Automobilfertigung

Zunächst wird aufgrund von Marktanalysen festgelegt, welche Art von Fahrzeug eigentlich gebaut werden soll, welche Stückzahlen gewünscht werden und welche allgemeinen Eigenschaften das Produkt haben soll. Auch der spätere Preis des Autos wird hier festgelegt und beeinflusst die nächsten Entwicklungsschritte (s. a. Produktionsprogramm). Hierzu gehört insbesondere die Festlegung, mit welchen Produktionsverfahren und nach welchen Produktionsprinzipien und -standards das Fahrzeug, die Aggregate und Komponenten an welchen Fertigungsstandorten gebaut werden soll. Dies umfasst auch die Festlegung der Fertigungstiefe.

Aus den Vorgaben der Strategischen Planung wird das Design des Fahrzeuges abgeleitet. Hier wird das spätere Aussehen des Fahrzeuges im Wesentlichen festgelegt (Cubingmodell). Schon hier kann sich entscheiden, wie gut sich das Auto später verkaufen lässt. Anhand dieser Festlegung werden die Auslegung und Parameter der Produktionsanlagen und -prozesse überprüft und müssen ggf. angepasst werden.

In diesem Schritt wird die gesamte technische Gestaltung des Autos festgelegt. Hier werden alle Einzelteile des Fahrzeuges konstruiert und festgelegt, wie diese zusammengebaut werden, um ein Automobil zu erhalten, das den Designvorgaben entspricht. Folgende Punkte müssen bei der Konstruktion berücksichtigt werden:

• Gesetzesvorgaben: Für unterschiedliche Märkte wie die USA, Europa und RdW (Rest der Welt) sind verschiedenste gesetzliche Vorgaben einzuhalten, um das Fahrzeug dort verkaufen zu dürfen. Diese Vorschriften beziehen sich u. a. auf die Insassen (Kopffreiheit, Sichtwinkel …), die Fußgänger (keine hervorstehenden Teile; Daimler u. a. haben aus historischen Gründen Sondererlaubnisse) und die Umwelt (Emissionen wie Geräusche, Gerüche, Abgase, Recycling …).
• Kosten: Die Gestaltung der einzelnen Bauteile und der Gesamtkonstruktion beeinflusst maßgeblich die späteren Herstellungskosten des Fahrzeuges.
• Eigenschaften des Endproduktes: Das fertige Fahrzeug soll bestimmte Eigenschaften bekommen (Crashsicherheit, Komfort etc.). Dementsprechend muss die Konstruktion ausgeführt werden. Zur Überprüfung wird häufig Simulation eingesetzt. Immer wichtiger wird auch die Positionierung gegenüber den Wettbewerbsfahrzeugen bezüglich unterschiedlichster Abmessungen (Länge, Höhe, Breite, Kopffreiheit, Ladevolumen …). Dazu werden in der Vorentwicklung die entsprechenden Maße und Dimensionen der Wettbewerber analysiert und die eigene Entwicklung dementsprechend ausgelegt.
• Qualität: Die spätere Qualität des Autos ergibt sich aus seiner Konstruktion. Eine höhere Qualität bedingt in der Regel auch höhere Kosten. Hier muss entsprechend den Vorgaben aus der strategischen Planung ein Kompromiss gefunden werden.
• Herstellbarkeit: Die Konstruktion muss nicht nur so erfolgen, dass das Auto die gewünschten Eigenschaften erhält, sondern die einzelnen Bauteile müssen sich auch (möglichst günstig) herstellen, zusammenbauen und für etwaige Reparaturen während des Produktlebenszyklus austauschen lassen. Auch bei der Fertigung (z. B. Ziehsimulation bei Blechteilen) und dem Zusammenbau (Montageplanung) kommt Simulation zum Einsatz. Die eigentliche Konstruktion des Autos und der dazugehörigen Werkzeuge läuft bei großen Automobilherstellern in mehreren Schleifen ab, wobei CA-Techniken (CA = Computer Aided = computergestützt) verwendet werden. In der Regel wird zuerst ein virtueller Prototyp des Autos aufgebaut, d. h. das komplette Fahrzeug wird als virtuelles Modell im Computer konstruiert und dargestellt. Anschließend folgen meistens mehrere Schleifen, bei denen zu definierten Terminen fahrfertige Prototypen gebaut werden. Diese Fahrzeuge müssen sich in den Labors, auf den Testgeländen der Automobilhersteller, auf gemieteten Rennstrecken und teilweise in der Öffentlichkeit, als Erlkönig verschiedensten Prüfungen unterziehen. Auch der Zusammenbau der einzelnen Komponenten des Fahrzeuges wird hierbei erprobt. Die Ergebnisse aus all diesen Versuchen fließen in die nächste Schleife bei der Konstruktion mit ein. Parallel zur Verbesserung und Optimierung der Bauteile für das Auto erfolgt auch die Konstruktion der dazugehörigen Werkzeuge.

