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RWTH: Ein Kettcar mit Elektromotor elektrisiert

Von: Thorsten Karbach
Letzte Aktualisierung:
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Aus Freude am Fahren: Wolfgang Boos vom WZL, Geschäftsführer der Demonstrationsfabrik, weiß um den Spaß, den das Kart bereitet.
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Hat den Dreh raus: Thomas Gartzen vom Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen ist einer der Geschäftsführer der Demonstrationsfabrik Aachen GmbH auf dem Campus.
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Angetrieben wird das Max-e-Kart nicht nur von der Menschenkraft, mit der in die Pedale getreten wird, sondern wie bei einem Pedelec auch von einem Elektromotor.
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Angetrieben wird das Max-e-Kart nicht nur von der Menschenkraft, mit der in die Pedale getreten wird, sondern wie bei einem Pedelec auch von einem Elektromotor.
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Angetrieben wird das Max-e-Kart nicht nur von der Menschenkraft, mit der in die Pedale getreten wird, sondern wie bei einem Pedelec auch von einem Elektromotor.

Region. Elektrisiert. Das hat das Kettcar Aachens Maschinenbauer. Und die lassen sich nicht aus dem Tritt bringen. Das Max-e-Kart wird weiterentwickelt, ein einzigartiges Gefährt, das jüngst in Aachen Weltpremiere feierte. Angetrieben wird es nicht nur von der Menschenkraft, mit der in die Pedale getreten wird, sondern wie bei einem Pedelec auch von einem Elektromotor.

Das Kart hat Scheibenbremsen wie ein Porsche, ein stufenloses Acht-Gang-Getriebe und steht für unerhörten Fahrspaß – eine Testfahrt beweist das. All das gefällt Maschinenbauern wie Wolfgang Boos und Thomas Gartzen vom Lehrstuhl für Produktionssystematik am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen. Hier ist das Kart entstanden. Doch die Begeisterung führt weiter als die Runde durch die Versuchshalle. Es ist all das, was hinter diesem Kettcar steckt, was die Maschinenbauer weiter antreibt.

Schneller und effektiver

Der Weg ist in diesem Fall das Ziel. Anders formuliert: Die Produktion steht im Fokus. Und zwar in der Demonstrationsfabrik im Cluster Logistik auf dem Campus der RWTH Aachen. Hier, auf dem Campus, werden Geschichten am laufenden Band produziert. Das Max-e-Kart ist eine besonders beispielhafte Geschichte, die zeigt, um was es auf diesem Campus eigentlich geht.

Um Forschung für die Praxis – in der Praxis. Denn die Demonstrationsfabrik ist gleichermaßen Produktionsstätte wie Forschungsobjekt. Bei jedem Handgriff, bei jedem Dreh mit dem Schraubenschlüssel steht die Frage im Raum, wie sich die Produktion optimieren lässt. Wie es schneller, reibungsloser, effektiver – also schlichtweg besser gehen kann. Alles steht auf dem Prüfstand. Immer.

Denn das ist ein Problem in einem Land wie Deutschland, in dem die Menschen weit höhere Löhne kassieren als in Osteuropa oder Asien. Laut Eurostat, der europäischen Statistikbehörde, kostete die Stunde Arbeitszeit in Deutschland 2013 in der Produktion 31,70 Euro. In Rumänien dagegen nur 4,70 Euro, in Bulgarien 3,70 Euro. Die Produktion muss angesichts dieser Unterschiede in Deutschland also optimal laufen – egal, ob am Ende ein großes Auto, ein Heizofen oder eben ein Kettcar steht.

Vor allem die Automobilhersteller stehen dabei vor der Herausforderung, dass sie immer mehr Varianten eines Modells anbieten müssen, dafür aber immer geringer werdende Stückzahlen produzieren. BMW beispielsweise will das Elektroauto i3 25.000-fach im Jahr fertigen, den i8 in noch kleinerer Stückzahl. Das ist keine Großserienproduktion mehr.

Die Fertigungskosten verteilen sich auf eine geringere Stückzahl. Die Fertigungskosten pro gebautes Auto steigen also deutlich an – zumindest im Vergleich zu Produkten, die 250.000 oder gar 500.000 Mal im Jahr produziert werden. Das sorgt für Probleme bei der Rendite. Und Lohnkosten lassen sich nicht einfach senken.

Unter diesen Umständen will jeder Handgriff gut überlegt sein. Oder die Produktion wird nach Osteuropa oder Asien ausgelagert. Und das kann nicht das Ziel sein. Also: optimieren, optimieren, optimieren. Die Demofabrik zeigt im Kleinen, wie es im Großen laufen kann. Alles steht auf dem Prüfstand. Immer. Schon bevor die erste Schraube angezogen wird.

