WO2024115099A1 - Modulare fertigungsanlage, verfahren und fertigungsstätte zum serienmässigen herstellen von batterieelektrischen kraftfahrzeugen - Google Patents

Modulare fertigungsanlage, verfahren und fertigungsstätte zum serienmässigen herstellen von batterieelektrischen kraftfahrzeugen Download PDF

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WO2024115099A1
WO2024115099A1 PCT/EP2023/081757 EP2023081757W WO2024115099A1 WO 2024115099 A1 WO2024115099 A1 WO 2024115099A1 EP 2023081757 W EP2023081757 W EP 2023081757W WO 2024115099 A1 WO2024115099 A1 WO 2024115099A1
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WO
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module
production
outer skin
main
production plant
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Application number
PCT/EP2023/081757
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English (en)
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Inventor
Matthias Preuß
Original Assignee
Next.E.Go Mobile SE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P21/00—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with programme control
    • B23P21/004—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with programme control the units passing two or more work-stations whilst being composed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/50—Other automobile vehicle parts, i.e. manufactured in assembly lines

Definitions

  • the invention relates to a modular production plant, a method and a production facility, each for the series production of motor vehicles.
  • mega or giga factories The approach currently widespread in industry of building or using large factories designed for particularly high production volumes (so-called mega or giga factories) does not provide a remedy, since such conventional large factories are only economically and ecologically efficient to the desired extent if their production potential is sufficiently exploited. Furthermore, such conventional large factories require perfectly functioning supply chains, especially on a global scale. Mega or giga factories are also not flexible and - especially in times of lower demand - run counter to the idea of sustainability.
  • the object of the invention is to create a solution to manufacture motor vehicles by means of particularly efficient and sustainable series production.
  • microfactory concept micro or very small factory
  • microfactory concept in which an internal material and/or material flow takes place in a highly integrated manner between individual production areas.
  • a modular production plant is proposed which is set up for the series production of battery-electric motor vehicles.
  • the modular production plant has means for carrying out steps of a method for the series production of battery-electric motor vehicles, which is also part of the present invention.
  • a production facility which has a standardized logistics hall in which production plant modules of the production plant are arranged and are used to manufacture the motor vehicles.
  • the motor vehicles manufactured by means of the production plant, the method or the production plant each have a skeleton body covered with plastic outer skin panels, which is made in particular from aluminum tubular profiles.
  • the production plant, the production plant and the method for manufacturing the motor vehicles are designed in such a way that the industry standards applicable to automobile construction are complied with.
  • the modular production plant has a production plant module designed as a main production module, which is set up for the final assembly of the motor vehicles and for transporting the motor vehicles along a main production line of the main production module. Furthermore, the modular production plant has one or more of the following production plant modules:
  • a frame welding module designed to weld the skeleton bodies or space frames
  • main storage module designed to store materials needed for the final assembly of the motor vehicle.
  • the manufacturing plant comprises the frame welding module and the skin manufacturing module: a frame material and skin material storage module equipped to store materials needed for welding the skeleton bodies and for assembling the fastening adapters.
  • the term material includes (but is not limited to) raw materials, auxiliary materials, semi-finished products, semi-finished products, operating materials, etc.
  • the respective production plant module has the corresponding The production plant has appropriate facilities, whereby the term facility includes (but is not limited to) machines, tools, work areas, logistics or storage areas, means of transport, water, sewage, gas, data and operating electricity connections, air conditioning connections and/or facilities, compressed air connections, safety areas, extraction systems, hazardous substance separators, etc.
  • These and possibly other facilities of the respective production plant module are arranged on a module base area of the respective production plant module in accordance with the microfactory concept in such a way that the production plant modules are compatible with a standardized column grid of a logistics hall.
  • the respective module base area is rectangular.
  • the logistics hall is in particular the logistics hall of the production facility.
  • the logistics hall of the production facility is characterized by the fact that it is or was built according to the usual standards in the logistics industry and/or according to standards established for the logistics industry by standardization institutes.
  • the logistics hall does not have any specifications specific to the automotive industry; it is no different from a simple hall designed for a general logistics purpose.
  • the support grid of the logistics hall is standardized, whereby the supports or supporting columns of the logistics hall are/will be set up according to the grid dimensions 12 mx 12 m, 12 mx 24 m or 24 mx 24 m, for example.
  • a logistics hall of around 60,000 m2 is sufficient.
  • the production facility or at least some of its production facility modules can be integrated particularly easily and/or with little effort into existing buildings that comply with industry standards or norms. This takes the sustainability aspect of the microfactory concept into particular account.
  • the microfactory concept allows the logistics hall to be used for another purpose after the production facility or parts/modules of it have been removed from the hall, for example for a pure logistics company, for an agricultural company, etc.
  • the production plant Since the facilities of the production facility modules are deliberately not strongly integrated into the building structure in the microfactory concept, pulling in and out the production facility modules is particularly easy and requires little effort. Since the production plant, according to the respective further design, is free of a painting facility for painting the outer skin of the motor vehicles and/or a pressing facility for press-forming metal outer skin components of the motor vehicles, the microfactory concept advantageously results in extremely low energy consumption. In particular, it is generally planned for the production facility to equip an external roof area of the logistics hall (and possibly other associated buildings and/or open spaces) with a photovoltaic system. Due to the size of the production facility and the low energy consumption, the annual energy requirement of production can be completely covered by the photovoltaic system.
  • TGA technical building equipment
  • the method involves the motor vehicles being transported and finally assembled along the main production line of the main production module, with the materials needed for the final assembly of the motor vehicles being brought from one or more of the production plant modules to the main production module and used for the final assembly of the motor vehicles.
  • the motor vehicles are transported along the main production line in discretely timed intervals for the final assembly.
  • a flow assembly is used that is discretely divided into 10-minute intervals, for example. This means that the motor vehicles to be manufactured are stored stationary for 10 minutes, for example, along the main production line, in particular in an assembly station area, while work is carried out on the motor vehicles to be manufactured.
  • the motor vehicles to be manufactured are transported a predetermined distance, in particular to another or subsequent assembly station area. Constant movement of the motor vehicles along the main production line is therefore no longer necessary, which makes it easier for workers to carry out the work.
  • the assembly station areas along the main production line can be made shorter, which advantageously contributes to a particularly compact and space-efficient design of the microfactory or the production plant or manufacturing facility.
  • the present description also discloses a modular system for the production plant, which results from the microfactory concept.
  • main production module and one of the other production plant modules for example the assembly control module
  • assembly control module for example the assembly control module
  • an aluminum profile tube frame is used instead of a classic body made of deep-drawn sheet metal and a multi-layer spot-welded body.
  • Aluminum profiles are machined and welded to form a skeleton body, in particular a so-called space frame.
  • the tool costs are significantly reduced compared to a classic body construction, in particular by more than 80%.
  • plastic outer skin panels made of a polymer are used.
  • the outer skin panels are manufactured using a thermoforming deep-drawing process and then machined, in particular milled, to ensure high edge quality and dimensional stability.
  • the outer skin panels are given their final color during the manufacture or thermoforming process, for example by using a dye or by using plastic granulate that is already colored/tinted accordingly.
  • the outer skin panels are then assembled and attached to the space frame, i.e. the skeleton body. In this area, tool costs are reduced by more than 80% compared to the classic use of conventional outer skin components and their painting, and there is no need to invest in a painting system.
  • the main production line of the main production module is U-shaped, with the main production module having an interface for the frame assembly module and an interface for the outer skin production module on a first leg of the main production line.
  • the main production module has an interface for the main storage module and an interface for the assembly control module on a second leg of the main production line.
  • the term interface generally includes areas and/or facilities of the respective production system module or of the two production system modules coupled by means of the interface, with material being able to be transferred or transported via the areas/facilities between the two production system modules coupled by means of the interface - i.e. from one of the production system modules involved to the corresponding other of the production system modules involved and vice versa.
  • the interface can alternatively or additionally be set up in such a way that a finished motor vehicle can be brought from one of the production system modules to the correspondingly coupled production system module.
  • the main production module Due to the U-shaped course of the main production line, the main production module has a direction reversal area, and the motor vehicles to be manufactured are transported parallel to each other in opposite directions during final assembly, at least in sections. Furthermore, the total length of the main production line and consequently of the main production module is advantageously particularly short, which supports the compactness of the production plant following the microfactory concept.
  • the interface for the frame assembly module and the interface for the outer skin production module are located in particular on the narrow edge of the module base area of the main production module, which is further away from the direction reversal area.
  • the interface for the frame assembly module and the interface for the assembly control module are arranged on a common narrow edge of the module base area of the main production module, whereby the module base areas of the main production module, the frame assembly module and the assembly control module form a first common rectangle.
  • a wide edge of the module base area of the main storage module and a wide edge of the first common rectangle are the same length.
  • each narrow edge of the module base area of the frame assembly and assembly control module is approximately half as long as the narrow edge of the module base area of the main production module.
  • the frame assembly module and the assembly control module are particularly easy to combine with one another, for example to form a first self-sufficient sub-unit of the production plant, particularly in a separate logistics hall.
  • the frame welding module has an interface for the frame assembly module.
  • the frame material and outer skin material storage module has an interface for the frame welding module and an interface for the outer skin production module.
  • the frame welding module can be coupled to the frame assembly module and/or to the frame material and outer skin material storage module for the material flow, whereby the frame material and outer skin material storage module for the material flow can be coupled to the outer skin production module.
  • the frame welding module, the frame assembly module and the frame material and outer skin material storage module form a second, self-sufficient sub-unit of the production plant, in particular in another separate logistics hall.
  • a possible design of the production plant provides that the interface for the frame welding module is arranged on a wide edge of the module base area of the frame material and outer skin material storage module, whereas the interface for the outer skin production module is arranged on a narrow edge of the module base area of the frame material and outer skin material storage module.
  • the module base areas of the frame welding module, the outer skin production module and the frame material and outer skin material storage module form a second common rectangle.
  • the particularly advantageous space efficiency of the production plant is further enhanced if - as one possible further development provides - one wide edge of the module base area of the main storage module and one wide edge of the second common rectangle are of the same length. This is because it then results that the main storage module, the first sub-unit described above consisting of the main production module, frame assembly module and assembly control module as well as the The second sub-unit described above, consisting of the frame welding module, the outer skin production module and the frame material and outer skin material storage module, are of equal length. This means that a suitably equipped production facility can be set up on a rectangular overall floor area. This again facilitates a particularly simple structure or architecture of the required logistics hall.
  • the production plant based on the microfactory concept has a driverless, purely floor-based transport system.
  • the purely floor-based transport system has a driverless transport vehicle that is set up to transport the motor vehicle for final assembly along the main production line of the main production module.
  • the transport system is purely floor-based, i.e. does not depend on a ceiling of the logistics hall or on a track system, it can be used particularly flexibly and in a variety of ways.
  • the building structure is simplified again, since no particularly load-bearing ceiling is required.
  • the transport system can be set up to transport materials between and/or in the production plant modules, in particular via their interfaces, as well as to transport the semi-finished/unfinished motor vehicles in the main production module along the main production line. It then advantageously has a dual functionality.
  • the particularly simple structure of the microfactory is supported because there are no different means of transport within the microfactory.
  • the production plant or the production site (apart from loading and unloading trucks in the loading zones) has the purely floor-based transport system as the only transport system.
  • the transport system has in particular a large number of driverless transport vehicles (FTF, English Automated Guided Vehicle, AGV). In any case, it is free of any floor-based conveyor.
