Im Zeitraffer zum serienidentischen Prototypen

Ideen sollen schnell Gestalt annehmen. Im ersten Schritt geht es darum, dass Ingenieure bereits in der frühesten Entwicklungsphase das Design neuer Bauteile erleben und spüren, beurteilen und optimieren können. Konzeptfahrzeuge sollen einen vollwertigen optischen Eindruck vermitteln – auch für die Abstimmung bis in die Unternehmensspitze hinein. Um das zu erreichen, sind Modellbauspezialisten in der Entwicklung und Serienvorbereitung neuer Fahrzeugmodelle wichtige Partner der Automobilindustrie. Neben dem Fertigen einzelner Bauteile rückt die Herstellung und Montage ganzer Baugruppen für kleine Serien zum wichtigen Standbein im Modellbau auf.

Nach den Konzeptfahrzeugen sind Vorserienprototypen gefragt, die im Rahmen der Entwicklung angepasst werden und Erprobungen und Tests durchlaufen. „Die Teile müssen wie ein Serienteil überzeugen“, sagt Michael Mayer. „Für die Prototypen sollen alle Modellbauteile als Baugruppen so funktionieren, als wären es schon Serienkomponenten“, fährt der Projektleiter Alu-Werkzeuge der Modellbau Robert Hofmann GmbH in Lichtenfels fort. Industrial oder Rapid Prototyping bedeute dabei, den Baugruppen eine serientaugliche Gestalt zu geben. Generell gilt: Optik, Haptik, Finishing, Materialeinsatz und Funktion stehen einem klassischen Großserienteil in nichts nach. Zeit- oder kostenbedingt kann aber auch davon abgewichen werden. Etwa Zum Beispiel bei einem Konzeptfahrzeug. Teilweise wünschen die Kunden bei Fügenähten im Nicht-Sichtbereich auch Ausführungen, die von der Serie abweichen. Aber für Funktionsteile gelten die gleichen Bedingungen, wie für die Serienteile. Da seien selten Abstriche erlaubt, betont Mayer. Im Vergleich zum Rapid Prototyping geht das Industrial Prototyping einen Schritt weiter in Richtung Stückzahlen. Es ist die Methode der Wahl, um unter dem heute üblichen Zeit- und Kostendruck ein Serienmodell auf den Weg zu bringen.

Nach Abschluss der eigentlichen Autoentwicklung müssen Vorserienfahrzeuge bereitgestellt werden, damit die Vertriebsstruktur in die Vermarktung einsteigen kann. Im Fall des Projekts Golf VII hieß das für die Modellbauspezialisten von Hofmann: Nach den Einzelteilen für die Konzeptfahrzeuge galt es, die Ausstattungen von 100 Prototypenfahrzeugen und schließlich von 50 bis 100 Vorserienfahrzeugen zu liefern. Diesem dreistufigen Ablauf stellt sich der Modellbau mit unterschiedlichen Strategien.

„Wir verwenden formgebundene Verfahren, wie Alu-Werkzeuge, Abgüsse aus Kunstharz-Werkzeugen oder Silikonformen und formlose Verfahren, wie das Lasersintern, bei dem Schicht für Schicht ein originaler Polymerwerkstoff gedruckt wird“, erläutert Mayer. Lasersintern gehe bis hin zu Instrumententafel-Dimensionen. Dazu kommen später noch Veredelungstechniken, wie das Bedampfen eines Scheinwerfer-Reflektors. Standardlösungen gibt es nicht. „Das hängt primär von den Losgrößen ab“, sagt der Modellbauspezialist. „Und natürlich von den Zeitvorgaben und dem Budget.“ Abhängig von den Losgrößen geben die Spezialisten von Modellbau Hofmann Empfehlungen. „Bei Kleinserien lohnen sich vielleicht Alu-Werkzeuge, wenn es echte Unikate sein sollen, dann vielleicht das Lasersintern“, erläutert Mayer. Je nach Verfahren sind die Übergangsstellen von einer Strategie zur anderen höchst unterschiedlich. Beim Lasersintern gilt die Herstellung von Großteilen von einem bis fünf Stück als wirtschaftlich. Kleinteile entstehen so bis Losgrößen von 50 Stück, Kleinstteile lassen sich generativ bis etwa 500 Stück wirtschaftlich herstellen. „Für größere Lose steigen wir dann auf Alu-Werkzeuge um, wenn es um den Nicht-Sichtbereich geht. Haben wir es mit Hochtemperatur-Polycarbonat oder Duroplasten zu tun oder gibt es die Forderung nach Angusssystemen, wie in der Serie, kommen gehärtete Stahlformen zum Einsatz.“

