IPA Fraunhofer unterstützt Sonderfahrzeugbauer

Wie passen Sonderfahrzeugbau und additive Fertigung zusammen? Ganz hervorragend, finden Ines Hensel von der Hensel Fahrzeugbau GmbH & Co. KG in Waldbrunn und Christoph Hoffmann von der Fraunhofer IPA Arbeitsgruppe KI-noW in Schweinfurt - und haben deshalb kurzerhand ein Projekt daraus gemacht.

Emanuel Friehs, Projektleiter im mainfränkischen Kompetenznetzwerk Maschinenbau & Automotive, kurz MaKoMA, hat sich mit den beiden Hauptakteuren in Waldbrunn getroffen, um über 3D-Druck und optimierte Lagerhaltung zu sprechen, aber auch darüber, wie wertvoll regionale Netzwerke sind, in denen Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammen kommen, um in gemeinsamen Projekten Hand in Hand Mehrwerte zu schaffen.

Stellen Sie sich bitte kurz vor: Wer sind Sie, was machen Sie?

Ines Hensel: Als Firma Hensel Fahrzeugbau haben wir uns auf den Sonderfahrzeugbau spezialisiert. Das heißt, wir machen das, was ab Werk vom Fahrzeughersteller nicht geht. Hauptschwerpunkt sind Feuerwehrfahrzeuge, die alle individuell sind im Hinblick auf bundeslandspezifische Richtlinien. Insofern handelt es sich meist um Einzelstücke. Wir führen kein Standardprodukt, wohl aber standardisierte Komponenten, die allerdings so vielfältig sind, dass das Thema Lagerhaltung wichtig ist. Wir bauen im Jahr so 100 - 120 Fahrzeuge, Serienfertigung ist eher die Ausnahme.

Christoph Hoffmann: Ich bin in der 2021 etablieretn vom Fraunhofer IPA in Schweinfurt tätig. Der Hauptsitz unseres Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung befindet sich in Stuttgart. Unser Schwerpunkt liegt in der Produktion: Wie kann ich Daten in Produktionsprozessen erfassen und was kann ich mit diesen Daten machen, um einen Mehrwert für die Produktion zu generieren? Schwerpunkte sind Datenanalyse, KI und Machine Learning, aber auch Themen wie additive Fertigung zur Entlastung der Lager decken wir ebenfalls ab.

Zur Love Story: Wie haben Sie sich kennengelernt?

Christoph Hoffmann: Frau Hensel hat einen Vortrag bei einer MaKoMA-Veranstaltung gehalten. So sind wir auf den Betrieb aufmerksam geworden. Als wir gezielt nach einer Fallstudie im Bereich additive Fertigung waren, haben wir uns an Hensel Fahrzeuge erinnert. Durch die Individualität ist der Sonderfahrzeugbau für unsere Zwecke prädestiniert.

Ines Hensel: Irgendwann hat jemand angerufen und mit uns über 3D-Druck gesprochen. Da mussten wir zugeben, dass wir hier noch Defizite haben. Gerade für Feuerwehrfahrzeuge ist hohe Qualität wichtig. Die sind 30, 40 Jahre lang im Einsatz - sie sind hohen Temperaturen und tiefen Temperaturen ausgesetzt, da sind Erschütterungen am Fahrzeug, ich kann nicht experimentieren und ausprobieren.

Entscheidend war also ein Anruf vom Fraunhofer, der Sie aber erstmal hat skeptisch werden lassen?

Ines Hensel: Nein, wir hatten im Hinblick auf die Lagerkapazität intern mit dem 3D-Druck geliebäugelt. Weil wir oft an Mindestbestellmengen gebunden sind, kaufen wir also 10 Teile, die für ein Fahrzeug passen. Wenn stattdessen aber nur andere Modelle angefragt werden, liegen die Teile auf Lager. Da kam uns der Anruf eines seriösen Instituts gelegen.

Der Wunsch nach additiver Fertigung war da, aber Sie wussten nicht so richtig, wie Sie davon partizipieren können?