Parallel zur Konstruktion des Fahrzeugs müssen die Produktionsgebäude und Fertigungsanlagen geplant werden. Hier geht es um die Planung aller relevanten Fertigungsbereiche, in der das (neue) Fahrzeug kostengünstig und qualitätsgerecht gebaut werden kann. Oft muss die Fahrzeugproduktion in bestehende Fabriken integriert werden, daher nutzt man (ganz oder teilweise) die bereits vorhandenen Betriebsmittel. In diesem Fall ist zu berücksichtigen, dass die bestehende Fertigung während der Umbaumaßnahmen möglichst durchgehend funktionsfähig bleibt. Auch Zulieferteile müssen geprüft werden, um ihr Zusammenwirken mit Teilen anderer Zulieferer bezüglich Optik, Haptik, Spaltmaßen, Montierbarkeit zu beurteilen, zum Beispiel mit dem Meisterbock.

Nach Abschluss der Produktionsplanung müssen vor dem echten Produktionsstart die Produktionsprozesse, Anlagen und Maschinen getestet und eingefahren werden. Zudem werden die ersten Fahrzeuge noch als Vorserie gefertigt, um die Qualität der Produkte sicherzustellen. Erst danach wird mit der eigentlichen Serienfertigung der Fahrzeuge begonnen; in diesem Zusammenhang spricht man auch vom Start of Production.

Hier werden im Gussverfahren Teile hergestellt, die in das Fahrzeug eingebaut werden (z. B. Motorblock). Speziell Motorblöcke werden in eigenständigen Anlagen und oft an anderen Standorten hergestellt; viele Automobilhersteller gießen sogar gar nicht selber, sondern kaufen von Zulieferern ein. Auch die Gussteile für Turbolader werden meist zugekauft.

Motorblock

Im Presswerk werden die Blechteile hergestellt, aus denen später die Karosserie zusammengefügt wird. Das Blech wird in Form von großen Rollen geliefert („Coils“). Diese werden in geeignete Stücke zerschnitten, die dann in großen Pressen zur gewünschten Form umgeformt werden. Dieses erfolgt in mehreren Operationen (OP). Eine „Operationstraße“ kann sieben hintereinander folgende OPs aufweisen, die das Blech in die gewünschte Form bringen.

In diesem Bereich werden die Blechteile aus dem Presswerk durch Punktschweißverfahren und Klebetechniken zur Rohkarosserie zusammengefügt.

Die Rohkarosse wird hier zunächst gegen Korrosion geschützt. Dazu werden häufig ein oder mehrere Tauchbäder durchlaufen. Je nach Verfahren gibt es ein oder zwei Schutzschichten, die während des Lackiervorgangs aufgetragen werden. Vorbereitend für die Schmucklacke wird die Karosserie durch die Kathodische Tauchlackierung (KTL) vor Korrosion geschützt. Danach wird ein sogenannter Füller aufgetragen, der den gleichmäßigen Auftrag der Decklacke ermöglicht. Danach wird der Decklack aufgetragen, der dem Fahrzeug seine gewünschte Farbe verleiht. Er wird mit einem Klarlack versiegelt.

Zum Fahrwerk gehören alle Teile und Baugruppen wie Achsen, Antriebsgelenkwellen, Stoßdämpfer, Federbeine, Bremsen usw. Diese Teile bestehen überwiegend aus Metall und werden vorwiegend mechanisch bearbeitet (drehen, fräsen, schleifen, …). Viele der Fahrwerkskomponenten werden von Zulieferern gekauft, die sich auf die Herstellung dieser Teile spezialisiert haben.

Zu diesem Fertigungsbereich zählen alle Teile und Baugruppen, die im Innenbereich des Fahrzeugs verbaut werden wie Tür- und Seitenverkleidungen, Innenspiegel, Himmel, Matten, Fächer, Ablagen und Abdeckungen. Hierzu zählen auch die zahlreichen Bedienungs- und Zierelemente wie Schalter, Drehknöpfe, Dekoreinlagen usw.

Zu diesen Fertigungsbereich zählen alle Teile und Baugruppen, die im Außenbereich des Fahrzeugs sichtbar sind wie Stoßfänger, Spoiler, Außenspiegel, Türschweller, Zierleisten, Dachgepäckträger usw.

Im Getriebebau werden die benötigten Getriebe für die Fahrzeuge hergestellt. In das Getriebegehäuse werden in der Getriebemontage nach Getriebeart und Anzahl der Gänge die unterschiedlichen Getriebeachsen und Zahnräder verbaut. Nach einer technischen Prüfung erfolgt die Freigabe.

Im Motorenbau werden die unterschiedlichen Motoren für die Fahrzeuge hergestellt. Wesentliche Bestandteile eines Verbrennungsmotors sind der Motorblock, der Zylinderkopf, die Kolben, Pleuelstangen, die Kurbelwelle und die Nockenwelle. Diese werden zum Rumpfmotor zusammengesetzt und dann Schritt für Schritt in der Montage zu einem lauffähigen Motor komplettiert. Am Ende erfolgt eine technische Prüfung und Freigabe.

