Digitale Produktion ist Schlüssel für Erfolg von Flugtaxis

Die Serienproduktion von Flugtaxis wie jene von Lilium ist äußerst komplex und wird derzeit erforscht. Das Produktionssystem muss die hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen der Luftfahrt erfüllen. Eine Kooperation mit dem PEM der RWTH Aachen soll dies möglich machen.

Sebastian Kawollek, Andreas Kraus und Aaron Riegauf
PEM der RWTH Aachen
Florian Petermann
Lilium GmbH, München

Die Mobilität der Zukunft soll schnell, komfortabel, kostengünstig, sicher und vor allem nachhaltig sein. Flugtaxis eröffnen vollkommen neue Anwendungsperspektiven, die das Mobilitätsempfinden in unserem Leben verbessern sollen. Pionier auf diesem Gebiet ist das Start-up Lilium mit Hauptsitz am Flughafen Oberpfaffenhofen bei München.

Gegründet im Jahr 2015, teilt Lilium die Vision einer neuen Art des Individualverkehrs und entwickelt derzeit den „Lilium Jet“ – ein sogenanntes eVTOL Aircraft (electrical vertical take-off and landing aircraft), das wie ein Hubschrauber vertikal abhebt und anschließend in einen horizontalen Gleitflug übergeht. Der Wechsel vom vertikalen in den horizontalen Flug wird durch 36 elektrisch angetriebene und schwenkbare Mantelpropeller ermöglicht.

Lilium plant, den Jet im Jahr 2025 mit einer Reichweite von bis zu 300 km und einer Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h auf den Markt zu bringen. In den ersten Jahren nach der Markteinführung soll noch ein Pilot an Bord sitzen. Langfristig ist jedoch vorgesehen, vollkommen autonom zu fliegen. Bis dahin sollen auch die Kosten des Fluges für den Endkunden vergleichbar mit alternativen Verkehrsmitteln sein. Die ersten Testflüge mit einem Prototyp hat Lilium bereits erfolgreich absolviert. 2019 wurde das erste Werk mit einer Größe von 3000 m² eröffnet. In diesem Jahr folgte ein zweites Werk, in dem die zukünftige Serienproduktion geplant ist.

Neue Herausforderungen im Produktionssystem

Die Produktkategorie dieser Lufttaxis mit einem rein elektrischen Antriebsstrang ist eine absolute Neuheit in der Luftfahrt. Viele regulatorische Fragen sind noch ungeklärt, woraus sich unter anderem Herausforderungen für das Produktionssystem ergeben. So müssen zum einen die hohen Qualitäts- und Sicherheitsstandards der Luftfahrtbranche erfüllt werden. Zum anderen wird eine für diese Branche unüblich hohe Produktionsstückzahl angestrebt. Zudem muss diese mit einer der Automobilindustrie vergleichbaren Kosteneffizienz erreicht werden.

Der Verbau eines elektrischen Antriebsstranges in den Lilium-Jet erfordert darüber hinaus ein neues Montagekonzept für die Traktionsbatterie, das die sicherheitsrelevanten Anforderungen berücksichtigt. Dafür ist die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen und digitalen Produktionssystems erforderlich.

Lilium setzt auf Forschungskooperation mit dem PEM der RWTH Aachen

Lilium hat dazu eine Forschungskooperation mit dem Lehrstuhl für Elektromobilproduktion (PEM) der RWTH Aachen geschlossen. Dieses weist durch zahlreiche Forschungs- und Industrieprojekte eine hohe Expertise in der Entwicklung und Herstellung des elektrischen Antriebsstranges auf. Im Rahmen des Projektes SPRIT (Series Production of Individual Flight Transportation Systems) – gefördert durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen des Förderaufrufes UAS und Flugtaxis – wurde gemeinsam ein Produktionssystem konzeptioniert, das die oben genannten Herausforderungen adressiert.

Als Grundlage analysierten die Ingenieurwissenschaftler dazu Produktionssysteme der Luftfahrtbranche und der Automobilindustrie. Anhand dieser Systeme wurden Anforderungen und Implementierungsrichtlinien definiert, wobei insbesondere bestehende Synergien zu nutzen sind. Der Fokus des Projektes lag dabei hauptsächlich auf den Komponenten des elektrischen Antriebsstranges samt der Traktionsbatterie.

Das digitale Produktionssystem ist der Schlüssel zum Erfolg von Flugtaxis

Um den Zielkonflikt einer gleichzeitigen Erfüllung hoher Sicherheitsanforderungen sowie hoher Stückzahlen zu lösen, ist eine durchgängige Digitalisierung und Vernetzung des Produktionssystems erforderlich. Neben der Konzeption einer IT-Architektur und Prozesslandkarte aller zu entwickelnden IT-Systeme, ist auch das Implementieren digitaler Innovationen eine Kernaufgabe eines digitalen Produktionssysytems.

Auf den Grund gegangen sind die ProjektpartnerLilium und PEM der Fragestellung, welche digitalen Innovationen anwendbar sind und eine Verbesserung darstellen. Neue Technologien und Best Practices aus der Luftfahrt- und Automobilindustrie wurden untersucht. Dabei konnten sechs Anwendungen identifiziert werden, die sich für die Serienproduktion eignen und gleichzeitig einen hohen Reifegrad aufweisen. Beispielsweise bieten Indoor-Tracking-Systeme und Smart Tools einen bedeutenden Vorteil. Mithilfe dieser Anwendungen können sowohl die hohen Anforderungen an die Prozesssicherheit als auch an die erforderliche Dokumentation erfüllt werden.

Im Rahmen ihrer Zusammenarbeit erarbeiteten die Projektpartner darüber hinaus ein Batteriehandbuch für die Traktionsbatterie. In diesem sind sicherheitsrelevante Anforderungen aus den unterschiedlichsten Bereichen eingeflossen. Insbesondere beim Handling, dem Transport und der Lagerung von Batteriezellen, -modulen und -packs wurden Anforderungen definiert, um die Produktion im Sinne der Luftfahrtregularien sicher zu gestalten. Dazu wurden nicht nur verbindliche Vorschriften, sondern auch die Erfahrungen des PEM aus Industrie- und Forschungsprojekten miteinbezogen. Diese Erkenntnisse wurden in einem praxisnahen Leitfaden für die Produktions- und Prozessplanung für eVTOLs zusammengefasst, der die Lücke zwischen verbindlichen Vorgaben und fehlendem Erfahrungswissen schließt.

Ein sicheres und digitales Produktionssystem kann neben einem leistungsfähigen und kostengünstigen Produkt der entscheidende Wettbewerbsvorteil im heiß umkämpften Markt der Flugtaxis sein. Kooperationen verschiedener Kompetenzträger sind dabei ein wichtiger Baustein, um Wissen und Erfahrung branchenübergreifend auszutauschen und den Standort Deutschland weltweit als Vorreiter in dieser neuen Art der Mobilität zu positionieren.