  • the driverless, purely floor-based transport system is therefore a purely floor-based internal transport system. As it is not tied to tracks etc., it results in a desired, particularly low level of integration into the logistics hall and into the production plant modules. This further increases the advantage of the particularly high flexibility of the production plant.
  • the production plant has a supply line network that is set up to supply the production plant modules with operating media.
  • the supply line network has a central supply supply module, by means of which the operating media (this means, for example, compressed air, electricity, control data, etc.) can be generated or made available.
  • the operating media this means, for example, compressed air, electricity, control data, etc.
  • the respective supply line is connected on the one hand to the central supply module - i.e. to the corresponding supply device - and on the other hand to the corresponding production plant module.
  • the central supply module is arranged in a central area of the production plant, in particular the production site or the logistics hall, so that the supply lines are particularly short, whereby line losses (ohmic resistance, pressure losses, etc.) associated with a length of the supply line are advantageously particularly low.
  • the central supply module is arranged in such a way that none of the supply lines completely crosses more than one other of the production plant modules. It can be provided that the central supply module is arranged on a base area of one of the production plant modules.
  • the central supply module is scalable in a modular manner based on the type and number of production plant modules with which the production plant is equipped.
  • the central supply module is set up to be equipped with supply devices of different capacities and/or different numbers. If the production plant (for example in the context of a first expansion stage) only has the main production module and the assembly control module, the need for operating media is relatively low, which is why only relatively few operating media have to be generated or provided by the central supply module in the first expansion stage of the production plant. If the production plant is then expanded and another production plant module is added, the need for operating media increases.
  • the modular expandability of the central supply module then makes it possible to add further supply devices and/or replace supply devices with other (more powerful) supply devices.
  • the production plant has a decentralized air conditioning device which has an independent air conditioning unit for each production plant module.
  • each of the production plant modules with which the production plant is equipped is assigned an air conditioning unit or more air conditioning units in order to air condition the corresponding production plant module, i.e. to heat and/or cool it.
  • the respective air conditioning unit can be set up to regulate air humidity in the respective production plant module.
  • the respective air conditioning unit has a heat pump which is arranged, for example, on the roof of the logistics hall. Since the air conditioning units can be controlled separately or independently of one another, a desired temperature can be set for each production plant module. For example, the air conditioning unit of the frame welding module can be set lower than the air conditioning unit of the main storage module. Different temperature ranges within a production plant module are also conceivable.
  • the production plant can also have, as further production plant modules, a test track module, set up for carrying out a test drive with the manufactured, in particular final assembly-inspected motor vehicles, and/or a motor vehicle parking module, set up for storing the finished and in particular test-driven motor vehicles.
  • An office wing module is also conceivable.
  • the production plant further has a first delivery zone assigned to the main storage module and a second delivery zone assigned to the frame material and outer skin material storage module.
  • test track module for example an internal road network for logistics and visitor traffic, gatehouse, barriers, gates, parking spaces for employees and visitors, fire water cisterns, gas tanks outside the building (in particular for the frame welding module), etc.
  • the test track module, the motor vehicle parking module, the office wing module can be arranged outside the logistics hall, i.e. outside the building. Nevertheless, if the hall is large enough, an arrangement inside the building is conceivable.
  • Fig. 1 is a schematic view or a layout plan of a production facility for the series production of battery-electric motor vehicles
  • Fig. 2 is a perspective view of a main production line of the manufacturing facility
  • Fig. 3 is a perspective view of the manufacturing facility, with manufacturing plant modules and a roof of a logistics hall of the manufacturing facility hidden.
  • the production plant 1 is modular according to the microfactory concept, i.e. it is made up of production plant modules M. It has a main production module (main assembly) M1 and one or more of the other production plant modules M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M9 as production plant modules. Although it is therefore conceivable that the production plant 1 is made up only of the main production module M1 and one of the other production plant modules M2-M9, it will be described below using a fully equipped version, with the production plant 1 comprising the production plant modules M. Accordingly, Fig. 1 shows a schematic view or a layout plan of the production facility 2 for the series production of battery-electric motor vehicles 7, with the production facility 2 comprising the production plant 1, in this case the production plant modules M.
  • the production plant 1 and consequently the production site 2 have no painting device and no pressing device, since for the manufacture of the motor vehicles 7 according to the microfactory concept presented here, pressing of metallic outer skin components (sheet metal, etc.) and painting of the outer skin are neither necessary nor intended.
  • the production plant 1 in the present case has a main production module M1, a frame welding module M2, a frame assembly module M3, an outer skin production module M4, a main storage module M5, an assembly control module M6, a frame material and outer skin material storage module M7, a test track module M8 and a vehicle parking module M9.
  • Facilities E for example machines, tools, work areas, logistics or storage areas, means of transport, water, sewage, gas and power connections, safety areas, extraction systems, hazardous substance separators, roadways, parking areas, etc. - of the production plant modules M are only indicated in Fig. 1 by their installation area and are only partially provided with the reference symbols E1-E9 for reasons of clarity.
  • the facilities E are each arranged on a respective module base area G of the production plant modules M, the module base areas G1-G9 in the present case being rectangular.
  • the production facility 2 has a logistics hall 3, of which only the outer outline is shown in Fig. 1.
  • the logistics hall 3 is particularly clearly visible in Fig. 3.
  • the logistics hall 3 is built according to standards customary in the logistics industry and/or according to standards for the logistics industry established by standardization institutes, and its supports or supporting columns 19 are set up at a distance of 12 mx 12 m, 12 mx 24 m or 24 mx 24 m. Whole-number multiples of this standardized or standardized support or column grid are also conceivable.
  • the facilities E of the production plant modules M are set up or distributed or arranged on the associated module base areas G in such a way that the production plant modules M and the standardized support or column grid of the logistics hall 3 are compatible with one another.
  • the logistics hall 3 has approximately 60,000 m2 of internal floor space to house the production plant modules M1-M7.
  • the production plant modules M1-M7 are located inside the building, i.e. in the logistics hall 3, whereas the production plant modules M8, M9 - as well as an office wing module 4 and two loading zones 5, 6 of the production facility 2 or production plant 1 - are outside the building, i.e. outside the logistics hall 3.
  • the production plant modules M can be arranged in certain combinations independently and at a distance from other production plant modules M, for example in logistics halls 3 that are located at a distance from each other.
  • the battery-electric motor vehicles 7 can be produced, each of which has a skeleton body, in particular a space frame, covered with plastic outer skin panels.
  • the production plant lage 1 or the production facility 2 having the production facility 1 is operated in such a way that the motor vehicles 7 are transported along a main production line 8 of the main production module M1 and finally assembled, with materials (i.e. raw materials, auxiliary materials, semi-finished products, semi-finished products, intermediate products, operating materials, unfinished motor vehicles 7, etc.) being brought from one or more of the production facility modules M2-M7 into the main production module M1 and used for the final assembly of the motor vehicles 7.
  • materials i.e. raw materials, auxiliary materials, semi-finished products, semi-finished products, intermediate products, operating materials, unfinished motor vehicles 7, etc.
  • the motor vehicles 7 to be manufactured (which are still unfinished as long as they are arranged along the main production line 8) are transported in the present case by means of a driverless, purely floor-based transport system 9 (see also Fig. 2) in discretely timed periods - for example every 10 minutes - along the main production line 8 of the main production module M1 from assembly station area 10 to assembly station area 10 of the main production line 8 or within a larger assembly station area 10a.
  • a larger assembly station area 10a has, for example, an integer multiple of the length of a simple assembly station area 10 along the main production line 8.
  • the assembly station areas 10, 10a can be assigned a respective assembly station area that extends laterally on one side or on both sides of the main production line 8.
  • a respective surface area of the assembly station area is determined, for example, by a respective space requirement that is necessary to carry out the corresponding work on the motor vehicles 7 or by a component size of the component to be installed, etc.
  • Fig. 1 not all assembly station areas 10, 10a are provided with the corresponding reference symbol for reasons of clarity.
  • the purely floor-based transport system 9 has a fleet of driverless transport vehicles 11, wherein the respective transport vehicle 11 is set up to transport the motor vehicle 7 for final assembly along the main production line 8 of the main production module M1 without being tied to a track system or to a ceiling of the logistics hall 3.
  • the transport vehicle 11 is not currently being used to transport a motor vehicle 7, its traction battery is, for example, electrically charged, or it is used to transport materials between the production plant modules M. In any case, it is free of a floor-based conveyor and therefore has no rail-based and/or ceiling-based transport means.
  • a floor 12 of the logistics hall 3 that is as flat and stepless as possible.
  • a floor covering of the floor 12 can have a guide element 13.
  • the guide element 13 can differ greatly in colour from the surrounding floor covering. have contrasting color stripes, a magnetic material strip, etc.
  • the guide element 13 is designed such that it can be detected mechanically by means of a guide sensor system of the respective transport vehicle 11.
  • all goods/materials required for producing the plastic outer skin panels and the skeleton bodies and for mounting fastening adapters on the skeleton bodies are delivered and stored in the frame material and outer skin material storage module M7. These materials are transferred to the frame welding module M2 via an interface S7-2 or to the outer skin production module M4 via an interface S7-4.
  • industrial robots etc. can be provided which - like the transport system 9 - are purely floor-bound, i.e. they only depend on the floor 12 (see Fig. 2) for their intended use.
  • the aluminum tube profiles provided are welded to form the spaceframes.
  • the frame welding module M2 has a modular and automated welding line, so that the production of the spaceframe, i.e. the welding of the aluminum tube profiles to the skeleton body of the motor vehicle 7, is highly automated.
  • individual extruded aluminum profiles are automatically joined to the spaceframe over various production stages.
  • the polymer plates are formed into the outer skin panels, in this case by means of thermoforming.
  • the production of the plastic outer skin panels using the outer skin production module M4 involves three production stages: firstly, thermoforming, secondly, cutting and milling, and thirdly, assembly (connecting two individual or partial panels).
  • the plastic outer skin panels produced in the outer skin production module M4 are provided directly and just-in-time to the main production module M1, i.e. the main production line 8.
  • the spaceframes fitted with brackets are then transferred to the main production module M1 via an interface S1-3.
  • the manufactured outer skin panels are transferred to the main production module M1 via an interface S1-4.
  • further components, intermediate products, etc. are transferred to the main production module M1 via an interface S1-5 from the main storage module, which are built onto/into the motor vehicle 7 for the final assembly.
  • the main assembly of the motor vehicle 7 therefore takes place along the main production line 8.
  • the corresponding motor vehicle 7 is transferred via an interface S1-6 to the assembly control module M6, in which a final assembly inspection is carried out on the motor vehicles 7.
  • the main production line 8 is U-shaped, with the interfaces S1-3, S1-4 being arranged on a first leg 14 of the main production line 8, whereas the interfaces S1-5, S1-6 are arranged on a parallel leg 15 of the main production line 8.
  • the two legs 14, 15 are connected to one another via a direction reversal area 16.
  • the interface S1-3 for the frame assembly module M3 and the interface S1-6 for the assembly control module M6 are arranged on a common narrow edge of the module base area G1 of the main production module M1, wherein the module base areas G1, G3, G6 of the main production module M1, the frame assembly module M3 and the assembly control module M6 together form a first common rectangle 17. Furthermore, a wide edge of the module base area G5 of the main storage module M5 and a wide edge of the first common rectangle 17 are the same length.
  • the interface S7-2 for the frame welding module M2 is arranged on a wide edge of the module base area G7 of the frame material and outer skin material storage module M7
  • the interface S7-4 for the outer skin production module M4 is arranged on a narrow edge of the module base area G7 of the frame material and outer skin material storage module M7
  • the module base areas G2, G4, G7 of the frame welding module M2 the outer skin production module M4 and the frame material and outer skin material storage module module M7 together form a second common rectangle 18.
