ERDGAS für die industrie.

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Einsatz von Erdgas zur Herstellung sicherer Autoteile Im Kasseler Volkswagen-Werk entstehen hochfeste Karosserieteile – auch dank Erdgas.

Erdgas und Fahrzeuge – das passt nicht nur bei Antrieben. Auch bei der Fahrzeugproduktion übernimmt Erdgas eine wichtige Rolle. So nutzt Volkswagen den Energieträger zur Warmumformung von Stahlblechen, die später die Fahrgastzelle des Wagens bilden. Erdgasbetriebene Öfen erhitzen die Bleche, bevor sie in der Presse geformt und gekühlt werden. Wieder erkaltet, ist das Material doppelt so hart wie vor der Erhitzung. Wegen der hohen Steifigkeit des ultrahochfesten Stahls können beispielsweise bei der Karosserie des Golf VII rund 23 Kilogramm beim Gesamtgewicht eingespart werden. Das Ergebnis: Materialkosten und Ressourceneinsatz, aber auch Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen sinken. Und das bei gleichem Schutz für die Insassen. 60.000 warmumgeformte Teile verlassen täglich das zweitgrößte deutsche VW-Werk bei Kassel.

Jede Anlage hat einen eigenen Ofen

In der riesigen Halle ist es warm und laut. Gewaltige Maschinen verrichten hinter Schutzgittern ihre Arbeit.
Die elf Warmumformlinien füllen eine 250 Meter lange und 60 Meter breite Fläche. Jede der Anlagen hat einen eigenen Ofen mit mehreren Dutzend Gasbrennern sowie eine Presse.

Die Anlage folgt einem vorgegebenen Programm, formt aus Stahlblech entweder B-Säule, Schweller oder eine andere Komponente der Fahrgastzelle. Der gesamte Prozess ist weitgehend automatisiert, nur wenige Menschen sind nötig. Zu ihren Aufgaben gehören unter anderem, mit Staplern Teile zu transportieren oder Qualitätskontrollen durchzuführen.

1000 Tonnen Stahlblech am Tag

Das Stahlblech ist zu jeweils 30 Tonnen schweren Rollen gewickelt, wobei ein einzelner Strang nur 1 bis 2,5 Millimeter dick ist. „Pro Tag verarbeiten wir rund 1000 Tonnen Stahlblech, also über 30 dieser Rollen“, sagt Carl Steffen Maurer, der für die Warmumformung verantwortlich ist. Aus dem Blech schneidet eine Maschine Rohlinge zu, sogenannte Platinen.

Ein Roboter greift einen Rohling aus einem Gestell und legt ihn auf Transportrollen, die in die Ofenkammer hineinführen. Der Feuerschein am Ofeneingang täuscht: Im Inneren gibt es keine offenen Flammen, sondern die Gasflammen brennen in keramischen Rohren. „Das reicht, um die gesamte keramikverkleidete Kammer zum Glühen zu bringen“, erklärt Maurer.

Von Raumtemperatur auf 950 Grad

Während der Rohling langsam, aber stetig die 25 Meter lange Ofenkammer durchquert, wird er auf 950 Grad Celsius erwärmt. Bis das Blech in der Presse ankommt verliert es 250 bis 300 Grad. Noch in mehreren Metern Abstand ist die von ihm abstrahlende Hitze zu spüren. Ein Roboter fasst das glühende Blech mit Klemmgreifern und legt es in die geöffnete Presse. Dabei wird das Blech auf Dorne aufgesteckt, die es in Position halten. Dann senkt sich die hydraulische Presse und bringt den Hallenboden förmlich zum Beben.

Die Umformwerkzeuge, die dem Blech seine Form geben, sind wassergekühlt und lassen die Temperatur des Blechs auf etwa 150 Grad abfallen. Das gleichzeitige Pressen und Kühlen dauert exakt 5,5 Sekunden und verändert die Mikrostruktur des Stahls: Dieser ist nun doppelt so hart wie vorher. Auch äußerlich hat sich das Material verändert, es ist nicht mehr glänzend, sondern dunkel und matt. Das Blech wird von einem weiteren Roboter in ein Transportgestell gelegt, die Warmumformung ist abgeschlossen. Später werden die Konturen des Teils nachgearbeitet und Löcher für die Montage ausgeschnitten – in einer speziellen Laserschneidanlage. Denn für mechanische Blechschneidegeräte ist das Material jetzt zu hart.