Bereits beim Entwurf des Karts, der sogenannten Konstruktionsgestaltung, wurde darauf geachtet, dass am Ende auch vernünftig produziert werden kann. Was nutzt eine schlanke Form, wenn letztlich drei Schrauben so versteckt liegen, dass sie kaum mehr angezogen werden können? Das kostet Zeit, und in der Industrie ist Zeit Geld. Wer hier den Dreh frühzeitig raus hat, der spart.

Fertige Produktionslinie

„Wir haben deswegen sehr früh im Entwicklungsprozess angefangen zu bauen“, erklärt Thomas Gartzen, mit Boos auch Geschäftsführer der Demonstrationsfabrik Aachen GmbH. Es hätte also vor dem ersten Prototypen durchaus noch am Entwurf gefeilt werden können, doch je früher eine fertige Produktionslinie steht, umso früher werden Fehlerquellen und Herausforderungen erkannt. Das ist Forschung an der Wirklichkeit.

Schnell war klar: Wenn viele gleiche Teile verwendet werden, dann vereinfacht dies die Logistik in der Produktion. Wenn nur wenige Werkzeuge auf der Arbeitsplatte liegen, wird effizienter gefertigt. In der Vormontage 1 reichen zwei Hämmer, ein Schraubenschlüssel, zwei Inbusschlüssel und ein Akkuschrauber. Alles andere wäre im Weg. Wenn eindeutig gekennzeichnet ist, was wie zusammengehört, werden Fehlerquellen minimiert.

Untersucht wird natürlich auch die Rolle des Mitarbeiters. Klar ist: Wer öfter einen Handgriff tätigt, wird sicherer und schneller. Aber wie lassen sich Sicherheit und Schnelligkeit sicherstellen, wenn eben nur in kleinen Stückzahlen gebaut wird? „Normalerweise müssten wir, um dies herauszufinden, zu den Automobilherstellern oder anderen Industriepartnern gehen“, erklärt Boos. In Aachen reicht der Weg vom WZL über den Campus-Boulevard ins Cluster Logistik.

Was würde passieren, wenn es nur zwei Vor-, dafür aber vier Endmontageplätze gebe? Was, wenn die Montagetische nicht nebeneinander, sondern in einer U-Form aufgebaut würden? Die Industrie kann diese Fragen in der laufenden Produktion nicht beantworten.

Die Demofabrik, wie es in Kurzform heißt, sehr wohl. Modular und flexibel sind die Abläufe in der kleinen Fabrik – die Arbeitstische kommen von Bosch Rexroth, die ihre Kunden in die Demonstrationsfabrik nach Aachen schicken, um die Möglichkeiten der flexiblen Arbeitsflächen aufzuzeigen. „Das hier ist permanente Innovation“, sagt Wolfgang Boos.

50 Karts ließen sich in einer Schicht fertigen. So eine Schicht dauert in der Industrie acht Stunden. Doch es geht in der Demonstrationsfabrik nicht um Masse. Eine Serienproduktion müsste am Ende anderswo ablaufen. In der Demofabrik sollen in erster Linie Erkenntnisse produziert werden – das dann aber gerne am laufenden Band.

Reihenfolgen in der Montage werden hier immer wieder getauscht, Arbeitsschritte geändert, die Effekte werden gemessen. Kleine Verbesserungen, wie eine simple Halterung, damit die Vorderachse bei der Montage nicht verrutscht, können wertvolle Zeit gewinnen lassen. „Es wäre doch auch langweilig, wenn wir eine fertige, perfekte Produktionslinie hätten“, sagt Timon Rodenhauser, der als Assistent am WZL die Montageplanung in der Demofabrik verantwortet.

Zumal sich die Produktion in ihren Möglichkeiten rasant entwickelt. Ein Stichwort, das in diesen Tagen an der RWTH immer wieder fällt, ist „Industrie 4.0“. Stark vereinfacht ausgedrückt, geht es um eine weitreichende Vernetzung von realer Produktion und virtueller Steuerung. Für große Konzerne wie Siemens ist das ein wichtiges Thema, in der Demonstrationsfabrik ist mit Sick der Marktführer in Sachen Sensorik beim Kettcar mit im Boot.

Für den Bau des Max-e-Karts heißt „Industrie 4.0“ beispielsweise: Die Bauteile erhalten so etwas wie Barcodes (sogenannte Tags), an Hand derer auch außerhalb der Halle erkennbar ist, wo sich Achse oder Lenkrad befinden. Anderes Beispiel: Anhand des Gewichtes eines Schraubenbehälters ließen sich die Vorräte kontrollieren und Nachbestellungen würden automatisch rausgehen, wenn ein gewisses Gewicht unterschritten wird.