  • a wide edge of the module base area G5 of the main bearing module M5 and a wide edge of the second common rectangle 18 are of equal length.
  • the motor vehicle 7 After the motor vehicle 7 has successfully completed the final assembly inspection in the production plant module M6, it is transferred to the test track module M7. Otherwise, it is reintegrated into the process of the main production line 8 for rework and/or processed in another way. After the test drive has been successfully completed, the motor vehicle 7 is transferred to the motor vehicle parking module M9 and stored there until it is picked up (by a shipping company or a customer).
  • Fig. 3 shows a perspective view of the production facility 2, wherein the production plant modules M and a roof of the logistics hall 3 of the production facility 2 are hidden or not shown.
  • the supports 19 of the logistics hall 3 are set up according to a predetermined grid (here, for example, 12 m x 24 m).
  • the production plant 1 has a supply line network 20. This is set up to supply the production plant modules M with operating media. It has a large number of supply lines 21, which are connected on the one hand to a central supply module 22 of the supply line network 20.
  • the supply lines 21 are connected to a production plant module M of the production plant 1.
  • the respective supply line 21 crosses at most one production plant module M completely in order to end in the intended one of the production plant modules M. For this reason, the central supply module 22 is arranged in a central area of the production plant 1 or logistics hall 3.
  • the central supply module 22 is scalable in a modular manner based on the type and number of production plant modules M with which the production plant 1 is equipped.
  • the central supply module 22 is designed to be equipped with supply devices of different capacities and/or different numbers to cover different levels of operating media requirements, in particular depending on the expansion stage of the production plant 1, i.e. depending on which and how many of the production plant modules M the production plant 1 or the production facility 2 is equipped with.
  • Fig. 3 also shows a decentralized air conditioning device 23 of the production plant 1, wherein the air conditioning device 23, per production plant module M, has an autonomous air conditioning unit 24, in this case two or more air conditioning units 24.
  • the air conditioning units 24 of the air conditioning device 23 can be operated and controlled separately from one another.
  • the respective air conditioning unit 24 has a heat pump (not shown) which is arranged on the roof of the logistics hall.
  • a factory concept/production concept for the production of battery-electric motor vehicles 7 is proposed. Due to the technology combination of spaceframe plus plastic outer skin panels, traditional production areas such as the press shop and paint shop are no longer required.
  • the body construction is drastically simplified compared to conventional concepts due to the skeleton body or spaceframes.
  • the basic structure of the microfactory or the production plant 1 or the production facility 2 therefore differs fundamentally from traditional factory structures in automobile construction.
  • no conveyor technology is integrated into the building, but the driverless, purely floor-based transport system 9 is used, which is used at least along the main production line 8.
  • M6 assembly control module M7 Frame material and outer skin material storage module

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Fertigungsanlage, eine Fertigungsstätte und ein Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen, die jeweils eine mit Kunststoff-Außenhautpanelen beplankte Skelettkarosserie aufweisen. Die Fertigungsanlage umfasst als Fertigungsanlagenmodule (M) ein Hauptfertigungsmodul (M1), eingerichtet zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge (7) und eines oder mehr der folgenden Fertigungsanlagenmodule: - ein Rahmenschweißmodul (M2) zum Schweißen der Skelettkarosserien, - ein Rahmenmontagemodul (M3) zum Montieren von Befestigungsadaptern an die Skelettkarosserien, - ein Außenhautherstellungsmodul (M4) zum Herstellen der Außenhautpanele, - ein Hauptlagermodul (M5) zum Lagern von Werkstoffen für die Endmontage, - ein Montagekontrollmodul (M6) zum Durchführen einer Montageendkontrolle, - sofern das Rahmenschweißmodul (M2) und das Außenhautherstellungsmodul (M4) vorhanden sind: ein Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul (M7) zum Lagern von Werkstoffen fürs Schweißen der Skelettkarosserien und fürs Montieren der Befestigungsadapter, wobei Einrichtungen (E) der Fertigungsanlagenmodule (M) so auf einer Modulgrundfläche (G) angeordnet sind, dass die Fertigungsanlagenmodule (M) mit einem standardisierten Stützenraster einer Logistikhalle kompatibel sind.

Description

MODULARE FERTIGUNGSANLAGE, VERFAHREN UND FERTIGUNGSSTÄTTE ZUM SERIENMÄSSIGEN HERSTELLEN VON BATTERIEELEKTRISCHEN
KRAFTFAHRZEUGEN
Die Erfindung betrifft eine modulare Fertigungsanlage, ein Verfahren und eine Fertigungsstätte, jeweils zum Herstellen zum serienmäßigen Herstellen von Kraftfahrzeugen.
Für Unternehmen, die ein neues Kraftfahrzeug in Serie produzieren bzw. herstellen möchten, bestehen hohe technische und ökonomische Eintrittshürden, die zu überwinden sind, um in die Serienfertigung konventioneller und batterieelektrischer Kraftfahrzeuge einsteigen zu können. Es sind extrem hohe Anfangsinvestitionen vonnöten, um benötigte Maschinen und Anlagen sowie zugehörige Werkzeuge (Pressanlagen und Pressformen, Lackieranlagen, Fließförderzeuge für eine kontinuierliche Fertigung, Prüf-, Kontroll- und Teststationen etc.). Um solche Investitionen (einen mittleren neunstelligen Eurobetrag) rentabel zu machen, ist eine besonders effiziente Auslastung der neu geschaffenen Produktionsstätte erforderlich, wobei mit einer jährlichen Produktionsmenge von mehr als 100000 Fahrzeugen (Großserie) gerechnet werden muss. Zudem erfordern Planung/Konzeptionierung und Bau einer solchen herkömmlichen Automobilfabrik mindestens drei Jahre Planungszeit, wobei zusätzlich das herzustellende Kraftfahrzeug bereits einen hohen technischen Reifegrad aufweisen muss. Neben der Höhe der Investitionen müssen die Unternehmen entsprechende Prozesse entwickeln und etablieren, um eine kontinuierliche effiziente Fertigung und den Vertrieb in diesem Umfang zu ermöglichen. Der Einstieg in diesen etablierten Markt ist somit heutzutage lediglich äußerst kapitalstarken Unternehmen möglich. Diese Problematiken werden noch verstärkt, wenn die zu fertigende Kraftfahrzeugserie pro Jahr nur bis zu 30000 zu fertigende Kraftfahrzeuge (Kleinserie) umfasst.
Es besteht zwar manchmal die Möglichkeit, auf Kooperationen mit bestehenden Automobilherstellern oder Auftragsfertigern zurückzugreifen, aber Kleinserienmontagen (< 30000 Einheiten pro Jahr) kommen aus Wirtschaftlichkeitsgründen meist nur im Premiumsegment zum Einsatz. Zudem erfordern auch Auftragsfertigungen von konventionellen Kraftfahrzeugbauteilen hohe Werkzeuginvestitionen. Im Segment von batterieelektrischen Kleinfahrzeugen (10000 bis 30000 Einheiten pro Jahr bei einem Produktendpreis von weniger als € 30000,-) bleibt in Anbetracht der hohen Investitionen meist nur die Zusammenarbeit mit Auftragsfertigern. Dabei gibt das Unternehmen jedoch Fertigungskompetenz an einen externen Auftragnehmer ab, was zu einem unerwünschten Abfluss von Knowhow und/oder geistigem Eigentum führen könnte. So wird eine kontinuierliche Produktoptimierung bzw. -Weiterentwicklung erschwert, und es entstehen strategische Abhängigkeiten, wobei dennoch die hohen Investitionskosten in Infrastruktur, Werkzeuge, Maschinen etc. bleiben. Eine Verlagerung der Produktion in ehemalige Automobilfabriken in Niedriglohnländern stellt angesichts der zu erwartenden Nachteile in Bezug auf Qualität, Lieferketten und organisatorische Herausforderungen ebenso keine zweckmäßige Lösung dar.
Der derzeit in der Industrie verbreitete Ansatz, auf besonders hohe Produktionsstückzahlen ausgelegte Großfabriken (sogenannte Mega- oder Gigafactories) zu errichten bzw. zu nutzen, schafft keine Abhilfe, da solche herkömmlichen Großfabriken nur dann in erwünschtem Maße ökonomisch und ökologisch effizient sind, wenn deren Produktionspotenzial ausreichend ausgenutzt wird. Weiter erfordern solche herkömmlichen Großfabriken perfekt funktionierende Lieferketten, insbesondere in globalem Ausmaß. Mega- oder Gigafactories sind daneben nicht flexibel und stehen - insbesondere in Zeiten geringerer Nachfrage - dem Nachhaltigkeitsgedanken entgegen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zu schaffen, um Kraftfahrzeuge mittels einer besonders effizienten und nachhaltigen Serienproduktion herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind kategorie- und ausführungsformübergreifend zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Die Erfindung beruht auf der grundsätzlichen Überlegung, zu Großfabriken ein profitables, effizientes und ökologisch nachhaltiges Alternativkonzept zu entwickeln. Dieses Konzept wird vom Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung als Microfactory- Konzept (Microfactory: Mikrooder Kleinstfabrik) oder MicroFactory Concept bezeichnet, bei dem ein innerbetrieblicher Material- und/oder Werkstofffluss hochintegriert zwischen einzelnen Fertigungsbereichen stattfindet. Gemäß dem Microfactory- Konzept, das heißt gemäß der vorliegenden Erfindung, wird eine modulare Fertigungsanlage vorgeschlagen, die zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen eingerichtet ist. Hierzu weist die modulare Fertigungsanlage Mittel zum Durchführen von Schritten eines Verfahrens zum serienmäßigen Herstellen der batterieelektrischen Kraftfahrzeuge auf, das ebenso Teil der vorliegenden Erfindung ist. Zudem wird gemäß der Erfindung eine Fertigungsstätte vorgeschlagen, die eine standardisierte Logistikhalle aufweist, in der Fertigungsanlagenmodule der Fertigungsanlage angeordnet sind und zum Herstellen der Kraftfahrzeuge betrieben werden. Die mittels der Fertigungsanlage, des Verfahrens oder der Fertigungsstätte hergestellten Kraftfahrzeuge weisen jeweils eine mit Kunststoff-Außenhaut- panelen beplankte Skelettkarosserie auf, die insbesondere aus Aluminiumrohrprofilen ausgebildet ist. Die Fertigungsanlage, die Fertigungsstätte und das Verfahren zum Herstellen der Kraftfahrzeuge sind derart ausgebildet, das für den Automobilbau geltende Industriestandards eingehalten werden.
Die modulare Fertigungsanlage weist gemäß dem Microfactory-Konzept ein als Hauptfertigungsmodul ausgeführtes Fertigungsanlagenmodul auf, das zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge und zum Transportieren der Kraftfahrzeuge entlang einer Hauptfertigungslinie des Hauptfertigungsmoduls eingerichtet ist. Des Weiteren weist die modulare Fertigungsanlage eines oder mehr der folgenden Fertigungsanlagenmodule auf:
- ein Rahmenschweißmodul, das zum Schweißen der Skelettkarosserien bzw. Spaceframes eingerichtet ist,
- ein Rahmenmontagemodul, das zum Montieren von Befestigungsadaptern an die Skelettkarosserien eingerichtet ist,
- ein Außenhautherstellungsmodul, das zum Herstellen der Außenhautpanele eingerichtet ist,
- ein Hauptlagermodul, das zum Lagern von Werkstoffen eingerichtet ist, die zum Endmontieren des Kraftfahrzeugs gebraucht werden.
