbelastet gelagert und später über einen Rollenspeicher der Produktionslinie zugeführt.
• Stanzplatten: Das Band wird in einer Stanz- und Scherlinie geschnitten, um die einzelnen Blechteile zu erzeugen.
• Vorerformung der Bleche: Jedes Blech wird zu Beginn der Linie in Pressen eingelegt, um eine erste Verformung zu erzielen. Anschließend werden die Teile in Folgepressen oder Transferpressen weitergeformt.

Schweißen

Die Metallteile, die aus der Zieh- und Stanzfertigung kommen, sind wie ein Puzzle zusammenzusetzen und werden nun geschweißt, um die "weiße Karosserie" (white body) zu bilden, die bereit für die Lackierung ist. In diesem Bereich kommen häufig Roboter zum Einsatz, die die eigentliche Produktionslinie antreiben.

• Montage des Rahmens: Die Karosserie wird auf fahrbaren Gestellen zwischen den Schweißrobotern bewegt. Dabei werden Bodengruppen, Vorder- und Heckpartien miteinander verbunden und versteift.
• Montage der Seiten der Karosserie: Roboter positionieren die Seitenbleche auf der Linie, wo sie vorerst angeheftet werden. Parallel dazu fertigen Mitarbeiter ergänzende Baugruppen und Oberflächenbearbeitungen in den angrenzenden Werken.
• Geometrische Konformation: Vorrichtungen halten die Teile in Position, während die Roboter die ersten Punktschweißungen ausführen.
• Fertige Karosserie (Box-Assembly): Der Karosserierahmen wird fertig verschweißt; Dach, Versteifungen und Abschlüsse (Türen, Motorhaube, Heckklappe) werden vor der Weiterleitung in die Lackiererei montiert. Die leeren Karosserien werden danach zur Lackiererei transportiert.

Lackierung

Die leere Karosserie erhält zunächst einen vollständigen Korrosionsschutz, insbesondere an den Schweißnähten. Dann wird eine Grundierung (Primer) aufgebracht, auf die später die Deckschicht aufgetragen wird, die dem Fahrzeug seine endgültige Farbe verleiht.

• Klassifizierung der Karosserien: Bei Ankunft in der Lackiererei werden die weißen Karosserien nach Farbfamilien sortiert.
• Vorbehandlung: Die Karosserien werden gereinigt und entfettet, wobei sie in verschiedenen Bädern vorbehandelt werden. Ein elektronisches Phosphat-System überzieht jeden Teil der Karosserie mit einer Zinkschicht. Diese Bäder sind ein primärer Korrosionsschutz und verbessern die Haftung der nachfolgenden Schichten. Nach dieser Behandlung werden die Karosserien gespült und in Öfen bei 140–180 °C getrocknet.
• Montage von Dichtungen: Mitarbeiter bringen Abdichtungen an, um Nähte in Blechverbindungen und im Innenraum zu versiegeln und so das Eindringen von Wasser, Gerüchen und Staub zu verhindern. Durch diese Maßnahmen bieten Hersteller häufig eine langjährige Garantie gegen Durchrostung (z. B. 12 Jahre).
• Steinschlagschutz (Antigravilla): Antigravilla-Schichten werden von Robotern und Mitarbeitern aufgetragen, um die Abdichtung zu verbessern und die besonders exponierten unteren Karosserieteile vor Korrosion durch Steinschlag zu schützen. Nach einem Durchgang durch den Ofen wird überschüssiges Material manuell entfernt und geglättet.
• Primerauftrag: In speziellen Kabinen wird elektrostatatisch eine Grundierung aufgetragen. Die Primer können je nach Endfarbe in drei verschiedenen Farbtönen ausgeführt werden, um optische Effekte von Steinschlagschutz zu reduzieren.
• Farbauftrag mit Spritzpistole: Anschließend wird in speziellen Kabinen die Basislackfarbe und der Klarlack aufgebracht, häufig ebenfalls elektrostatistisch. Die Oberflächen werden von Mitarbeitern kontrolliert. Nach dem Lackauftrag durchlaufen die Karosserien Trocknungsöfen. Die farbgebenden Basisschichten und der Klarlack verleihen dem Fahrzeug sein endgültiges Aussehen.
• Polieren, Reinigen und Qualitätskontrolle: Während der gesamten Lackierlinie werden Oberflächenrauheiten bearbeitet und es finden mehrere Reinigungs- und Kontrollschritte statt, um mögliche Fehler zu erkennen und zu korrigieren. Am Ende der Linie wird eine visuelle Endkontrolle durchgeführt, die sicherstellt, dass die Lackoberfläche glatt und makellos ist.

