Servopressen sichern die Qualität von EV-Achsen

Zur Montage von Antriebskomponenten bei Liuzhou AAM gehört das NCFH-Fügemodul mit Hohlwellenmotor. Foto mit freundlicher Genehmigung von Kistler Instrument Corp.

Wie viele Länder der Welt betrachtet China Elektrofahrzeuge (EVs) aufgrund ihrer geringen Emissionen und hohen Energieeffizienz als nachhaltiges Transportmittel. Die chinesische Regierung hat erheblich in die Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen investiert.

Infolgedessen verfügt China über die mit Abstand größte Elektrofahrzeugindustrie der Welt. Zwischen 2018 und 2023 produzierten chinesische Autohersteller mehr als 13 Millionen Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybridfahrzeuge – mehr als jedes andere Land, so das Marktforschungsunternehmen Statista. Das ist dreimal so viel wie die Zahl der in Deutschland (4,4 Millionen) oder den USA (4,1 Millionen) produzierten Elektro- und Hybridfahrzeuge.

Allein im Jahr 2021 produzierte Chinas Automobilindustrie 3,5 Millionen Einheiten, etwa 1,6-mal mehr als die Branche im Jahr 2020. Die Einnahmen aus dem Elektrofahrzeugmarkt erreichten in diesem Jahr rund 102,2 Milliarden US-Dollar und waren damit die höchsten im asiatisch-pazifischen Raum.

Spitzenreiter bei Pkw-Elektrofahrzeugen ist in China SAIC Wuling Automobile Co., das im Jahr 2021 mehr als 424.350 Einheiten verkaufte und damit sowohl Tesla als auch BYD übertraf. SAIC Wuling Automobile ist ein Joint Venture zwischen SAIC Motor Corp., General Motors und Liuzhou Wuling Motors Co. und stellt Nutz- und Verbraucherfahrzeuge her, die unter den Marken Wuling und Baojun verkauft werden. Das Joint Venture mit Sitz in Liuzhou, China, hat sich schnell zu einem der größten Hersteller von Minicars und Microvans in China entwickelt.

Der wichtigste Zulieferer von SAIC Wuling Automobile für Achsen und andere Antriebsstrangkomponenten ist Liuzhou AAM Automobile Transmission System Co., ein Joint Venture zwischen Liuzhou Wuling Motors und dem amerikanischen Tier-1-Zulieferer American Axle & Manufacturing Inc.

Im März 2020 begann Liuzhou AAM mit der Herstellung elektrischer Antriebe für den Baojun Kiwi, ein viersitziges Stadtauto mit zwei Türen und einer Heckklappe. Bei der Herstellung von Achsen für gasbetriebene Fahrzeuge verwendete Liuzhou AAM hydraulische Pressen. Bei den Achsen für Elektrofahrzeuge war es jedoch anders.

SAIC Wuling Automobile ist ein Joint Venture zwischen SAIC Motor Corp., General Motors und Liuzhou Wuling Motors Co. und stellt Nutz- und Verbraucherfahrzeuge her, die unter den Marken Wuling und Baojun verkauft werden. Foto mit freundlicher Genehmigung von SAIC Wuling Automobile Co.

Der Baojun Kiwi gehört zu den meistverkauften Elektrofahrzeugen in China. Foto mit freundlicher Genehmigung von SAIC Wuling Automobile Co.

„[Die hydraulischen] Maschinen konnten keine Echtzeitüberwachung und präzise Presspassungen ermöglichen“, sagt Chen Chuanliang, ein leitender Verfahrensingenieur bei Liuzhou AAM. „Im Montageprozess kam es häufig zu Qualitätsproblemen wie schiefen Flächen, geschaufelten Kanten und beschädigten Teilen durch zu hohen Druck.“

Bevor er zu Liuzhou AAM kam, war Chen für die Prozessentwicklung von Untersetzungsantrieben und Hinterachsen bei Liuzhou Wuling Motors verantwortlich. „Produktprobleme durch die alten Maschinen führten immer zum Stillstand einer Produktionslinie und verursachten wirtschaftliche Verluste entlang der Lieferkette. Was noch schlimmer ist: Wenn nach der Fahrzeugmontage ein potenzielles Qualitätsproblem auftauchte oder ungewöhnliche Geräusche zu hören waren, würden Kundenbeschwerden folgen“, fügt er hinzu.