- ein Montagekontrollmodul, das zum Durchführen einer Montageendkontrolle an den Kraftfahrzeugen eingerichtet ist,
- sofern die Fertigungsanlage das Rahmenschweißmodul und das Außenhautherstellungsmodul aufweist: ein Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul, das zum Lagern von Werkstoffen eingerichtet ist, die zum Schweißen der Skelettkarosserien und zum Montieren der Befestigungsadapter gebraucht werden.
Mit dem Begriff Werkstoff sind hierin (nicht abschließend) Rohstoffe, Hilfsstoffe, Halbzeuge, Halbfabrikate, Betriebsstoffe etc. umfasst. Das jeweilige Fertigungsanlagenmodul weist entspre- chende Einrichtungen auf, wobei hierin der Begriff Einrichtung (nicht abschließend) Maschinen, Werkzeuge, Arbeitsbereiche, Logistik- bzw. Lagerflächen, Transportmittel, Wasser-, Abwasser-, Gas-, Daten- und Betriebselektrizitätsanschlüsse, Klimatisierungsanschlüsse und/oder -einrich- tungen, Druckluftanschlüsse, Sicherheitsflächen, Absauganlagen, Gefahrstoffabscheider etc. umfasst. Diese und gegebenenfalls weitere Einrichtungen des jeweiligen Fertigungsanlagenmoduls sind gemäß dem Microfactory- Konzept so auf einer Modulgrundfläche des jeweiligen Fertigungsanlagenmoduls angeordnet, dass die Fertigungsanlagenmodule mit einem standardisierten Stützenraster einer Logistikhalle kompatibel sind. Insbesondere ist die jeweilige Modulgrundfläche rechteckig. Bei der Logistikhalle handelt es sich insbesondere um die Logistikhalle der Fertigungsstätte.
Die Logistikhalle der Fertigungsstätte zeichnet sich dadurch aus, dass sie nach in der Logistikbranche üblichen Standards und/oder nach durch Normungsinstitute etablierten Normen für die Logistikbranche errichtet wird oder wurde. Die Logistikhalle weist keine automobilindustriespezifischen Spezifikationen auf; sie unterscheidet sich nicht von einer einfachen, für einen generellen Logistikzweck ausgebildeten Halle. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Stützenraster der Logistikhalle standardisiert bzw. genormt ist, wodurch Stützen bzw. Tragsäulen der Logistikhalle zum Beispiel gemäß den Rastermaßen 12 m x 12 m, 12 m x 24 m oder 24 m x 24 m aufgestellt sind/werden. Durch die Nutzung einer solchen standardisierten Halle kommen in vorteilhafter Weise vorgefertigte Gebäudeelemente zum Einsatz, die die Bauzeit stark reduzieren. Für eine Fertigungsanlage, die das Hauptfertigungsmodul, das Rahmenschweißmodul, das Rahmenmontagemodul, das Außenhautherstellungsmodul, das Hauptlagermodul, das Montagekontrollmodul und das Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul aufweist, reicht eine Logistikhalle mit etwa 60000 m2. Des Weiteren kann die Fertigungsanlage oder zumindest einige Fertigungsanlagenmodule davon besonders einfach und/oder aufwandsarm in Bestandsgebäude integriert werden, die den Branchenstandards bzw. den Normen entsprechen. Damit ist dem Gedanken an Nachhaltigkeit des Microfactory- Konzepts in besonderem Maße Rechnung getragen. Zudem erlaubt das Microfactory-Konzept, die Logistikhalle nach einem Ausziehen der Fertigungsanlage oder Teilen/Modulen davon aus der Halle für einen anderen Zweck weiterzunutzen, zum Beispiel für ein reines Logistikunternehmen, für einen Agrarbetrieb etc. Da beim Microfactory-Konzept die Einrichtungen der Fertigungsanlagenmodule bewusst nicht stark in die Gebäudestruktur integriert sind, gestalten sich das Einziehen und das Ausziehen der Fertigungsanlagenmodule besonders einfach und aufwandsarm. Da die Fertigungsanlage gemäß jeweiliger weiterer Ausgestaltung frei von einer Lackiereinrichtung zum Lackieren einer Außenhaut der Kraftfahrzeuge und/oder einer Presseinrichtung zum Pressformen von metallischen Außenhautkomponenten der Kraftfahrzeuge ist, kommt es beim Microfactory- Konzept in vorteilhafter Weise zu nur einem äußerst geringen Energieverbrauch. Insbesondere ist generell bei der Fertigungsstätte vorgesehen, eine Dachaußenfläche der Logistikhalle (und gegebenenfalls weiterer zugehöriger Gebäude und/oder Freiflächen) mit einer Photovoltaikanlage auszustatten. Aufgrund der Größe der Fertigungsstätte und des niedrigen Energieverbrauchs kann der bilanzielle Jahresenergiebedarf der Produktion vollständig durch die Photovoltaikanlage gedeckt werden. Durch den Entfall der Sparte Lackiererei ist es nicht erforderlich, lackierereispezifische Wasserschutzmaßnahmen zu ergreifen. Eine technische Gebäudeausstattung (TGA) der Logistikhalle kann dadurch deutlich einfacher und kleiner dimensioniert werden. Durch den Entfall der Lackiereinrichtung und/oder der Presseinrichtung hinterlässt die Fertigungsanlage bzw. die Fertigungsstätte einen in vorteilhafter Weise besonders kleinen ökologischen Fußabdruck.
Für das Verfahren gilt, dass die Kraftfahrzeuge entlang der Hauptfertigungslinie des Hauptfertigungsmoduls transportiert und endmontiert werden, wobei die Werkstoffe, die zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge von einem oder mehr der Fertigungsanlagenmodule in das Hauptfertigungsmodul gebracht und zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge eingesetzt wird. In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Verfahrens werden zum Endmontieren die Kraftfahrzeuge entlang der Hauptfertigungslinie in diskret getakteten Zeitabschnitten transportiert. Mit anderen Worten wird statt einer kontinuierlichen Fließfertigung eine zum Beispiel in 10-Minuten- Zeitabschnitte diskret gegliederte Fließmontage eingesetzt. Das bedeutet, dass die herzustellenden Kraftfahrzeuge beispielsweise 10 Minuten unbewegt entlang der Hauptfertigungslinie, insbesondere in einem Montagestationsbereich gelagert werden, wobei Arbeiten an den herzustellenden Kraftfahrzeugen vorgenommen werden. Alle 10 Minuten werden die herzustellenden Kraftfahrzeuge um eine vorgegebene Strecke weitertransportiert, insbesondere in einen weiteren bzw. folgenden Montagestationsbereich. Ein ständiges Bewegen der Kraftfahrzeuge entlang der Hauptfertigungslinie entfällt also, wodurch das Vornehmen der Arbeiten für Arbeitskräfte leichter zu bewerkstelligen ist. Zudem können die Montagestationsbereich entlang der Hauptfertigungslinie kürzer ausgebildet werden, was in vorteilhafter weise zu einer besonders kompakten und raumeffizienten Ausgestaltung der Microfactory bzw. der Fertigungsanlage oder Fertigungsstätte beiträgt. Durch die vorliegende Beschreibung wird zudem ein Baukastensystem für die Fertigungsanlage offenbart, der sich aufgrund des Microfactory-Konzepts ergibt. Es ist beispielsweise denkbar, das Hauptfertigungsmodul und eines der weiteren Fertigungsanlagenmodule, zum Beispiel das Montagekontrollmodul, in einer entsprechenden Logistikhalle anzuordnen und die Werkstoffe, die entlang der Hauptfertigungsline zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge gebraucht werden, zum Beispiel die fertiggeschweißten Spaceframes, direkt an das Hauptfertigungsmodul anzuliefern. So ist eine dezentralisierte Fertigungsanlage denkbar, was eine Flexibilität des Microfactory-Konzepts unterstreicht.
Unter Nutzung des Microfactory-Konzepts ist es ermöglicht, auf besonders effiziente und nachhaltige Weise Kraftfahrzeuge in Serien- insbesondere Kleinserienproduktion (10000 bis 30000 Einheiten pro Jahr), herzustellen. Kernaspekte sind dabei die folgenden:
Statt einer klassischen Karosserie aus tiefgezogenen Blechen und einer mehrschaligen punktgeschweißten Karosserie wird ein Aluminium-Profilrohrrahmen genutzt. Hierbei werden Aluminiumprofile mechanisch bearbeitet und zu einer Skelettkarosserie, insbesondere einem sogenannten Spaceframe verschweißt. Für den Karosseriebauanteil der Produktion sinken die Werkzeugkosten im Vergleich zu einem klassischen Karosseriebau signifikant, insbesondere um mehr als 80 %. Zudem entfallen Investitionen für ein Presswerk.
Anstelle einer lackierten Außenhaut, die das Spaceframe umgibt, kommen Kunststoff-Außen- hautpanele zum Einsatz, die aus einem Polymer gebildet sind. Die Außenhautpanele werden mittels Thermoforming-Tiefziehverfahrens hergestellt und danach spanend bearbeitet, insbesondere gefräst, um eine hohe Kantenqualität und Maßhaltigkeit herzustellen. Bereits beim Herstellen bzw. Thermoformen der Außenhautpanele erhalten diese ihre Endfarbe, etwa durch den Einsatz eines Farbstoffes oder durch den Einsatz von bereits entsprechend farbigem/gefärbtem Kunststoffgranulat. Die Außenhautpanele werden dann montiert und am Spaceframe, das heißt an der Skelettkarosserie befestigt. Für diesen Bereich sinken die Werkzeugkosten im Vergleich zu einem klassischen Einsatz von herkömmlichen Außenhautkomponenten und deren Lackierung, insbesondere um mehr als 80 %, und eine Investition in eine Lackieranlage entfällt.
In Anbetracht der Auflösung bzw. des Entfalls des herkömmlichen Karosseriebaus und des herkömmlichen Außenhautbaus und -lackiervorgangs wurde dann das Microfactory-Konzept für die Serienproduktion der Kraftfahrzeuge entwickelt. Die Integration der Exterieurfertigung, Spaceframefertigung, Endmontage und Logistik in ein Gebäudekonzept ermöglicht effiziente Fertigungs- und Intralogistikprozesse.
In möglicher Weiterbildung ist die Hauptfertigungsline des Hauptfertigungsmoduls u-förmig ausgebildet, wobei das Hauptfertigungsmodul an einem ersten Schenkel der Hauptfertigungsline eine Schnittstelle für das Rahmenmontagemodul und eine Schnittstelle für das Außenhautherstellungsmodul aufweist. Zudem weist das Hauptfertigungsmodul an einem zweiten Schenkel der Hauptfertigungsline eine Schnittstelle für das Hauptlagermodul und eine Schnittstelle für das Montagekontrollmodul auf. Der Begriff Schnittstelle umfasst hierin generell Bereiche und/oder Einrichtungen des jeweiligen Fertigungsanlagenmoduls oder der beiden mittels der Schnittstelle gekoppelten Fertigungsanlagenmodule, wobei über die Bereiche/Einrichtungen Werkstoff zwischen den beiden mittels der Schnittstelle gekoppelten Fertigungsanlagenmodulen - also von einem der beteiligten Fertigungsanlagenmodule in das entsprechend andere der beteiligten Fertigungsanlagenmodule und umgekehrt - übergeben bzw. transportiert werden kann. Je nach Fertigungsanlagenmodulen, die mittels einer solchen Schnittstelle miteinander in Verbindung stehen, kann die Schnittstelle alternativ oder zusätzlich derart eingerichtet sein, dass ein fertig hergestelltes Kraftfahrzeug aus einem der Fertigungsanlagenmodule in das entsprechend gekoppelte Fertigungsanlagenmodul gebracht werden kann.
