Volvos Megacasting im Praxiseinsatz: Prozess, Qualität und Materialkreislauf

In Volvos Werk Torslanda ersetzt ein einziges Aluminiumgussteil Hunderte gestanzte und geschweißte Komponenten im Modell EX60. Peter Schüler, Leiter der Megacasting-Fertigung, erklärt die Physik, den Prozess und den industriellen Anspruch hinter Europas fortschrittlichster Hochdruck-Druckgießzelle.

Volvo ist der erste europäische OEM, der die Megacasting-Technologie im Produktionsmaßstab einsetzt, und der erste Kunde weltweit für eine Maschine dieser speziellen Größe, Schussmasse und Zykluszeit. Peter Schüler, Shop Manager für Megacasting in Torslanda, deutet auf das fertige Bauteil – mit dem berechtigten Selbstvertrauen eines Ingenieurs, der zwei Jahre lang an dessen Entstehung gearbeitet hat. „Nach zwei Jahren ist das hier das Produkt für den Anlauf der Produktion.“

Von Coil zu Casting: Volvo überwindet Stanzen

Um zu verstehen, wofür Megacasting steht, muss man zunächst verstehen, was es ersetzt. Der Boden des aktuellen Volvo XC60 ist ein Mosaik aus gepressten Stahlkomponenten. Das Rohmaterial kommt als Coils an, wird zu Platinen zugeschnitten und unter aufeinanderfolgenden Presswerkzeugen in Form gebracht.

„Im Durchschnitt benötigen wir historisch gesehen dreieinhalb Pressvorgänge, bis wir ein gutes Bauteil haben“, erklärt Schüler. Jeder Umformschritt erfordert Werkzeuge, Transport, Zwischenlagerung und Prüfung, bevor die nächste Stufe beginnen kann. Mehrere Unterbaugruppen werden separat gefertigt und anschließend im Karosseriebau zusammengeführt. „Wir würden spannen, schweißen, spannen, schweißen, spannen, schweißen.“ Das Ergebnis dieses traditionellen Ansatzes ist ein komplexer Prozess. Und es ist ein Prozess, der strukturell unnötige Verzögerungen schafft. 

Megacasting bricht dies vollständig auf. Während der XC60 Dutzende gepresster und geschweißter Komponenten benötigt, um sein Unterbodenmodul zu bilden, besteht die hintere Bodenstruktur des EX60 aus einem einzigen Aluminiumguss. „Wie viel Zeit sparen wir also?“, fragt Schüler rhetorisch. „Wir gehen von Monaten auf Tage.“ 

Diese Reduzierung ist ebenso strategisch wie operativ. Weniger Komponenten bedeuten weniger Lieferanten, weniger interne Logistikflüsse, weniger Prüfpunkte und einen grundlegend anderen Kapitalbedarf. Der EX60 wurde von Beginn an mit diesem Ziel entwickelt. Er ist, wie Schüler sagt, „konsequent als Elektrofahrzeug konzipiert und geboren“ und nicht aus einer Verbrennerarchitektur abgeleitet. Sein Boden und die darin untergebrachte Batterie wurden vom ersten Konstruktionsentwurf an als ein einheitliches System gedacht.

Die Physik des Metallgießens bei hoher Geschwindigkeit

Druckguss in dieser Größenordnung ist ebenso sehr eine Herausforderung der Materialwissenschaft wie eine mechanische. Aluminium verhält sich auf eine Weise, die unzureichende Werkzeuge gnadenlos bestraft, insbesondere bei den Volumina und Einspritzgeschwindigkeiten, die die Automobilproduktion erfordert. Schüler beschreibt sehr genau, welche Schwierigkeiten sein Team beherrschen musste, bevor die Anlage zuverlässig laufen konnte.

„Das Schwierige ist es, Material von A nach B zu bewegen. Es geht darum, von breit auf schmal oder von schmal auf breit zu gehen, was den Prozess verlangsamt. Schwierig ist außerdem, dass es bei gepresstem Material zu Turbulenzen kommt.“

Turbulenzen beim Druckguss-Schuss bedeuten eingeschlossene Luft. Eingeschlossene Luft führt zu Porosität im fertigen Bauteil. Porosität bedeutet Ausschuss bei Strukturgussteilen und ist bei Stückzahlen im Automobilbereich ein inakzeptabler Abfall. Den Fluss von 93 Kilogramm flüssigem Aluminium über die gesamte Geometrie eines Fahrzeugunterbodens so zu steuern, dass jede Kontur der Form gefüllt wird, ohne Fehler zu erzeugen, erfordert Simulationsfähigkeiten, die Volvo bereits in der frühen Entwicklungsphase des Programms aufgebaut hat. 