Rohbau und Endmontage

Nach dem Entfernen der Abdeckungen zur Montage werden in der Lackiererei lackierte Karosserien weiter bearbeitet: Polster, Verglasung, elektrische und mechanische Komponenten aus anderen Werken werden montiert.

• Markierung der Karosserien: Beim Eintritt in die Montage werden die lackierten Karosserien mit Markierungen versehen. Es wird für jede Karosserie ein Höhen- bzw. Positionsreferenzpunkt (FAV) angebracht, damit alle nachfolgenden Montagearbeiten die korrekten Teile in der richtigen Reihenfolge anbringen können. Jeder parallel gestartete Modulstrang verwendet dieselben Referenzen.
• Einbau der Türen (Vorbereitung): Die Türen werden demontiert und in einer parallelen Linie vorbereitet. Die Montage beginnt in der Regel mit der Installation elektrischer Komponenten wie Fensterhebern und Schlössern.
• Einbau des Armaturenbretts: Das Armaturenbrett wird in einer parallelen Linie vorgerichtet und anschließend in die Karosserie eingesetzt. Für einfache Handhabung, Montage und exakte Positionierung werden Roboterunterstützungssysteme eingesetzt.
• Frontscheibenmontage: Die Verglasung der wichtigsten Bereiche, wie der Frontscheibe, wird in der Regel verklebt. Dieser Vorgang wird von Robotern unterstützt, um eine präzise Handhabung zu gewährleisten.
• Endmontage: Mechanische Baugruppen aus spezialisierten Zentren werden geliefert, vorab vorbereitet (off-line) und dann in der Montagelinie an der Karosserie integriert.
• Aufrüstung der Karosserie: Die Karosserie bekommt Räder, Lenkrad, Kotflügel, Sitze und weitere Komponenten.
• Einbau der Türen (Abschluss): Nach Vorbereitung werden die Türen wieder in ihre endgültige Position an der Karosserie montiert und justiert.

Kontrolle und Versand

Bevor die Fahrzeuge in den Vertrieb gelangen, durchläuft jedes Fahrzeug eine komplette Prüffolge, um die Sicherheit der späteren Fahrer und die Zufriedenheit der Kunden sicherzustellen. Konforme Fahrzeuge werden in entsprechenden Bereichen bereitgestellt und die Leistung aller mechanischen Systeme wird getestet.

• Verladung: Wenn die Tests erfolgreich sind, werden die Fahrzeuge auf Anhänger oder Eisenbahnwagen verladen, abhängig vom Zielort und den Logistikanforderungen.

Neue Technologien

Neue Fahrzeugtechnologien kommen Mensch und Umwelt zugute. Zu den wichtigsten Entwicklungen gehören:

LPG (Autogas)

LPG: Liquified Petroleum Gas (LPG), bestehend aus Propan und Butan, ist kostengünstig und verursacht vergleichsweise geringe Umweltbelastungen. In einigen Ländern, wie z. B. Spanien, ist die Nutzung in Privatfahrzeugen eingeschränkt, sodass LPG vorwiegend bei Taxis verbreitet ist. Peugeot bot in Europa beispielsweise ein Modell "406 GPL" an.

Direkteinspritzung

Direkteinspritzung: Die Benzin-Direkteinspritzung erlaubt den Einsatz magererer Luft-Kraftstoff-Gemische und reduziert den Verbrauch. Motoren wie im VW Lupo FSI passen das Gemisch an die Fahrbedingungen an und tragen dazu bei, dass sich im Katalysator weniger Partikel ansammeln und die NOx-Emissionen reduziert werden.

Biodiesel

Biodiesel: Biodiesel wird aus organischen Pflanzenölen (z. B. Erdnuss-, Sonnenblumen- oder Sojaöl) gewonnen. Mischungen mit Biodiesel emittieren weniger Kohlenmonoxid, weniger Kohlenwasserstoffe und weniger Feinstaub. Er ist biologisch abbaubar und kann mit fossilem Diesel in jedem Verhältnis gemischt werden. Ein Problem sind derzeit noch die höheren Produktionskosten (teilweise deutlich teurer als konventioneller Diesel), obwohl Massenproduktion die Preise senken könnte.