Aufgrund des u-förmigen Verlaufs der Hauptfertigungsline weist das Hauptfertigungsmodul einen Richtungsumkehrbereich auf, und die zu fertigenden Kraftfahrzeuge werden im Zuge der Endmontage zumindest abschnittsweise parallel gegenläufig zueinander transportiert. Ferner stellt sich eine Totallänge der Hauptfertigungsline und infolgedessen des Hauptfertigungsmoduls in vorteilhafter Weise als besonders kurz dar, wodurch die Kompaktheit der dem Microfac- tory-Konzept folgenden Fertigungsanlage unterstützt wird. Die Schnittstelle für das Rahmenmontagemodul und die Schnittstelle für das Außenhautherstellungsmodul befinden sich insbesondere an derjenigen der Schmalkanten der Modulgrundfläche des Hauptfertigungsmoduls, die vom Richtungsumkehrbereich weiter entfernt ist.
Die Schnittstelle für das Rahmenmontagemodul und die Schnittstelle für das Montagekontrollmodul sind gemäß einerweiteren möglichen Ausführungsform an einer gemeinsamen Schmalkante der Modulgrundfläche des Hauptfertigungsmoduls angeordnet, wobei die Modulgrundflächen des Hauptfertigungsmoduls, des Rahmenmontagemoduls und des Montagekontrollmoduls miteinander ein erstes gemeinsames Rechteck bilden. In Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Breitkante der Modulgrundfläche des Hauptlagermoduls und eine Breitkante des ers- ten gemeinsamen Rechtecks gleich lang sind. Insbesondere ist dabei eine jeweilige Schmalkante der Modulgrundflächen des Rahmenmontage- und des Montagekontrollmoduls circa halb so lang wir die Schmalkante der Modulgrundfläche des Hauptfertigungsmoduls. Hinsichtlich des Baukastensystems sind also das Rahmenmontagemodul und das Montagekontrollmodul besonders einfach miteinander kombinierbar, zum Beispiel zu einer ersten autarken Subeinheit der Fertigungsanlage, insbesondere in einer eigenen Logistikhalle.
Das Rahmenschweißmodul weist in weiterer möglicher Ausgestaltung der Fertigungsanlage eine Schnittstelle für das Rahmenmontagemodul auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul eine Schnittstelle für das Rahmenschweißmodul und eine Schnittstelle für das Außenhautherstellungsmodul auf. Insoweit ist also das Rahmenschweißmodul mit dem Rahmenmontagemodul und/oder mit dem Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul für den Werkstofffluss koppelbar, wobei das Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul für den Werkstofffluss mit dem Außenhautherstellungsmodul koppelbar ist. Hinsichtlich des Baukastensystems sind also beispielsweise das Rahmenschweißmodul, das Rahmenmontagemodul und das Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul zu einer zweiten autarken Subeinheit der Fertigungsanlage, insbesondere in einer weiteren eigenen Logistikhalle.
Weiter sieht eine mögliche Ausführung der Fertigungsanlage vor, dass die Schnittstelle für das Rahmenschweißmodul an einer Breitkante der Modulgrundfläche des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls angeordnet ist, wohingegen die Schnittstelle für das das Außenhautherstellungsmodul an einer Schmalkante der Modulgrundfläche des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls angeordnet ist. Dabei bilden die Modulgrundflächen des Rahmenschweißmoduls, des Außenhautherstellungsmoduls und des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls miteinander ein zweites gemeinsames Rechteck. So sind diese Fertigungsanlagenmodule zum einen besonders raumeffizient aneinander anschließbar, und zum anderen können sie besonders einfach in einer einfach konstruierte Logistikhalle untergebracht werden.
Die besonders vorteilhafte Raumeffizienz der Fertigungsanlage wird nochmals verstärkt, wenn - wie eine mögliche Weiterbildung vorsieht - eine Breitkante der Modulgrundfläche des Hauptlagermoduls und eine Breitkante des zweiten gemeinsamen Rechtecks gleich lang sind. Denn dann ergibt sich, dass das Hauptlagermodul, die vorstehend beschrieben erste Subeinheit aus Hauptfertigungsmodul, Rahmenmontagemodul und Montagekontrollmodul sowie die vorste- hend beschriebene zweite Subeinheit aus Rahmenschweißmodul, Außenhautherstellungsmodul und Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul gleich lang sind. Dadurch ist eine entsprechend ausgestattete Fertigungsanlage auf einer rechteckigen Gesamtgrundfläche aufstellbar. Dies begünstigt erneut eine besonders einfache Struktur bzw. Architektur der erforderlichen Logistikhalle.
Die basierend auf dem Microfactory-Konzept ausgeführte Fertigungsanlage weist in weiterer möglicher Ausführungsform ein fahrerloses rein flurgebundenes Transportsystem auf. Dabei weist das rein flurgebundene Transportsystem ein fahrerloses Transportfahrzeug auf, das dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug zum Endmontieren desselben entlang der Hauptfertigungslinie des Hauptfertigungsmoduls zu transportieren. Dadurch dass das Transportsystem rein flurgebunden ist, das heißt nicht auf eine Decke der Logistikhalle oder auf ein Gleissystem angewiesen ist, kann es besonders flexibel und vielseitig eingesetzt werden. Zudem vereinfacht sich die Gebäudestruktur nochmals, da keine besonders tragfähige Decke vorzusehen ist. Darüber hinaus entfällt der Bedarf an einem Gleissystem an der Decke und im/am Boden. Das Transportsystem kann dazu eingerichtet sein, sowohl Werkstoffe zwischen und/oder in den Fertigungsanlagenmodulen, insbesondere über deren Schnittstellen, zu transportieren als auch dazu, die halb-/unfertigen Kraftfahrzeuge im Hauptfertigungsmodul entlang der Hauptfertigungslinie zu transportieren. Dann weist es in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktionalität auf. Zudem wird die besonders einfache Struktur der Microfactory unterstützt, da auf unterschiedliche Transportmittel innerhalb der Microfactory verzichtet wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Fertigungsanlage bzw. die Fertigungsstätte (abgesehen von für ein Be- bzw. Entladen von Lastkraftwagen in den Ladezonen) das rein flurgebundene Transportsystem als einziges Transportsystem aufweist. Das Transportsystem weist insbesondere eine Vielzahl fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF, englisch Automated Guided Vehicle, AGV) auf. Es ist jedenfalls frei von einem flurfreien Fördermittel. Es weist demnach kein schienengebundenes und/oder deckengebundenes Transportmittel auf. Bei dem fahrerlosen rein flurgebundenen Transportsystem handelt es sich also hier um ein rein bodengebundenes innerbetriebliches Transportsystem. Indem es nicht an Gleise etc. gebunden ist, ergibt sich eine erwünschte, besonders geringe Integration in die Logistikhalle sowie in die Fertigungsanlagenmodule. Dadurch wird der Vorteil der besonders hohen Flexibilität der Fertigungsanlage nochmal verstärkt.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass die Fertigungsanlage ein Versorgungsleitungsnetzwerk aufweist, das dazu eingerichtet ist, die Fertigungsanlagenmodule mit Betriebsmedien zu versorgen. Hierzu weist das Versorgungsleitungsnetzwerk ein zentrales Versor- gungsmodul auf, mittels dessen die Betriebsmedien (das heißt hierin beispielsweise Druckluft, Elektrizität, Steuerungsdaten etc.) erzeugbar bzw. bereitstellbar sind. Im Betrieb der Fertigungsanlage bzw. Fertigungsstätte werden Betriebsmedien, die die im zentralen Versorgungsmodul erzeugt und/oder bereitgestellt werden, über Versorgungsleitungen zu den Fertigungsanlagenmodulen geführt und dort zur Nutzung bereitgestellt. Dazu ist die jeweilige Versorgungsleitung einerseits an das zentrale Versorgungsmodul - also an die entsprechende der Versorgungseinrichtungen - angeschlossen und andererseits an das entsprechende Fertigungsanlagenmodul. Das zentrale Versorgungsmodul ist in einem Mittenbereich der Fertigungsanlage, insbesondere der Fertigungsstätte oder der Logistikhalle, angeordnet, sodass die Versorgungsleitungen besonders kurz sind, wodurch mit einer Länge der Versorgungsleitung zusammenhängende Leitungsverluste (ohmscher Widerstand, Druckverluste etc.) in vorteilhafter Weise besonders gering sind. Jedenfalls ist das zentrale Versorgungsmodul derart angeordnet, dass keine der Versorgungsleitungen mehr als ein anderes der Fertigungsanlagenmodule vollständig überquert. Es kann vorgesehen sein, dass das zentrale Versorgungsmodul auf einer Grundfläche eines der Fertigungsanlagenmodule angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zentrale Versorgungsmodul basierend auf Art und Anzahl der Fertigungsanlagenmodule, mit denen die Fertigungsanlage ausgestattet ist, baukastenartig skalierbar ist. Hierzu ist das zentrale Versorgungsmodul dazu eingerichtet, mit unterschiedlich leistungsfähigen und/oder unterschiedlich vielen Versorgungseinrichtungen ausgerüstet zu werden. Weist die Fertigungsanlage (zum Beispiel im Rahmen einer ersten Ausbaustufe) lediglich das Hauptfertigungsmodul und das Montagekontrollmodul auf, ist ein Bedarf an Betriebsmedien relativ gering, weswegen mittels des zentralen Versorgungsmoduls in der ersten Ausbaustufe der Fertigungsanlage nur relativ wenig Betriebsmedien erzeugt bzw. bereitgestellt werden müssen. Erfolgt dann ein Ausbau der Fertigungsanlage, wobei ein weiteres Fertigungsanlagenmodul hinzukommt, steigt der Bedarf an Betriebsmedien. Dann ist es aufgrund der baukastenartigen Erweiterbarkeit des zentrale Versorgungsmoduls ermöglicht, weitere Versorgungseinrichtungen hinzuzufügen und/oder Versorgungseinrichtungen durch andere (leistungsfähigere) Versorgungseinrichtungen auszutauschen. Generell ist es gemäß dem Microfac- tory-Konzept möglich, eine Logistikhalle zu errichten oder zu nutzen, die ausreichend Platz für eine vollausgestattete Fertigungsanlage bietet, aber zunächst nur das Hauptfertigungsmodul und ein weiteres Fertigungsanlagenmodul in die Logistikhalle einzuziehen und mit der Produktion zu beginnen. Im Rahmen eines Ausbaus bzw. einer Erweiterung der Fertigungsanlage können dann (sukzessive) weitere Fertigungsanlagenmodule hinzugefügt bzw. in die bestehende Logistikhalle eingezogen werden. Ein solches Vorgehen wird durch das Versorgungsleitungsnetzwerk, das das zentrale Versorgungsmodul aufweist, begünstigt.