In diesem Bereich wird die lackierte Karosse um alle noch fehlenden Teile ergänzt.[4] Dazu werden in der Regel die Türen und manchmal auch die Heckklappen demontiert und parallel zur Fahrzeugmontage, in separaten Vormontagebereichen, komplettiert und ausgestattet. Am Anfang werden die elektrischen Kabelstränge im Kabelbaum verlegt, weil dies später, nach dem Einbau der anderen Teile und der Verkleidung nicht mehr möglich ist. Danach folgt die Montage des Interieur (Teppiche, Innen-Verkleidungen, Himmel, Cockpit, Sitze usw.) und weiterer Anbauteile (Scheibenwischer, Leuchten, Räder, Anhängerkupplung). Das Zusammenführen der Karosse mit dem Motor oder einem kompletten Antriebsstrang wird in der Automobilfertigung als „Hochzeit“ bezeichnet.[5] Zum Schluss werden die vorher demontierten Türen und Klappen an dem auf den eigenen Rädern stehenden Automobil wieder angebaut und die Betriebsstoffe (Kraftstoff/Öle) eingefüllt. Zum Abschluss erfolgt die Prüfung der elektrischen Funktionen und verschiedenen Einstellungen am Fahrzeug. Dazu gehört heute auch das „Flashen“ von Steuergeräten, die zahlreiche Informationen über das Fahrzeug erhalten, die für ihre Funktionen notwendig sind. Dies sind z. B. Verbauinformationen für eine Zentralverriegelung, deren Steuergerät konfiguriert wird, ob das Fahrzeug ein 3- oder 5-Türer ist und ob die Heckklappe eine automatische Schließeinrichtung besitzt, aber auch Freischaltoptionen für Zusatzausstattungen oder Sonderschnittstellen für Taxis oder Polizeifahrzeuge, sowie ein Fahrzeugschlüssel zur Identifikation.

In der Regel kalkuliert ein Fahrzeughersteller heute ca. 15 bis 20 Stunden, um ein Fahrzeug der Golfklasse aus allen Einzelteilen komplett zu montieren, je nach Komplexität der angelieferten Baugruppen. Der Rekordhalter hierbei ist der Kleinwagen Smart, der in ca. 4 Stunden komplett zusammengebaut wird. Dies ist auf die große Anzahl vorgefertigter und vormontierter Module zurückzuführen, die die Zulieferer an der Montagelinie bereitstellen und die der Fahrzeughersteller nur noch zusammenfügen muss.

Erst nach der vollständigen Montage kann die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugs durch verschiedene Einstellungsarbeiten (z. B. Einstellen der Spur) und Kontrollen sichergestellt werden, dass das Auto fehlerfrei produziert wurde und allen Anforderungen entspricht. Aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Steuergeräten im Fahrzeug sind heute umfangreiche elektronische Funktionstests erforderlich. Diese werden auf Prüf- und Einfahrständen oder auch auf Erprobungsfahrten durchgeführt, die den Betrieb der einzelnen und das Zusammenwirken aller Steuergeräte und ihrer angeschlossenen Komponenten überprüfen. Für die Überprüfung werden spezielle ausstattungsspezifische Prüfprogramme benötigt, die teilweise den Einsatz von unterschiedlichen Datenlogger und Fahrzeugdiagnosesystemen erfordern. Schließlich werden noch echte Testfahrten durchgeführt, wobei spezielle Straßenprofile (Rüttelstrecke, …) und Wetterverhältnisse (Regen, …) simuliert werden. Nach den Überprüfungen und Einstellarbeiten wird bei einigen Fahrzeugen von der Qualitätssicherung noch ein Produkt-Audit durchgeführt, für das der Verband der Automobilindustrie entsprechende Empfehlungen im Rahmen des Qualitätsmanagement verfasst hat.

Im Sonderwagenbau werden Einbauten vorgenommen, die in der Serienfertigung nicht (rentabel) durchgeführt werden können. Es handelt z. B. um Sonderausstattungen für Firmen oder spezielle Berufsgruppen (Taxis, Krankenwagen), oder um Einzelanfertigungen für Kunden mit besonderen Wünschen. Die deutschen Hersteller haben dafür sogar eigene Tochterfirmen gegründet, die sich um die Individualisierung der Fahrzeuge für diese speziellen Kundengruppen kümmern (s. Mercedes-AMG, quattro GmbH, Volkswagen R, BMW M).

Nach erfolgreich absolvierter Prüfung wird das Fahrzeug in der Regel vom Endmontagewerk mittels Autotransporter (Lkw, Bahn, Schiffe) an die ausliefernden Händler weltweit überführt und dort dem Kunden übergeben. Einige Hersteller bieten den Kunden für einige Werke an, ihr Fahrzeug selber direkt am Endmontagewerk abzuholen (z. B. Autostadt).