Hybridfahrzeuge

Hybrid: Die Hybridtechnik ist eine der etabliertesten Alternativen. Seit 1997 wurden in Japan bereits zehntausende Hybridfahrzeuge verkauft. Ein Hybrid hat einen Verbrennungs- und einen Elektromotor, z. B. Kombinationen wie 72 PS Elektro und 45 PS Verbrenner (Beispielwerte). Der Verbrennungsmotor kann an Ampeln automatisch abgeschaltet werden und startet wieder beim Loslassen der Bremse. Hybride zeichnen sich durch einen deutlich geringeren Kraftstoffverbrauch aus (z. B. durchschnittlich etwa 6 l/100 km, abhängig vom Modell).

Erdgas

Erdgas: Fahrzeuge können entweder im Dual-Fuel-Betrieb mit Benzin und Erdgas arbeiten oder ausschließlich mit Erdgas. Ein Beispiel: Ein 6-Zylinder-Motor mit etwa 170 PS. Die Gastanks können kompakt ausgeführt sein (z. B. ein 60-Liter-äquivalenter Gastank), so dass ein Reserverad oder ein Ersatzbehälter Platz finden kann. Mit Gas betriebene Fahrzeuge erreichen beispielsweise Reichweiten von rund 250 km, wobei die Energieeffizienz von Erdgas in manchen Anwendungen vorteilhaft gegenüber Benzin ist.

Brennstoffzellen (flüssiger Wasserstoff)

Brennstoffzellen mit flüssigem Wasserstoff: Eine vielversprechende Alternative sind Brennstoffzellensysteme, die Strom aus einem Brennstoff (reiner Wasserstoff, Methanol, Erdgas oder sogar Benzin/Diesel bei entsprechender Aufbereitung) mittels elektrochemischer Oxidation erzeugen. Dadurch entfällt das Problem der begrenzten Batteriedauer. Beispiel: Das Demonstrationsfahrzeug "Necar 4" erreicht rund 150 km/h und hat eine Reichweite von etwa 450 km.

Methanol-Brennstoffzelle

Methanol-Brennstoffzelle: Es existieren Prototypen, bei denen ein Elektromotor von einer Brennstoffzelle versorgt wird, die Wasserstoff aus Methanol erzeugt. Laut Herstellerangaben (z. B. Honda) sollten solche Systeme in den frühen 2000er Jahren marktreif werden. Ein Vorteil ist, dass das System oft bodennaher platziert werden kann und damit länger nutzbaren Raum für die Fahrgastzelle schafft.

Trends

Im frühen 21. Jahrhundert stehen Autos vor zwei zentralen Herausforderungen: Erstens die Erhöhung der Insassensicherheit zur Reduktion von Unfallopfern, zweitens die Verbesserung der Effizienz im Ressourcenverbrauch und die Verringerung der Luftverschmutzung, da diese Faktoren maßgeblich zur Klimaerwärmung beitragen.

Im ersten Bereich wurden verschiedene Sicherheitsmechanismen entwickelt, wie zum Beispiel das Antiblockiersystem (ABS) und Airbags, um den Insassenschutz zu erhöhen. Im zweiten Bereich haben Ölknappheit und steigende Kraftstoffpreise in den 1970er Jahren Ingenieure zur Entwicklung neuer Motortechnologien motiviert (z. B. zur Reduktion des Verbrauchs durch elektronisch gesteuerte Luft-Kraftstoff-Regelung oder durch Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge) sowie zur Erforschung alternativer Antriebe.

Zur Verringerung der Abhängigkeit vom Öl versuchen Länder, erneuerbare Energieträger einzusetzen (z. B. pflanzliche Öle) und prüfen die Verwendung von Wasserstoff, der beispielsweise mit Solarenergie erzeugt werden kann. Wasserstoff ist ein sehr sauberer Energieträger, da bei seiner Verbrennung nur Wasser entsteht.

Verschmutzung

Die Verbrennung von Kohle, Öl und Benzin ist eine Hauptquelle vieler Luftschadstoffe. Fahrzeuge emittieren verschiedene Schadstoffe, die sich negativ auf die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen sowie auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre auswirken. Emissionen wie Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe tragen zur globalen Erwärmung bei.

Erhöhte Konzentrationen dieser Emissionsprodukte halten mehr Wärmestrahlung in der Atmosphäre zurück, wodurch die Temperaturen steigen. Angesichts prognostizierter Ölknappheit (Schätzungen sprechen von deutlich spürbaren Effekten innerhalb von etwa 50 Jahren) suchen Automobilhersteller nach Lösungen: Entwurf und Bau von Fahrzeugen, die alternative Kraftstoffe verbrauchen, wie Biodiesel, flüssigen Wasserstoff, Methanol usw.