Um solche Probleme an der Montagelinie für Elektrofahrzeugachsen zu verhindern, benötigte Liuzhou AAM ein Presspassungssystem, das eine präzise Kontrolle über Kraft und Verschiebung ermöglichte. „Wir waren auf der Suche nach einem benutzerfreundlichen System, das die Einpressgeschwindigkeit entsprechend der Geschwindigkeit der Produktionslinie und den Anforderungen der Arbeitsstation steuern kann“, sagt Chen. „Außerdem musste es Echtzeit-Feedback liefern und die Verschiebungs- und Kraftparameter automatisch anpassen, um so den Zeitaufwand zu reduzieren, den die Ingenieure für die Anpassung der Presse vor Ort aufwenden mussten.“

Elektromechanische Servopressen und Überwachungssysteme von Kistler Instrument Corp. erfüllten die Anforderungen. Konkret hat Liuzhou AAM seine Montagelinie für Untersetzungsantriebe mit den NCFH- und NCFN-Verbindungssystemen von Kistler ausgestattet, während NCFE-Verbindungssysteme für die Montage von Zahnrädern, Beschleunigern, Lagern, Öldichtungen, Halbwellen, Buchsen und anderen Produkten verwendet werden.

Der NCFN ist für Anwendungen vorgesehen, die eine Kraft von 5 bis 300 Kilonewton erfordern. Für hochdynamische Prozesse und kurze Taktzeiten ist der NCFH mit einem Hohlwellenmotor ausgestattet. Seine Kraftabgabe reicht von 1 bis 60 Kilonewton. Beide verfügen über eine integrierte Kraftregelung sowie eine hohe Geschwindigkeit und Messgenauigkeit. Und beide sind mit einer aktiven Durchbiegungskompensation ausgestattet. Der NCFE verfügt über einen integrierten Dehnungsmessstreifen-Kraftsensor und ist in vier Größen von 2 bis 80 Kilonewton erhältlich.

Ingenieur Li Liuyi hilft beim Aufbau des maXYmos-Prozessüberwachungssystems im Montagewerk von Liuzhou AAM. Foto mit freundlicher Genehmigung von Kistler Instrument Corp.

Der maXYmos erfasst, zeichnet und analysiert die XY-Kurven zweier Variablen in einem Montageprozess, beispielsweise Kraft und Abstand bei einem Einpressvorgang. Mit solchen XY-Messungen kann die Qualität eines einzelnen Fertigungsschritts, einer Reihe von Schritten oder eines gesamten Produkts überwacht werden. In Kombination mit den piezoelektrischen Sensoren von Kistler gewährleistet das System robuste und genaue Messungen von Prozess- und Qualitätsdaten, selbst bei schwierigen Umgebungsbedingungen, begrenztem Bauraum oder sehr geringen Kräften. Für die Übertragung von Messdaten, die Fernwartung und die Kanalkaskadierung wird ein Ethernet-TCP/IP-Netzwerk verwendet. Daten können in mehreren Formaten exportiert werden, z. B. Q-DAS, XML, CSV und PDF. Zur optionalen Ausstattung gehört ein Anzeigemodul mit 10,4-Zoll-Farb-Touchscreen und frontseitigem USB-Anschluss.

Dank der Kistler-Produkte ist „die Ausschussrate von Öldichtungs- und Lagerprodukten stark zurückgegangen“, sagt Chen.

Servopressen haben die Ausschussrate für Öldichtungs- und Lagerprodukte drastisch reduziert. Foto mit freundlicher Genehmigung von Kistler Instrument Corp.

Kompatibilität und Flexibilität waren zentrale Anforderungen für Liuzhou AAM. Hochautomatisierte Montagelinien erfordern eine perfekte Kontrolle des Produktionstempos. Um die Effizienz und Produktivität zu steigern, muss jede Presse in der Linie die technischen Anforderungen einer Vielzahl von Baugruppen erfüllen.

Die Fügemodule von Kistler erfüllen diese Anforderungen. „Ein Vorteil der Kistler-Geräte ist ihre hohe Flexibilität. Aus der Sicht eines Verfahrensingenieurs ist das ein großer Komfort“, sagt Chen.

Darüber hinaus zeichnen sich die Geräte durch einen einheitlichen Aufbau und eine kompakte Bauweise aus, die die Integration in die Montagelinien des Unternehmens vereinfachen.

Weitere Informationen zur Servopressen-Technologie finden Sie unter www.kistler.com.

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