Idealerweise geht der Auftrag automatisch beim Schraubenhersteller ein und wird abgewickelt. Oder: Die noch ausgedruckten Montageanleitungen – Gartzen spricht vom Ikea-System – werden durch virtuelle Animationen oder Videos ersetzt, die sich am Erfahrungsschatz des Mitarbeiters orientieren.

Steht dort eine routinierte Kraft, werden weniger Arbeitsschritte abgebildet als bei einem Neuling. Viele Impulse dazu kommen aus dem Cluster Logistik mit seinem sogenannten Innovation-Lab, einem virtuellen Labor. Schöne neue Welt! Spannende neue Welt!

Studenten profitieren

Die Industrie ist auf dem Campus immer mit dabei, sie kann sich an der Forschung beteiligen, schaut immer genau hin. Es mag nicht das komplexeste Endprodukt sein, dieses Kart, aber in seiner Fertigung lässt sich der gesamte Produktionsprozess erfahren. Das ist für Automobilhersteller, -Zulieferer, aber auch Maschinenproduzenten von gewaltigem Interesse.

Und von all dem profitieren auch die Studenten. Das Kart wird in die Lehre einbezogen. Die Studenten müssen die Produktionszyklen analysieren, erhalten Konstruktionsübungen. Ja, ja, grau ist alle Theorie, blau dagegen die Abdeckung des Karts, an dem sie ihr Wissen direkt anwenden können.

„Das ist attraktiv, wir können unsere theoretischen Fragestellungen in die Praxis übertragen. Schönere Arbeit können wir uns für die Studenten gar nicht vorstellen“, erklärt Boos. Das war so bisher nicht möglich. Und es können nicht nur Fragestellungen übertragen werden, es können auch die Ergebnisse überprüft werden.

„Auf einmal können wir in der Realität validieren. Das hat einen ganz neuen Forschungscharakter“, sagt Gartzen. Die zugehörigen Vorlesungen und Seminare sind überaus beliebt. Ganz schön praktisch das Ganze.

Es mag auch an anderen deutschen Hochschulen ähnliche Demonstrationsfabriken geben. Aber in keiner wird eine Idee aus der Produktentwicklung am Ende zu einem Produkt, das in Kleinserie gefertigt und verkauft wird. Anderswo wird wieder auseinandermontiert. Schlimmstenfalls entsorgt.

Das Max-e-Kart – 1,64 Meter lang, kaum einen Meter breit – ist nicht nur greif-, sondern auch fahrbar. Auch wenn es nicht auf der Straße bewegt werden darf. Es ist weder Fahrrad noch Quad. „Es gibt so etwas eben noch nicht und dementsprechend kein Formblatt, um eine Zulassung zu beantragen“, erklärt Boos.

Abseits des Straßenraums, auf Privatgelände, darf es aber unbegrenzt bewegt werden. Und erste Firmen haben bereits geordert, um mit dem Kettcar ihre Schlosser über das Gelände zu schicken. Die sind bislang auf Fahrrädern unterwegs, den Werkzeugkasten auf den Gepäckträger geklemmt.

Kein Leichtbau

Der Weg des Karts lässt sich bis zu einem Studentenprojekt zurückverfolgen. Es waren in der Tat Studenten, die den Bau eines solchen Gefährtes und seine Vermarktung zumindest als Idee entwickelten. Da sah das Kart natürlich noch ganz anders aus. Einfacher. 2012 gewann dann der erste Prototyp Gestalt. Jetzt steckt schon eine ganze Menge Hightech in diesem Flitzer.

Der Motor des Automobilzulieferers Brose wird bald durch einen leistungsstärkeren ersetzt. 70 Kilogramm bringt das Kart auf die Waage. Es ist kein Leichtbau. Zunächst ging es darum, eine möglichst steife Karosse zu entwickeln. Auch wenn die am Ende recht schwer ist. Schwieriger werden die nächsten Schritte: Denkbar ist ein Aluminiumrahmen, aber auch einer aus Glasfaser.

Und am Ende elektrisiert die Maschinenbauer auch der Gedanke, das Kettcar mit Licht, Blinker und Hupe oder einem zweiten Sitz zu versehen, die Batterie in den Rahmen zu integrieren und mit dem stärkeren Motor schneller zu beschleunigen. Tempo 40 bringt es aktuell auf den Asphalt. Wie bei einem großen BMW ist der Motor gedrosselt. Die Freude am Fahren lässt sich davon aber nicht bremsen.

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