IH: Ja, genau. Der Trend ist da, es ist - zumindest auf den ersten Blick - nachhaltig, denn bei uns war das früher so, dass wir ein sehr kleines Teil aus dem Vollen gefräst haben, und am Ende dann die Hälfte des Materials in den Müll gewandert ist. Das tut einem dann schon weh, weil man ja möglichst wenig wegschmeißen will.

CH: Und die Zeit, die man dann oft noch investieren muss, um das Teil noch nachzubearbeiten, bis man es verwenden kann…

IH: …genau. In der Zeit kann man es auch andersrum machen und dann eben auch nicht so viel auf Lager legen. Wenn ein Modellwechsel kommt, und die gekauften Teile nicht mehr verwendbar sind, muss man sie wegschmeißen. Das ist ja auch nicht sinnvoll - weder nachhaltig noch wirtschaftlich. Es gibt so schöne Fälle, wo Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit sich decken. Das macht dann besonders viel Spaß. 

Wenn wir uns jetzt an den Kooperationsstart erinnern, wie ist das abgelaufen, haben Sie sich da per Video getroffen, sind Sie mal vorbeigefahren? Wie war das?

CH: Wir sind damals auf Frau Hensel zugegangen, weil wir gezielt für den Bereich additive Fertigung nach einem spannenden Anwendungsfall gesucht haben. Im geförderten Forschungsprojekt KI-noW - Künstliche Intelligenz für eine nachhaltig-optimierte Wertschöpfung, haben wir die Möglichkeit, gemeinsam mit Unternehmen Fallstudien durchzuführen. Wir wollten nicht den hundertsten Industriebetrieb rausnehmen, sondern ein KMU, bei dem wir auch aus Forschungssicht schauen können: Wie kann man im Fahrzeugbau durch additive Fertigung einen Mehrwert schaffen, Lagerhaltungskosten optimieren und so Flexibilität und Unabhängigkeit ermöglichen?

Und dann gab es den Kick-off, bei dem Sie sich die Fragestellung überlegen bzw. erstmal das passende Bauteil identifizieren mussten?

CH: Genau. Wir sind vorbeigekommen und haben uns gemeinsam mit zwei Mitarbeitern von Hensel die Teile angeschaut - die Kollegen hatten auch schon ein paar Ideen, was infrage kommt - und am Ende für die Fallstudie ein Bauteil ausgesucht. Anschließend haben wir die relevanten Anforderungen aufgenommen, was es aushalten muss, um dann zu schauen, wie wir es mit der additiven Fertigung umsetzen können, um am Ende auch materialschonend zu arbeiten. Wir haben uns angeschaut, welche Materialien in Frage kommen, welches Fertigungsverfahren geeignet ist, auch mit dem Hintergedanken, dass es sich um ein Einstiegsprojekt für Hensel Fahrzeugbau handelt, wir also nicht mit einem besonders anspruchsvollen Fertigungsverfahren an die Sache rangehen sollten. Wir haben uns für die Materialextrusion entschieden, was ein relativ einfaches Einstiegsverfahren ist, bei dem die Materialien auch gut handhabbar sind. Schließlich haben wir das Bauteil gefertigt, geschaut, wie es bei uns rauskommt, und eben auch eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt.

Wie wurde das Teil denn bisher gefertigt?

IH: Das war ein Vollmaterial, das wir dem Schreiner im Nachbarort zur Verfügung gestellt haben, und der hat die Teile ausgefräst. Das war eben nicht so effizient.

Haben Sie bei der Auswahl des Verfahrens schon berücksichtigt, welches Know-how beim Partner vorhanden ist? Sie hatten die Materialextrusion als Einstiegsverfahren ins Spiel gebracht, wurde da auch auf das Ausbildungslevel der Mitarbeitenden im Betrieb geschaut?

CH: Ja, wir hatten es im Hinterkopf. Die Kollegen hatten erwähnt, dass sie auch privat schon mit 3D-Druck und hier mit der Materialextrusion gearbeitet haben, von daher hat sich das auch angeboten.