Die Fertigungsanlage weist einer weiteren möglichen Ausgestaltung zufolge eine dezentrale Klimatisierungseinrichtung auf, die je Fertigungsanlagenmodul eine autarke Klimatisierungseinheit aufweist. Mit anderen Worten ist/sind jedem der Fertigungsanlagenmodule, mit denen die Fertigungsanlage ausgerüstet ist, eine Klimatisierungseinheit oder mehr Klimatisierungseinheiten zugeordnet, um das entsprechende Fertigungsanlagenmodul zu klimatisieren, das heißt zu heizen und/oder zu kühlen. Ferner kann die jeweilige Klimatisierungseinheit dazu eingerichtet sein, eine Luftfeuchtigkeit im jeweiligen Fertigungsanlagenmodul zu regulieren. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweilige Klimatisierungseinheit eine Wärmepumpe aufweist, welche beispielsweise auf dem Dach der Logistikhalle angeordnet ist. Da die Klimatisierungseinheiten separat bzw. unabhängig voneinander regelbar sind, kann eine gewünschte Temperatur fertigungsanlagenmodulspezifisch eingestellt werden. Beispielsweise kann die Klimatisierungseinheit des Rahmenschweißmoduls geringer eingestellt werden als die Klimatisierungseinheit des Hauptlagermoduls. Auch unterschiedliche Temperaturbereiche innerhalb eines Fertigungsanlagenmoduls sind denkbar.
Die Fertigungsanlage kann zudem als weitere Fertigungsanlagenmodule ein Teststreckenmodul, eingerichtet zum Durchführen einer Testfahrt mit den hergestellten, insbesondere montageendkontrollierten Kraftfahrzeugen, und/oder ein Kraftfahrzeugparkmodul, eingerichtet zum Lagern der fertigen und insbesondere testgefahrenen Kraftfahrzeuge aufweisen. Ferner ist ein Bürotraktmodul denkbar. Insbesondere weist die Fertigungsanlage weiter eine dem Hauptlagermodul zugeordnete, erste Anlieferzone und einem dem Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul zugeordnete, zweite Anlieferzone auf. Weitere infrastrukturelle Merkmale für eine solche Kleinfabrik, beispielsweise ein innerbetriebliches Fahrbahnnetz für Logistik- und Besucherverkehr, Pförtnergebäude, Schlagbäume, Tore, Parkplätze für Mitarbeiter und Besucher, Löschwasserzisternen, gebäudeexterne Gastanks (insbesondere für das Rahmenschweißmodul) etc., sind dem Fachmann bekannt und brauchen nicht näher erläutert zu werden. Insbesondere das Teststreckenmodul, das Kraftfahrzeugparkmodul, das Bürotraktmodul können außerhalb der Logistikhalle, das heißt gebäudeextern angeordnet sein. Gleichwohl ist - bei ausreichender Hallengröße - eine gebäudeinterne Anordnung denkbar.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Ansicht bzw. einen Aufteilungsplan einer Fertigungsstätte zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Hauptfertigungslinie der Fertigungsstätte und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Fertigungsstätte, wobei Fertigungsanlagenmodule und ein Dach einer Logistikhalle der Fertigungsstätte ausgeblendet sind.
Unter Bezugnahme auf die Fig. werden im Folgenden eine modulare Fertigungsanlage 1 , eine Fertigungsstätte 2 und ein Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen 7 erläutert. Dabei sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen.
Die Fertigungsanlage 1 ist gemäß dem Microfactory- Konzept modular, das heißt, sie ist aus Fertigungsanlagenmodulen M gebildet. Sie weist als Fertigungsanlagenmodule ein Hauptfertigungsmodul (Main Assembly) M1 und eines oder mehr von weiteren Fertigungsanlagenmodulen M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M9 gebildet. Obwohl es also denkbar ist, dass die Fertigungsanlage 1 lediglich aus dem Hauptfertigungsmodul M1 und einem der weiteren Fertigungsanlagenmodulen M2-M9 gebildet ist, wird sie im Folgenden anhand einer Vollausstattung beschrieben, wobei die Fertigungsanlage 1 die Fertigungsanlagenmodule M umfasst. Dementsprechend zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht bzw. einen Aufteilungsplan der Fertigungsstätte 2 zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen 7, wobei die Fertigungsstätte 2 die Fertigungsanlage 1 , vorliegend also die Fertigungsanlagenmodule M, aufweist. Die Fertigungsanlage 1 und infolgedessen die Fertigungsstätte 2 weisen keine Lackiereinrichtung und keine Presseinrichtung auf, da zum Herstellen der Kraftfahrzeuge 7 gemäß dem hierin vorgestellten Microfactory-Konzept ein Pressen von metallischen Außenhautbauteilen (Blechen etc.) und ein Lackieren der Außenhaut nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen sind. Die Fertigungsanlage 1 weist vorliegend ein Hauptfertigungsmodul M1 , ein Rahmenschweißmodul M2, ein Rahmenmontagemodul M3, ein Außenhautherstellungsmodul M4, ein Hauptlagermodul M5, ein Montagekontrollmodul M6, ein Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff- Lagermodul M7, ein Teststreckenmodul M8 und ein Kraftfahrzeugparkmodul M9 auf. Einrichtungen E - zum Beispiel Maschinen, Werkzeuge, Arbeitsbereiche, Logistik- bzw. Lagerflächen, Transportmittel, Wasser-, Abwasser-, Gas- und Stromanschlüsse, Sicherheitsflächen, Absauganlagen, Gefahrstoffabscheider, Fahrbahnen, Parkflächen etc. - der Fertigungsanlagenmodule M sind in Fig. 1 lediglich durch deren Aufstellfläche angedeutet und sind mit den Bezugszeichen E1- E9 aus Übersichtlichkeitsgründen nur teilweise versehen. Die Einrichtungen E sind jeweils auf einer jeweiligen Modulgrundfläche G der Fertigungsanlagenmodule M angeordnet, wobei die Modulgrundflächen G1-G9 vorliegend rechteckig sind.
Die Fertigungsstätte 2 weist eine Logistikhalle 3 auf, von der in Fig. 1 lediglich der Außenumriss dargestellt ist. Die Logistikhalle 3 ist in Fig. 3 besonders gut erkennbar. Die Logistikhalle 3 ist nach in der Logistikbranche üblichen Standards und/oder nach durch Normungsinstitute etablierten Normen für die Logistikbranche errichtet, und deren Stützen bzw. Tragsäulen 19 sind im Abstand von 12 m x 12 m, 12 m x 24 m oder 24 m x 24 m aufgestellt. Ganzzahlige Vielfache dieses genormten bzw. standardisierten Stützen- bzw. Säulenrasters sind ebenso denkbar. Die Einrichtungen E der Fertigungsanlagenmodule M sind so auf den zugehörigen Modulgrundflächen G aufgestellt bzw. verteilt oder angeordnet, dass die Fertigungsanlagenmodule M und das standardisierte Stützen- bzw. Säulenraster der Logistikhalle 3 miteinander kompatibel sind. Hier im Beispiel hat die Logistikhalle 3 etwa 60000 m2 Innengrundfläche, um die Fertigungsanlagenmodule M1-M7 einzuhausen. Im vorliegenden Beispiel sind die Fertigungsanlagenmodule M1- M7 gebäudeintern, das heißt in der Logistikhalle 3 angeordnet, wohingegen die Fertigungsanlagenmodule M8, M9 - ebenso wie ein Bürotraktmodul 4 und zwei Ladezonen 5, 6 der Fertigungsstätte 2 bzw. Fertigungsanlage 1 - gebäudeextern sind, das heißt außerhalb der Logistikhalle 3 angeordnet sind. Die Fertigungsanlagenmodule M sind gemäß dem Microfactory-Kon- zept in gewissen Kombinationen autark und örtlich entfernt von anderen der Fertigungsanlagenmodule M anordenbar, etwa in örtlich voneinander entfernten Logistikhallen 3.
Mittels der Fertigungsanlage 1 bzw. mittels der Fertigungsstätte 2 oder mittels des Verfahrens sind die batterieelektrischen Kraftfahrzeuge 7 herstellbar, welche jeweils eine mit Kunststoff-Au- ßenhautpanelen beplankte Skelettkarosserie, insbesondere ein Spaceframe, aufweisen. Dabei wird beim Verfahren zum Herstellen der batterieelektrischen Kraftfahrzeuge 7 die Fertigungsan- läge 1 oder die die Fertigungsanlage 1 aufweisende Fertigungsstätte 2 derart betrieben, dass die Kraftfahrzeuge 7 entlang einer Hauptfertigungslinie 8 des Hauptfertigungsmoduls M1 transportiert und endmontiert werden, wobei Werkstoffe (das heißt Rohstoffe, Hilfsstoffe, Halbzeuge, Halbfabrikate, Zwischenprodukte, Betriebsstoffe, unfertige Kraftfahrzeuge 7 etc.) von einem oder mehr der Fertigungsanlagenmodule M2-M7 in das Hauptfertigungsmodul M1 gebracht und zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge 7 eingesetzt werden. Die herzustellenden Kraftfahrzeuge 7 (die, solange sie entlang der Hauptfertigungslinie 8 angeordnet sind, noch unfertig sind) werden vorliegend mittels eines fahrerlosen rein flurgebundenen Transportsystems 9 (siehe auch Fig. 2) in diskret getakteten Zeitabschnitten - beispielsweise alle 10 Minuten - entlang der Hauptfertigungslinie 8 des Hauptfertigungsmoduls M1 von Montagestationsbereich 10 zu Montagestationsbereich 10 der Hauptfertigungslinie 8 oder innerhalb eines größeren Montagestationsbereichs 10a transportiert. Ein solcher größerer Montagestationsbereich 10a weist entlang der Hauptfertigungslinie 8 eine zum Beispiel ganzzahlig vielfache Länge eines einfachen Montagestationsbereichs 10 auf. Zudem kann den Montagestationsbereichen 10, 10a eine jeweilige Montagestationsbereichsfläche zugewiesen sein, die sich einseitig lateral oder beidseitig der Hauptfertigungslinie 8 erstreckt. Ein jeweiliger Flächeninhalt der Montagestationsbereichsflächen bestimmt sich beispielsweise nach einem jeweiligen Raumbedarf, der zum Durchführen der entsprechenden Arbeiten an den Kraftfahrzeugen 7 erforderlich ist oder nach einer Bauelementgröße des zu verbauenden Bauelements etc. In Fig. 1 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht alle Montagestationsbereiche 10, 10a mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Das rein flurgebundene Transportsystem 9 weist eine Flotte von fahrerlosen Transportfahrzeugen 11 auf, wobei das jeweilige Transportfahrzeug 11 dazu eingerichtet ist, ohne an ein Gleissystem oder an eine Decke der Logistikhalle 3 gebunden zu sein, das Kraftfahrzeug 7 zum Endmontieren desselben entlang der Hauptfertigungslinie 8 des Hauptfertigungsmoduls M1 zu transportieren. Wird das Transportfahrzeug 11 aktuell nicht zum Transportieren eines Kraftfahrzeugs 7 eingesetzt, wird beispielsweise dessen Traktionsbatterie elektrisch geladen, oder es wird dazu eingesetzt, Werkstoffe zwischen den Fertigungsanlagenmodulen M zu transportieren. Es ist jedenfalls frei von einem flurfreien Fördermittel und weist demnach kein schienengebundenes und/oder deckengebundenes Transportmittel auf. Für bestimmungsgemäße Funktion des Transportfahrzeugs 11 bzw. des Transportsystems 9 ist lediglich ein möglichst planer und stufenloser Boden 12 der Logistikhalle 3 vonnöten. Für einen besonders zuverlässigen und sicheren Betrieb kann ein Bodenbelag des Bodens 12 ein Führungselement 13 aufweisen. Zum Beispiel kann das Führungselement 13 sich farblich stark von einer umgebenden Bodenbelag- färbe abhebende Farbstreifen, einen magnetisch wirksamen Materialstreifen etc. aufweisen.
Das Führungselement 13 ist so ausgeführt, dass es mittels einer Führungssensorik des jeweiligen Transportfahrzeugs 11 maschinell detektiert werden kann.