1. Das Stahlblech ist 1 bis 2,5 Millimeter dick und anfangs zu Rollen gewickelt.

2. Zugeschnitten und aufgestapelt: Rohlinge vor der Bearbeitung in der Warmumformlinie.

3. Ein Roboter greift die Rohlinge aus einem Gestell und legt sie auf die Transportrollen der Anlage.

4. Sobald die Rohlinge in die 25 Meter lange Ofenkammer hineinfahren, beginnen sie zu glühen.

5. Gut 600 Grad heiß und glühend verlassen die Bleche den Ofen.
 
6. Auf keramikbeschichteten Transportrollen werden die Bleche vom Ofen weiterbefördert, bereit für die Presse.

7. In der vollautomatischen Laserschneidanlage werden die Konturen der fertig gepressten Teile nachgearbeitet und Löcher für die Montage ausgeschnitten.

VW in Kassel nutzt die Technologie seit 2004, war damals Vorreiter unter den Fahrzeugherstellern. Seither wurden die Kapazitäten des Werks auf elf Warmumformlinien ausgebaut. Zum Vergleich: Der VW-Stammsitz in Wolfsburg hat zwei. Heute verlässt bei Volkswagen kein Pkw ohne warmumgeformte Komponenten das Band.

Sie bilden die käfigartige Fahrgastzelle. Stabilität ist das A und O: Um den Insassen bei einem Unfall größtmöglichen Schutz zu bieten, darf das Material weder brechen noch sich verbiegen. „Hier hat sich ultrahochfester Stahl als optimaler Werkstoff erwiesen“, betont Carl Steffen Maurer.

Zahlen / Fakten:

Das VW-Werk Kassel wurde 1957 gegründet und hat heute mehr als 16.000 Beschäftigte.

Für die Warmumformung werden 41 Millionen Kilowattstunden Erdgas im Jahr verbraucht. Pro Anlage sind es rund 3,75 Millionen Kilowattstunden.

Der gesamte Standort verbraucht 285 Millionen Kilowattstunden Erdgas jährlich.

„Erdgas ist kostengünstiger und klimaschonender“ Interview mit Carl Steffen Maurer, technischer Sachbearbeiter Fertigung/Warmumformung, und Sebastian Barden, Energiebeauftragter des Bereichs Umformtechnik

Die Warmumformung ist sehr energieintensiv. Warum dieser Aufwand?

Carl Steffen Maurer: Der Wärmeeinsatz ist in der Tat immens. Da der Stahl bei dem Verfahren seine Eigenschaften jedoch verbessert, nämlich härter wird, sparen wir rund 30 Prozent Material ein. Das senkt unsere Produktionskosten, außerdem können wir die Fahrgastzelle deutlich leichter bauen. Beim Fahrzeugbau kommt es heute auf jedes Kilogramm an. Je leichter ein Fahrzeug ist, desto weniger Kraftstoff verbraucht es. Über die Jahre rechnet sich das – natürlich auch für Umwelt und Klima.

Warum hat sich Volkswagen für erdgasbetriebene Öfen entschieden?

Sebastian Barden: Erdgas als Primärenergieträger ist kostengünstiger und klimaschonender. Würden wir für die Wärmeerzeugung Strom nutzen, wären Umwandlungsprozesse notwendig, und das bedeutet immer Verluste. Gleichzeitig würde das Dreifache an CO2-Äquivalenten ausgestoßen. Gegen den Einsatz von Öl sprechen nicht zuletzt praktische Gründe, die Technik ließe sich schlecht in eine Fertigungshalle integrieren.

Was passiert mit der Abwärme der Anlagen?

Sebastian Barden: Ein Teil wird über Wärmetauscher zum Vorwärmen der Brennluft im Ofen genutzt. Der Rest dient zur Unterstützung der Heizungsanlage sowie zur Stromerzeugung mit Hilfe eines Dampfkolbenmotors.