IH: In der Vergangenheit haben wir bei Neukonstruktionen schon mal 3D-Druck selbst gemacht oder machen lassen, als Prototyp. Da war es egal, ob das Teil 20 Jahre hält oder nicht, weil es nur zur Anschauung dienen musste. Kurz: Das Risiko war gering. Wenn wir aber bei einem Feuerwehrauto etwas anbauen, das jahrzehntelang im Einsatz sein soll und nach kurzer Zeit auseinanderfällt, ist das natürlich schlecht.

Das heißt, Sie haben hier auch eine Qualitätsprüfung, um das vergleichbar zu machen, oder gibt es Anhaltspunkte, anhand derer man sagen kann: „Klar, das hält 20 Jahre“? Wie stellt man das sicher?

IH: Als ich Fahrzeugtechnik studiert habe, hat mein Professor gesagt „Normal sind das Erfahrungswerte, aber Sie haben keine, deshalb müssen Sie rechnen.“ Nee, wir können es nicht prüfen. Prüfeinrichtungen gibt es nicht, lohnt auch nicht bei den Stückzahlen, und Erfahrungswerte beim 3D-Druck gibt es auch nicht. Am Ende stehen wir da und fragen uns, ob wir das Risiko eingehen oder nicht. Wir haben auch einen Namen zu verlieren, weil wir für gute Qualität bekannt sind. Wenn wir Fahrzeuge ausliefern, die der Qualität nicht entsprechen, wird es eben schwierig. Das macht man nicht ohne Not.

Was sind denn Ihre Key Learnings in Bezug auf das Projekt?

IH: Das Wichtigste für uns war, dass sich jemand objektiv unsere Problemstellung anschaut und nicht einfach nur etwas verkaufen will. Auch die Beratung, was kann ich für ein Material nehmen, was für ein Verfahren für den Anwendungsfall? Dieses Know-how hat uns komplett gefehlt. Deshalb handelt es sich um ein gutes Projekt, bei dem aufgezeigt werden konnte, dass so eine Vernetzung Sinn ergeben und man sich die Unterstützung holen kann, ohne dass es gleich tausende von Euro kostet, weil es sich eben nicht amortisiert.

CH: Die Additive Fertigung ist ein großer Themenschwerpunkt der bereits seit über einem Jahrzehnt bei uns besteht. Aus unserer Sicht ist es spannend, den Einblick in den Sonderfahrzeugbau zu bekommen. Gerade die Herausforderungen in der Fertigung, die es hier im Kleinen - im Gegensatz zur Großindustrie - zu meistern gilt, sind Learnings, die wir daraus mitnehmen. Grundsätzlich muss ich mir ein Bauteil jedes Mal individuell anschauen und gegebenenfalls konstruktive Anpassungen vornehmen. Auch die typischen Projektergebnisse, die man rauszieht, sind natürlich wichtige Learnings.

Wie geht es weiter - für jeden einzeln, aber auch gemeinsam? Was hat sich aus der ursprünglichen Kooperation ergeben?

CH: Für uns ist es grundsätzlich weiterhin interessant zu schauen, inwiefern wir noch weitere Bauteile bei Hensel identifizieren können. Der Blick geht in Richtung Machbarkeit, was kann additiv gefertigt werden oder wie würde ein Gesamtkonzept Additive Fertigung bei Hensel aussehen. Auch werden wir uns den Sonderfahrzeugbau allgemein anschauen, um weitere Unternehmen zu identifizieren, für die sich das Thema anbietet und welche individuellen Herausforderungen andere Unternehmen haben. Für Hensel ist sicher auch die Blickrichtung interessant, dass man es ja nicht gleich selbst fertigen muss, aber man weiß, es ist additiv in einer angemessenen Qualität fertigbar und man kann mit dem Wissen auch auf Lohnfertiger zugehen Ein weiterer Punkt ist, dass man sich als Unternehmen häufig nur mit der Effizienz von Prozessen beschäftigt und überlegt, wie man sie schneller, besser oder nachhaltiger gestalten kann. Da kommt man irgendwann an seine Grenzen. Daher sollte man auch Überlegungen hinsichtlich der Effektivität anstellen, muss ich es also im klassischen Verfahren machen oder kann ich auch mal in eine andere Richtung schauen? Wo wir in Zukunft noch unterstützen können, ist  die Implementierung des additiven Fertigungsverfahrens, wenn die Teile selbst gefertigt und nicht extern vergeben werden sollen.