Als besondere Herausforderungen beim Projekt Golf VII nennt Mayer das mit den Baugruppen Halogenscheinwerfer, Nebelscheinwerfer, Rückstrahler, Rückleuchten, Verkleidungen der Heckklappe, Beplankung der Sitzverkleidung und der Instrumententafel sehr breite Anforderungsspektrum. „Das sind doch sehr unterschiedliche modellbautechnische Aufgabenstellungen mit speziellen Veredelungen, wie Bedampfen, Beflocken, Kaschieren oder Lackieren. Selbst Dichtigkeitsprüfungen nehmen wir für unseren Kunden vor.“ Dann sei auch die Zeitvorgabe anspruchsvoll gewesen, denn Versuchsfahrzeuge und Prototypen müssen bei einem Volumenmodell fristgerecht zur Verfügung stehen. „Zum anderen war neu, dass wir die meisten Teile direkt mit Volkswagen in Wolfsburg abstimmen konnten. Einzelteile des Scheinwerfers und der Rückleuchten liefen klassisch über einen OEM. Hier war das Valeo. Und dann war natürlich das reine Volumen eine echte Herausforderung.“

Nach der Klärung der Konstruktion mit Volkswagen übernahm Hofmann die Vorbereitung von Formen und den Einsatz von Rapid-Technologien wie dem LaserCusing. Üblich sind Verfahrenskombinationen und -strategien, um eine hochkomplexe Baugruppe, wie etwa eine Instrumententafel herzustellen. Liegt bei einem vergleichbaren Großserienteil die Entwicklungszeit bei rund 25 Wochen, so konnte der Modellbau mit seinen Technologien in zwölf Wochen die Vorserienteile des Golf VII bei Volkswagen anliefern. Neben dieser zeitlichen Komponente, die bei neuen Modellen oft das ausschlaggebende Kriterium darstellt, treten zunehmend auch Überlegungen auf der Kostenseite auf den Plan.

Vor allem aufgrund dieser Zeit- und Kostenaspekte setzt Volkswagen auf kompetente Partner im Modellbau. Im Industrial Prototyping ist die verlässliche und termingerechte Lieferung von hochwertigen Bauteilen in der benötigten Stückzahl ein Schlüsselfaktor.

Der zur Hofmann Innovation Group gehörende Modellbau Hofmann verfügt über das nötige Spektrum für solche Aufgaben und ist eingebettet in einen Werkzeugbau, der parallel Großserienwerkzeuge an Volkswagen liefern kann. Beim Golf VII ging es dabei um 30 Spritzgießformen, die in zehn Wochen bereitzustellen waren.

Für die Entwicklungs- und Fertigungsingenieure von Volkswagen ist ein kompetenter Partner mit breitem Angebot von Vorteil: Zum einen kommen sie in Kontakt mit innovativen Verfahren des Spritzgießens, nutzen Material- oder Verfahrenskompetenzen und sie erhalten auflagenstarke Prototyping-Lösungen, die genau auf das Entwicklungsprojekt zugeschnitten sind. „Außerdem ist es wohl attraktiv alles aus einer Hand und direkt abgestimmt zu bekommen“, meint Mayer. „So liefern wir die Prototypen-Baugruppen und später die Serienwerkzeuge aus unserer Gruppe. Auch in der internen Abstimmung greifen wir auf die Kompetenzen und Teilarbeiten aller Gruppenmitglieder zurück.“ So kommen Frästeile vom Standort Dresden oder bei einfachen Teilen auch vom Standort in China. Als weiterer Aspekt seien die innovativen Fertigungsverfahren und Werkzeugkonzepte für die Serie zu nennen, ergänzt Mayer. „Unsere Werkzeugkollegen stehen auch in der Serienfertigung für Wartungs- oder Präventionsaufgaben an der Seite des Kunden. Wir vom Modellbau kommen wieder für Sondermodelle ins Spiel, etwa den Golf Plus oder den GTI.“

Alles aus einer Hand, Prototypen und später Serienwerkzeuge – das wirkt sich auf die Qualität und den Zeitrahmen des Projekts spürbar aus. Der Kunde erhält durch den engen Kontakt zum Modellbau Impulse in der Entwicklungsphase, während der Werkzeugbau übergangslos die Brücke zu den Fertigungsfachleuten schlägt“, so Mayer. Der Serienanlauf des Golf VII verlief denn auch genau nach Plan.

Robert Hofmann Geschäftsführer Modellbau Robert Hofmann GmbH, Lichtenfels