Im vorliegenden Beispiel werden im Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul M7 sämtliche Waren/Werkstoffe angeliefert und gelagert, die zum Herstellen der Kunststoff-Au- ßenhautpanele und der Skelettkarosserien sowie zum Montieren von Befestigungsadaptern an die Skelettkarosserien erforderlich sind, also insbesondere Aluminiumrohrprofile, Polymerplatten, Befestigungsadapter etc. Diese Werkstoffe werden über eine Schnittstelle S7-2 an das Rahmenschweißmodul M2 bzw. über eine Schnittstelle S7-4 an das Außenhautherstellungsmodul M4 übergeben. Hierzu können zum Beispiel Industrieroboter etc. vorgesehen sein, die - ebenso wie das Transportsystem 9 - rein flurgebunden sind, das heißt für bestimmungsgemäßen Einsatz lediglich auf den Boden 12 (siehe Fig. 2) angewiesen sind.
Im Rahmenschweißmodul M2 (Frame Welding) werden die bereitgestellten Aluminiumrohrprofile zu den Spaceframes verschweißt. Hierzu weist das Rahmenschweißmodul M2 insbesondere eine modular aufgebaute und automatisierte Schweißlinie auf, sodass die Fertigung des Spaceframes, also das Schweißen der Aluminiumrohrprofile zur Skelettkarosserie des Kraftfahrzeugs 7, hochautomatisiert abläuft. Mit anderen Worten werden im Rahmenschweißmodul M2 einzelne extrudierte Aluminiumprofile über verschiedene Fertigungsstufen automatisiert zum Spaceframe gefügt.
Im Außenhautherstellungsmodul M4 werden die Polymerplatten zu den Außenhautpanelen umgeformt, vorliegend mittels Thermoformings. Dabei umfasst das Herstellen der Kunststoff-Au- ßenhautpanele mittels des Außenhautherstellungsmoduls M4 drei Fertigungsstufen: erstens Thermoforming, zweitens Schneiden und Fräsen, drittens Montage (Verbinden zweier Einzeloder Teilpanele). Die im Außenhautherstellungsmodul M4 hergestellten Kunststoff-Außenhaut- panele werden unmittelbar und just-in-time dem Hauptfertigungsmodul M1 , das heißt der Hauptfertigungslinie 8, bereitgestellt.
Dem Hauptfertigungsmodul M1 vorgeschaltet ist das Rahmenmontagemodul M3 (Frame Assembly), in welchem die Befestigungsadapter, sogenannte Brackets, an die Skelettkarosserien angebracht werden. Die Brackets dienen als Befestigungselement für Interieurelemente (Armaturenträger, Sitzanlage, Innenverkleidung etc.) und Exterieurelemente (Außenhautpanele, Scheinwerfer, Ladekopplungselemente etc.) des Kraftfahrzeugs 7. Hierzu werden die fertigge- schweißten Spaceframes über eine Schnittstelle S2-3 aus dem Rahmenschweißmodul M2 in das Rahmenmontagemodul M3 gebracht, ist das Rahmenmontagemodul (Frame Assembly).
Die mit den Brackets versehenen Spaceframes werden dann über eine Schnittstelle S1-3 dem Hauptfertigungsmodul M1 übergeben. Über eine Schnittstelle S1-4 werden die hergestellten Au- ßenhautpanele dem Hauptfertigungsmodul M1 übergeben. Zudem werden dem Hauptfertigungsmodul M1 über eine Schnittstelle S1-5 aus dem Hauptlagermodul weitere Bauelemente, Zwischenprodukte etc. übergeben, die zum Endfertigen des Kraftfahrzeugs 7 an/in dieses gebaut werden. Entlang der Hauptfertigungslinie 8 erfolgt also die wesentliche Montage des Kraftfahrzeugs 7. Nach dem das Endfertigen abgeschlossen ist, wird das entsprechende Kraftfahrzeug 7 über eine Schnittstelle S1-6 an das Montagekontrollmodul M6 abgegeben, in welchem eine Montageendkontrolle an den Kraftfahrzeugen 7 durchgeführt wird.
Es ist aus Fig. 1 zu erkennen, dass vorliegend vier der Fertigungsanlagenmodule M2-M7 bezogen auf einen innerbetrieblichen Werkstoff- bzw. Materialfluss direkt an das Hauptfertigungsmodul M1 angrenzen, nämlich die Fertigungsanlagenmodule M2-M6. Daher ist im vorliegenden Beispiel vorgesehen, dass die Hauptfertigungslinie 8 u-förmig ausgebildet ist, wobei die Schnittstellen S1-3, S1-4 an einem ersten Schenkel 14 der Hauptfertigungslinie 8 angeordnet sind, wohingegen die Schnittstellen S1-5, S1-6 an einem parallelen Schenkel 15 der Hauptfertigungslinie 8 angeordnet sind. Die beiden Schenkel 14, 15 sind über einen Richtungsumkehrbereich 16 miteinander verbunden.
Aus Fig. 1 geht zudem hervor, dass im vorliegenden Beispiel die Schnittstelle S1-3 für das Rahmenmontagemodul M3 und die Schnittstelle S1-6 für das Montagekontrollmodul M6 an einer gemeinsamen Schmalkante der Modulgrundfläche G1 des Hauptfertigungsmoduls M1 angeordnet sind, wobei die Modulgrundflächen G1, G3, G6 des Hauptfertigungsmoduls M1 , des Rahmenmontagemoduls M3 und des Montagekontrollmoduls M6 miteinander ein erstes gemeinsames Rechteck 17 bilden. Ferner sind eine Breitkante der Modulgrundfläche G5 des Hauptlagermoduls M5 und eine Breitkante des ersten gemeinsamen Rechtecks 17 gleich lang. Weiter ist die Schnittstelle S7-2 für das Rahmenschweißmodul M2 an einer Breitkante der Modulgrundfläche G7 des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls M7 angeordnet, wohingegen die Schnittstelle S7-4 für das Außenhautherstellungsmodul M4 an einer Schmalkante der Modulgrundfläche G7 des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls M7 angeordnet ist, wobei die Modulgrundflächen G2, G4, G7 des Rahmenschweißmoduls M2, des Außenhautherstellungsmoduls M4 und des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermo- duls M7 miteinander ein zweites gemeinsames Rechteck 18 bilden. Eine Breitkante der Modulgrundfläche G5 des Hauptlagermoduls M5 und eine Breitkante des zweiten gemeinsamen Rechtecks 18 sind gleich lang.
Nachdem das Kraftfahrzeug 7 die Montageendkontrolle im Fertigungsanlagenmodul M6 erfolgreich durchlaufen hat, wird es dem Teststreckenmodul M7 übergeben. Andernfalls wird es zur Nachbesserung beispielsweise wieder in den Ablauf der Hauptfertigungslinie 8 eingegliedert und/oder anderweitig bearbeitet. Nach erfolgreichem Abschluss der Testfahrt wird das Kraftfahrzeug 7 an das Kraftfahrzeugparkmodul M9 übergeben und dort bis zur Abholung (durch eine Spedition oder einen Kunden) gelagert.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Fertigungsstätte 2, wobei die Fertigungsanlagenmodule M und ein Dach der Logistikhalle 3 der Fertigungsstätte 2 ausgeblendet bzw. nicht dargestellt sind. Zu erkennen ist, dass die Stützen 19 der Logistikhalle 3 gemäß einem vorgegebenen Raster (hier beispielhaft 12 m x 24 m) aufgestellt sind. Ferner geht aus Fig. 3 hervor, dass due Fertigungsanlage 1 vorliegen ein Versorgungsleitungsnetzwerk 20 aufweist. Dieses ist dazu eingerichtet, die Fertigungsanlagenmodule M mit Betriebsmedien zu versorgen. Es weist eine Vielzahl von Versorgungsleitungen 21 auf, welche einerseits an einem zentralen Versorgungsmodul 22 des Versorgungsleitungsnetzwerks 20 angeschlossen sind. Andererseits sind die Versorgungsleitungen 21 an einem Fertigungsanlagenmodul M der Fertigungsanlage 1 angeschlossen. Dabei überquert die jeweilige Versorgungsleitung 21 höchstens ein Fertigungsanlagenmodul M vollständig, um im vorgesehenen der Fertigungsanlagenmodule M zu enden. Deswegen ist das zentrale Versorgungsmodul 22 in einem Mittenbereich der Fertigungsanlage 1 bzw. Logistikhalle 3 angeordnet.
Das zentrale Versorgungsmodul 22 ist basierend auf Art und Anzahl der Fertigungsanlagenmodule M, mit denen die Fertigungsanlage 1 ausgestattet ist, baukastenartig skalierbar. Mit anderen Worten ist das zentrale Versorgungsmodul 22 dazu eingerichtet, mit unterschiedlich leistungsfähigen und/oder unterschiedlich vielen Versorgungseinrichtungen zum Decken von unterschiedlich hohem Betriebsmedienbedarf ausgerüstet zu werden, insbesondere je nach Ausbaustufe der Fertigungsanlage 1, das heißt je nachdem mit welchen und wie vielen der Fertigungsanlagenmodule M die Fertigungsanlage 1 oder die Fertigungsstätte 2 ausgestattet ist.
Fig. 3 zeigt ferner eine dezentrale Klimatisierungseinrichtung 23 der Fertigungsanlage 1 , wobei die Klimatisierungseinrichtung 23, je Fertigungsanlagenmodul M eine autarke Klimatisierungs- einheit 24, vorliegend zwei oder mehr Klimatisierungseinheiten 24, aufweist. Die Klimatisierungseinheiten 24 der Klimatisierungseinrichtung 23 sind separat voneinander betreib- und regelbar. Insbesondere weist die jeweilige Klimatisierungseinheit 24 eine Wärmepumpe (nicht dargestellt) auf, die auf dem Dach der Logistikhalle angeordnet ist.