IH: Ich sehe das auch so, dass es ein Türöffner war und wir im nächsten Schritt jetzt schauen, was noch additiv fertigbar ist. Die Teile würden wir extern drucken lassen, bis wir einen Punkt erreicht haben, an dem es sinnvoll ist, es selbst zu machen und in die entsprechende Technik zu investieren.

CH: Wobei dieses Anfangsinvestment sehr hoch ist, was Zeit, Ressourcen und Material betrifft, die Leute dahin zu bringen, dass es sinnvoll ist, es im Haus zu fertigen.

IH: Das ist ja immer so, wenn man eine neue Maschine anschafft. Wenn ich eine Maschine kaufe, die nur einmal im Monat läuft, lohnt sich das nicht. Einfach aus Spaß an der Freud’ kann man sowas nicht machen, das muss sich schon in einer überschaubaren Zeit amortisieren, bevor das Gerät wieder ersetzt werden muss. Wenn wir also genug Teile haben, die so gefertigt werden können, wäre es schön, die entsprechenden Geräte ins Haus zu holen, um flexibler und nicht von Lieferketten abhängig zu sein.

Gibt es denn eine digitale Dokumentation der Ergebnisse? Wie wird das Wissen, das durch so ein Projekt gewonnen wird, gesichert, um später auch darauf aufbauen zu können?

CH: Die Projektergebnisse haben wir beispielsweise in einer Präsentation dokumentiert oder auch die Files von der Konstruktion haben wir übergeben.

IH: Wir haben ein Warenwirtschaftssystem, da ist die komplette Dokumentation hinterlegt, die kann sich jeder anschauen und in Zukunft verwenden.

Welche Rolle spielen die Netzwerke - egal, ob in der Region oder überregional - für Sie persönlich sowohl im Unternehmerischen als auch als Forschungseinrichtung?

CH: Auf viele Unternehmen wird man erst durch Netzwerktreffen wie die von MaKoMA aufmerksam. Es muss nicht immer direkt ein Projekt dabei rausspringen, aber um sich kennenzulernen und mögliche Anknüpfungspunkte zu finden und sich auszutauschen - dafür sind solche Netzwerktreffen natürlich sehr gut geeignet.

IH: Man macht oft Erfahrungen mit Stellen, die ähnlich wie Behörden sind. Da werden einfach ein paar Leute reingepackt und am Ende gibt es kein Ergebnis. Als Unternehmerin bin ich aus der Erfahrung heraus ein bisschen voreingenommen, deshalb war es mir wichtig, dass bei meiner Teilnahme an MaKoMA-Treffen am Ende auch etwas Konkretes rauskommt. Oft sind die Leute, die in den Netzwerkstellen sitzen, sehr industrielastig. Man muss sie dann erstmal einnorden und klarmachen: Handwerk ist nicht einfach ein kleiner Industriebetrieb, sondern schon etwas anderes.

Noch ein Wort zur Regionalität?  

IH: Das ist ein wichtiges Thema, gerade für KMUs. Wenn man da von weit her kommt, wird man wenig Erfolg haben.

CH: Wir müssen die Gegebenheiten vor Ort sehen. Es bringt uns nichts, wenn es heißt: „Da ist eine Werkstatt und da sind fünf Autos drin“, man muss durch die Fertigung laufen, sehen, wie die Handgriffe abgestimmt sind, wie das Lager aussieht, welche Produkte es betrifft. Es hilft, die Bauteile auch mal in die Hand zu nehmen. Deshalb: Termine vor Ort kann nichts ersetzen.

Wie lief die Abstimmung ganz praktisch ab?

CH: Wir waren im letzten Jahr Mitte Februar vor Ort, beim Kick-off, haben uns die Fertigung angeschaut. Bei uns hat das Projekt maßgeblich ein Mitarbeiter bearbeitet. Er hat die Anforderungen aufgenommen, die Bauteile gefertigt und die Wirtschaftlichkeitsberechnung durchgeführt. Wir waren hauptsächlich per Mail oder Teams im Austausch, es war recht unkompliziert. Das Bauteil an sich war nicht das komplexeste, deshalb ging das auch einfach per E-Mail. Insgesamt lief das Projekt drei bis vier Monate.