Anlagenverfügbarkeit als Schlüssel für gleichbleibende Qualität

Der Volvo-Experte erläuterte vor Ort, wie der thermische Prozess exakt abgestuft ist. „Wir kaufen das Rohmaterial. Sehen Sie den Aufzug dort drüben? Er fährt direkt hinauf zur Schmelzlinie. Im Turm kippen wir das Material ein und zünden die Brenner – bei 750 Grad Celsius beginnen wir mit dem Schmelzen. Dann läuft es durch die Schwerkraft in einen Warmhalteofen.“

Der gesamte Zweck des Warmhalteofens, so Schüler, bestehe darin sicherzustellen, dass sie immer mit genau dem Tempo schmelzen können, das für die Schüsse benötigt wird. Vom Warmhalteofen gelangt das Material in einen Dosierofen, der auf den Schusstakt der Presse abgestimmt ist. „Und von dort aus füllen wir 93 kg in eine Gießkammer. Innerhalb von Millisekunden injizieren wir es in die Form und beginnen dann mit dem Kühlen.“

Auf die Betriebstemperaturen im gesamten Prozess angesprochen, wird Schüler präzise: „Was die Temperaturen angeht, nochmals: Wir schmelzen bei etwa 700 Grad bis 750 Grad, wir injizieren bei 250 Grad, wir beschneiden bei rund 60 Grad und kühlen auf 30 Grad herunter.“

Aufeinanderfolgende Schüsse sind ebenfalls eine Voraussetzung für gleichbleibende Qualität. „Jedes Mal, wenn Sie das Werkzeug abkühlen, starten Sie wieder bei null. Dann müssen Sie das Werkzeug erneut aufheizen, und nach drei Schüssen haben Sie wieder Serienteile. Deshalb ist die Verfügbarkeit der Maschine der Schlüssel, um das erreichen zu können“, betont Schüler. Eine stillstehende Maschine produziert nach dem Wiederanlauf in den ersten Zyklen nichtkonforme Teile. Die Anlagenverfügbarkeit ist hier somit ebenso ein Qualitätskennwert wie ein Produktivitätsindikator.

Ein 93-kg-Schuss und ein 43-kg-Bauteil: die Materialarithmetik

Beim Megacasting verlässt dieses abgetrennte Material die Fabrik nicht. „Dieses Aluminium geht in den Behälter und direkt in die Schmelzkette. Das bedeutet, dass man jetzt die Komplexitätsreduktion über die gesamte Wertschöpfungskette verstehen kann.“ Sind die Sammelbehälter voll, wird der Aufzug, der den Schmelzturm beschickt, daraus wieder befüllt.

„So können wir jedes einzelne Stück dieses Materials nutzen, das wir eingekauft haben“, erklärt der Volvo-Ingenieur. Es handelt sich um einen geschlossenen internen Kreislauf, und der Kontrast zum Stanzen ist deutlich. In einer herkömmlichen Presserei verlässt der Metallschrott das Werk, muss extern wiederaufbereitet werden und kommt als neuer Coil kostenpflichtig zurück. Hier ist der Kreislauf kurz und vollständig intern.

Der Gewichtsvorteil von Aluminium gegenüber Stahl ist erheblich. „Normalerweise sagen wir, dass diese Art der Herstellung von Fahrzeugteilen nur etwa die Hälfte des Gewichts der traditionellen Methode ausmacht. Wir sparen also 50 Prozent an Gewicht.“ Für ein batterieelektrisches Fahrzeug, bei dem jedes eingesparte Kilogramm die Reichweite erhöht und den erforderlichen Batterieumfang reduziert, ist dies keine marginale Verbesserung. Es ist ein struktureller Vorteil, der von Anfang an in das Produktionsverfahren eingebaut ist.

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