Zusammengefasst wird ein Fabrikkonzept/Fertigungskonzept zur Fertigung der batterieelektrischen Kraftfahrzeuge 7 vorgeschlagen. Aufgrund der Technologiekombination Spaceframe plus Kunststoff-Außenhautpanele entfallen klassische Fertigungssparten wie Presswerk und Lackiererei. Der Karosseriebau wird aufgrund der Skelettkarosserie bzw. Spaceframes gegenüber herkömmlichen Konzepten drastisch vereinfacht. Der Grundaufbau der Microfactory bzw. der Fertigungsanlage 1 oder der Fertigungsstätte 2 unterscheidet sich daher grundlegend von klassischen Werksstrukturen im Automobilbau. Damit eine Konzeptionierung/Planung und der Bau des Produktionssystems bzw. der Fertigungsanlage 1 möglichst stark parallelisiert werden kann, wird insbesondere keine Fördertechnik in das Gebäude integriert, sondern das fahrerlose rein flurgebundene Transportsystem 9 eingesetzt, das zumindest entlang der Hauptfertigungslinie 8 eingesetzt wird. Parallel zur Hauptfertigungslinie 8, insbesondere entlang deren Schenkel 14, 15, sind diverse Vormontagebereiche angesiedelt. Dabei führen die aufgrund des Microfac- tory-Konzepts äußerst kurzen innerbetrieblichen Transportwege zu einer besonders hohen Effizienz im Material- bzw. Werkstoffhandling innerhalb der Fertigungsanlage 1. Durch die Inhouse- Fertigung der Außenhautpanele entsteht kein unwirtschaftlicher und ökologisch ungünstiger Aufwand, um voluminöse Außenhautteile zu transportieren. Der Einsatz der Thermoforming- Technologie mit anschließender Befräsung statt klassischem Presswerk in Verbindung mit einer Lackiererei reduziert die Investitionen in Anlagen und Werkzeuge massiv, nämlich um bis zu 90 %. Zudem werden zum Errichten der Fertigungsanlage 1 bzw. -Stätte 2 im Vergleich zum Errichten einer herkömmlichen Automobilfabrik circa die Hälfte der Zeit und ein Zehntel der Kosten aufzuwenden sein. BEZUGSZEICHENLISTE
1 modulare Fertigungsanlage
2 Fertigungsstätte
3 Logistikhalle
4 Bürotraktmodul
5 Ladezone
6 Ladezone
7 Kraftfahrzeug
8 Hauptfertigungslinie
9 T ransportsystem
10 Montagestationsbereich
10a größerer/längerer Montagestationsbereich
11 fahrerloses Transportfahrzeug
12 Boden
13 Führungselement
14 Schenkel
15 Schenkel
16 Richtungsumkehrbereich
17 erstes gemeinsames Rechteck
18 zweites gemeinsames Rechteck
19 Stütze/T ragsäule
20 Versorgungsleitungsnetzwerk
21 Versorgungsleitung
22 Versorgungsmodul
23 Klimatisierungseinrichtung
24 Klimatisierungseinheit
M Fertigungsanlagenmodul
M1 Hauptfertigungsmodul
M2 Rahmenschweißmodul
M3 Rahmenmontagemodul
M4 Außenhautherstellungsmodul
M5 Hauptlagermodul
M6 Montagekontrollmodul M7 Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul
M8 Teststreckenmodul
M9 Kraftfahrzeugparkmodul
E Einrichtung eines Fertigungsanlagenmoduls
E1 Einrichtung des Hauptfertigungsmoduls
E2 Einrichtung des Rahmenschweißmoduls
E3 Einrichtung des Rahmenmontagemoduls
E4 Einrichtung des Außenhautherstellungsmoduls
E5 Einrichtung des Hauptlagermoduls
E6 Einrichtung des Montagekontrollmoduls
E7 Einrichtung des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls
E8 Einrichtung des Teststreckenmoduls
E9 Einrichtung des Kraftfahrzeugparkmoduls
G Grundfläche eines Fertigungsanlagenmoduls
G1 Modulgrundfläche des Hauptfertigungsmoduls
G2 Modulgrundfläche des Rahmenschweißmoduls
G3 Modulgrundfläche des Rahmenmontagemoduls
G4 Modulgrundfläche des Außenhautherstellungsmoduls
G5 Modulgrundfläche des Hauptlagermoduls
G6 Modulgrundfläche des Montagekontrollmoduls
G7 Modulgrundfläche des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls
G8 Modulgrundfläche des Teststreckenmoduls
G9 Modulgrundfläche des Kraftfahrzeugparkmoduls
S1-3 Schnittstelle zwischen Hauptfertigungsmodul und Rahmenmontagemodul
S1-4 Schnittstelle zwischen Hauptfertigungsmodul und Außenhautherstellungsmodul
S1-5 Schnittstelle zwischen Hauptfertigungsmodul und Hauptlagermodul
51-6 Schnittstelle zwischen Hauptfertigungsmodul und Montagekontrollmodul
52-3 Schnittstelle zwischen Rahmenschweißmodul und Rahmenmontagemodul
S7-2 Schnittstelle zwischen Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul und Rahmenschweißmodul
S7-4 Schnittstelle zwischen Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul und Außenhautherstellungsmodul

Claims

PATENTANSPRÜCHE Modulare Fertigungsanlage (1), die zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen (7) eingerichtet ist, welche jeweils eine mit Kunststoff-Außenhaut- panelen beplankte Skelettkarosserie aufweisen, wobei die modulare Fertigungsanlage (1) folgende Fertigungsanlagenmodule (M) aufweist:
- ein als Hauptfertigungsmodul (M1) ausgeführtes Fertigungsanlagenmodul, eingerichtet zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge (7) und zum Transportieren der Kraftfahrzeuge (7) entlang einer Hauptfertigungslinie (8) des Hauptfertigungsmoduls (M1),
- eines oder mehr der folgenden Fertigungsanlagenmodule (M):
- ein Rahmenschweißmodul (M2), eingerichtet zum Schweißen der Skelettkarosserien,
- ein Rahmenmontagemodul (M3), eingerichtet zum Montieren von Befestigungsadaptern an die Skelettkarosserien,
- ein Außenhautherstellungsmodul (M4), eingerichtet zum Herstellen der Außen- hautpanele,
- ein Hauptlagermodul (M5), eingerichtet zum Lagern von Werkstoffen, die zum Endmontieren des Kraftfahrzeugs (7) gebraucht werden,
- ein Montagekontrollmodul (M6), eingerichtet zum Durchführen einer Montageendkontrolle an den Kraftfahrzeugen (7),
- sofern die Fertigungsanlage das Rahmenschweißmodul (M2) und das Außenhautherstellungsmodul (M4) aufweist: ein Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul (M7), eingerichtet zum Lagern von Werkstoffen, die zum Schweißen der Skelettkarosserien und zum Montieren der Befestigungsadapter gebraucht werden, wobei Einrichtungen (E) des jeweiligen Fertigungsanlagenmoduls (M) so auf einer Modulgrundfläche (G) des jeweiligen Fertigungsanlagenmoduls (M) angeordnet sind, dass die Fertigungsanlagenmodule (M) mit einem standardisierten Stützenraster einer Logistikhalle (3) kompatibel sind. Fertigungsanlage (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie frei von einer Lackiereinrichtung zum Lackieren einer Außenhaut der Kraftfahrzeuge (7) ist. Fertigungsanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie frei von einer Presseinrichtung zum Pressformen von metallischen Außenhautkomponenten der Kraftfahrzeuge (7) ist. Fertigungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfertigungsline (8) des Hauptfertigungsmoduls (M1) u-förmig ausgebildet ist, wobei
- das Hauptfertigungsmodul (M1) an einem ersten Schenkel (14) der Hauptfertigungsline (8) eine Schnittstelle (S1-3) für das Rahmenmontagemodul (M3) und eine Schnittstelle (S1-4) für das Außenhautherstellungsmodul (M4) aufweist,
- das Hauptfertigungsmodul (M1) an einem zweiten Schenkel (15) der Hauptfertigungsline (8) eine Schnittstelle (S1-5) für das Hauptlagermodul (M5) und eine Schnittstelle (S1-6) für das Montagekontrollmodul (M6) aufweist. Fertigungsanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (S1-3) für das Rahmenmontagemodul (M3) und die Schnittstelle (S1-6) für das Montagekontrollmodul (M6) an einer gemeinsamen Schmalkante der Modulgrundfläche (G1) des Hauptfertigungsmoduls (M1) angeordnet sind, wobei die Modulgrundflächen (G1, G3, G6) des Hauptfertigungsmoduls (M1), des Rahmenmontagemoduls (M3) und des Montagekontrollmoduls (M6) miteinander ein erstes gemeinsames Rechteck (17) bilden. Fertigungsanlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitkante der Modulgrundfläche (G5) des Hauptlagermoduls (M5) und eine Breitkante des ersten gemeinsamen Rechtecks (17) gleich lang sind. Fertigungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenschweißmodul (M2) eine Schnittstelle (S2-3) für das Rahmenmontagemodul (M3) aufweist. Fertigungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermodul (M7) eine Schnittstelle (S7-2) für das Rahmenschweißmodul (M2) und eine Schnittstelle (S7-4) für das Außenhautherstellungsmodul (M4) aufweist. Fertigungsanlage (1) nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (S7-2) für das Rahmenschweißmodul (M2) an einer Breitkante der Modulgrundfläche (G7) des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls (M7) angeordnet ist, wohingegen die Schnittstelle (S7-4) für das Außenhautherstellungsmodul (M4) an einer Schmalkante der Modulgrundfläche (G7) des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls (M7) angeordnet ist, wobei die Modulgrundflächen (G2, G4, G7) des Rahmenschweißmoduls (M2), des Außenhautherstellungsmoduls (M4) und des Rahmenwerkstoff- und Außenhautwerkstoff-Lagermoduls (M7) miteinander ein zweites gemeinsames Rechteck (18) bilden. Fertigungsanlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitkante der Modulgrundfläche (G5) des Hauptlagermoduls (M5) und eine Breitkante des zweiten gemeinsamen Rechtecks (18) gleich lang sind. Fertigungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein fahrerloses rein flurgebundenes Transportsystem (9), das ein fahrerloses Transportfahrzeug (11) aufweist, das dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug (7) zum Endmontieren desselben entlang der Hauptfertigungslinie (8) des Hauptfertigungsmoduls (M1) zu transportieren. Fertigungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Versorgungsleitungsnetzwerk, das dazu eingerichtet ist, die Fertigungsanlagenmodule (M) mit Betriebsmedien zu versorgen und ein zentrales Versorgungsmodul aufweist, welches derart angeordnet ist, dass eine jeweilige von Versorgungsleitungen des Versorgungsleitungsnetzwerks, die einerseits an einem der Fertigungsanlagenmodule (M) und andererseits am zentralen Versorgungsmodul angeschlossen oder anschließbar ist, maximal ein anderes der Fertigungsanlagenmodule (M) vollständig überqueren. Fertigungsanlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Versorgungsmodul basierend auf Art und Anzahl der Fertigungsanlagenmodule (M), mit denen die Fertigungsanlage (1) ausgestattet ist, baukastenartig skalierbar ist, indem das zentrale Versorgungsmodul dazu eingerichtet ist, mit unterschiedlich leistungsfähigen und/oder unterschiedlich vielen Versorgungseinrichtungen ausgerüstet zu werden. Fertigungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dezentrale Klimatisierungseinrichtung, die je Fertigungsanlagenmodul eine autarke Klimatisierungseinheit aufweist. Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen (7) mittels einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Fertigungsanlage (1), wobei die hergestellten Kraftfahrzeuge (7) jeweils eine mit Kunststoff-Außenhautpa- nelen beplankte Skelettkarosserie aufweisen, und beim Verfahren die Kraftfahrzeuge (7) entlang der Hauptfertigungslinie (8) des Hauptfertigungsmoduls (M 1) transportiert und endmontiert werden, wobei Werkstoff von einem oder mehr der Fertigungsanlagenmodule (M) in das Hauptfertigungsmodul (M 1 ) gebracht und zum Endmontieren der Kraftfahrzeuge (7) eingesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Endmontieren die Kraftfahrzeuge (7) entlang der Hauptfertigungslinie (8) in diskret getakteten Zeitabschnitten transportiert werden. Fertigungsstätte (2) zum serienmäßigen Herstellen von batterieelektrischen Kraftfahrzeugen (7), welche jeweils eine mit Kunststoff-Außenhautpanelen beplankte Skelettkarosserie aufweisen, wobei die Fertigungsstätte (2) eine nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildeten Fertigungsanlage (1) und eine standardisierte Logistikhalle (3) aufweist, in welcher die Fertigungsanlagenmodule (M) angeordnet sind.
PCT/EP2023/081757 2022-11-28 2023-11-14 Modulare fertigungsanlage, verfahren und fertigungsstätte zum serienmässigen herstellen von batterieelektrischen kraftfahrzeugen WO2024115099A1 (de)

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"Fabrikplanung : Handbuch Produktion und Management 4", 1 January 2021, SPRINGER BERLIN HEIDELBERG, Berlin, Heidelberg, ISBN: 978-3-662-61969-8, article BURGGRÄF PETER ET AL: "Layoutplanung : Handbuch Produktion und Management 4", pages: 409 - 454, XP093135517, DOI: 10.1007/978-3-662-61969-8_8 *
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