Frau Hensel, inwiefern waren Sie als Geschäftsführerin eingebunden?

IH: Ich habe es nur angeschoben. Das ist ja mein Job. Die Mitarbeiter müssen das selbst machen. Wenn die sich nicht selbst damit beschäftigen und man das nur von oben verordnet, klappt ein solches Vorhaben nicht.

Die Anschaffung von Drucker und Filament kam jetzt erstmal nicht zum Tragen, weil das Institut diesen Part übernommen hat. Wie ist es denn in der Zukunft?

IH: Für die Zukunft wird das sicher interessant werden. Jetzt müssen wir erstmal schauen, welche Teile dafür infrage kommen, ob wir genug von einer Sorte finden, die wir mit einem Gerät herstellen können und ob sich das dann am Ende auch rechnet.

Und der objektive Blick bei der Anschaffung würde dann wieder vom Fraunhofer kommen?

IH: Das wäre natürlich hilfreich, denn sonst habe ich am Ende wieder das Problem, dass mir jeder etwas verkaufen will und jeder sein Produkt als das beste anpreist und ich stehe dazwischen und weiß nicht, ob das so ist.

Zum Teil selbst: Hat es sofort funktioniert oder gibt es etwas, das nachgebessert werden musste?

CH: Es war nur ein sehr kleines unkompliziertes Bauteil, deshalb gab es auch keine Probleme und wir haben nur minimale Anpassungen durchgeführt. Eine mögliche Anpassung ist immer von den Anforderungen und vom Material abhängig und davon, welches Verfahren ich nehme.

Und das Teil ist jetzt dauerhaft im Einsatz? Oder haben die Automobilhersteller inzwischen wieder das Modell gewechselt, sodass es nicht mehr verwendet werden kann?

IH: Das Teil ist unabhängig von verschiedenen Modellen, deshalb haben wir es gewählt und setzen es auch ein.

Was würden Sie jetzt im Rückblick sagen - was sind die Erfolgsfaktoren für das Gelingen eines solchen Projekts?

CH: Offenheit. Man muss Lust darauf haben, solche Themen anzugehen. Ich hatte auch das Gefühl, dass wir nicht großartig Überzeugungsarbeit leisten mussten, sondern die Offenheit da war und es schon konkrete Vorstellungen gab, welche Bauteile dafür geeignet sein könnten. Man hatte sich schon Gedanken gemacht oder sich mit dem Thema auseinandergesetzt. Das hilft natürlich.

IH: Man braucht natürlich motivierte Mitarbeiter, damit das klappt. Aber weil beim 3D-Druck die Erfahrung einfach nicht da war, brauchten wir entsprechend Hilfe von außen. Für uns war es ein Riesenvorteil, an Fachwissen ranzukommen, das man sich so nicht erschließen kann.

Gibt es abschließend noch etwas, das Sie gerne sagen würden?

IH: Wir hatten über andere Einrichtungen jetzt schon öfter mit Forschungsprojekten zu tun, aber die Arbeit mit dem Fraunhofer IPA war im Vergleich sehr unproblematisch, pragmatisch, unkompliziert. Es war schön. Normalerweise muss man immer eine riesige Bürokratiewolke bedienen. Das war hier nicht so. Ich glaube, wenn es das öfter gäbe, wären auch mehr Unternehmen offen dafür.

CH: Ich weiß nicht, wie es bei anderen Forschungseinrichtungen ist, aber wir unterstützen schon bei der Antragsstellung und beim Ausfüllen der Formulare. Wir haben Erfahrung mit der Ausformulierung und der Beschreibung von Arbeitspaketen. Was immer von den Unternehmen kommen muss, sind die Hardfacts, die Zahlen. Bei allem anderen unterstützen wir unsere Partner natürlich gerne.

Das ist genau unser Ansatz. Zu sagen „Hey, es gibt diese Leute und Firmen und Forschungseinrichtungen, bei denen das funktioniert, das kriegen wir hin.“