Technologieorientierte Zukunftsprognose der Warmmassivumformung

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Technology Oriented Future Prognosis for Hot Forging
Technologieorientierte
Zukunftsprognose der
Warmmassivumformung
Dipl.-Ing. Henning Möller,
Aachen
Zusammenfassung: Hypothesen Kundenauswertung
H 1: »Leichtbauwerkstoffe bei Schmiedeteilen werden trotz des höheren Preises zunehmen.«
H 2: »Da Bauteile immer einfacher werden, werden Schmiedeteile immer geeigneter.«
H 3: »In mindestens drei von sechs Systemfeldern wird sich in den nächsten 15 Jahren
ein Technologiewandel vollziehen, der für Schmiedeteile Auswirkungen haben wird.«
H 4: »Die signifikanten Vorteile der Schmiedetechnologie rechtfertigen den Preis.«
H 5: »Für 90% aller Bauteile steht Schmieden als Fertigungsverfahren vor der
Detailkonstruktion fest.«
H 6: »In 10 Jahren werden Schmiedeteile 30 % mehr der Bauteile im Auto ausmachen.
Substitutionstechnologien spielen dabei keine Rolle.«
H 7: »Steigende Rohmaterialpreise begünstigen Wettbewerbstechnologien und –werkstoffe.«
H 8: »Die Fertigteilbearbeitung ist beim Umformlieferanten sowohl technisch als auch
wirtschaftlich besser aufgehoben.«
H 9: »F&E-Dienstleistungen werden von den Kunden der Schmieden nachgefragt
und auch bezahlt.«
Legende: = trifft nicht zu = trifft teilweise zu = trifft voll zu
Bild 1: Leithypothesen der Studie
Genau diesen Fragen hat sich das Fraunhofer-Institut
für Produktionstechnologie IPT,
Aachen im Auftrag des Industrieverband
Massivumformung e. V. angenommen, um die
Zukunftsaussichten der Warmmassivumformung
in einer Studie detailliert zu analysieren.
Die wesentlichen Ergebnisse und das Studiendesign
werden im Folgenden dargestellt.
Studiendesign
Zunächst wurden gemeinsam mit dem
Industrieverband Massivumformung e. V. in
einem Workshop mit Stellvertretern der
deutschen Schmiedeindustrie Leithypothesen
formuliert (Bild 1), die durch die Studie belegt
oder widerlegt werden sollten. Aufgrund des
großen Umfangs der Studienergebnisse werden
nur die Erkenntnisse einzelner Hypothesen
Schmiede-Journal September 2006
Competition in the metal processing industry has increased immensely. In particular, competitors
from China and India have up-skilled in the area of quality and are placing European standard
product providers under massive price pressure. In addition there is a rapid development of new
production technologies in the area of fibre-reinforced composites. Can the German forging
industry face up to this challenge in the future as well? Which production technologies pose the
greatest danger of substitution and which radical product innovations could lead to a reduction in
the need for forged components?
Der Wettbewerb hat in der metallverarbeitenden Industrie
enorm zugenommen. Insbesondere die Konkurrenten in Indien
und China haben qualitativ dazugelernt und setzen europäische
Anbieter bei Standardprodukten unter massiven Kostendruck.
Hinzu kommt eine rasante Entwicklung neuer Fertigungstechnologien
im Bereich
exemplarisch dargestellt. Die Ergebnisse zu
jeder Hypothese sind deswegen komprimiert im
Bild 1, oben, mit dargestellt. Die auf der linken
Seite dargestellten Punkte indizieren dabei, ob
die Hypothese durch die Studie belegt, zum
Teil belegt oder widerlegt werden konnte.
Die Studie wurde in drei Teile gegliedert. Zunächst
erfolgte eine Befragung deutscher
Schmiedeunternehmen. Dazu wurden insgesamt
73 Unternehmen angeschrieben, von denen 27
den Fragebogen ausgefüllt zurücksendeten. Von
diesen 27 Rückläufern hatten über 75 % einen
Umsatz unter 100 Mio. EUR im Jahr. Entsprechend
lag die Anzahl der beschäftigten
Mitarbeiter bei 74 % der Rückläufer unter 500.
Die Ergebnisse der Befragung der Schmiedeindustrie
wurden durch eine detaillierte Analyse
von Sekundärquellen wie z. B. Studien,
der Faserverbundwerkstoffe.
Kann die deutsche Schmiedeindustrie
auch zukünftig
diesen Herausforderungen
begegnen? Welche Fertigungstechnologien
stellen die größte
Substitutionsgefahr dar und
welche radikalen Produktinnovationen
können zu einer
Reduktion des Bedarfs an
Schmiedebauteilen führen?
aktuellen Forschungsprojekten, Veröffentlichungen
und durch Experteninterviews ergänzt.
Abgerundet wurden die Ergebnisse durch
eine Befragung der Kunden der Schmiedeindustrie.
Dazu wurden über 600 Experten
der Automobilindustrie angeschrieben. Diesen
dritten Teil der Studie beantworteten 38 Experten,
die im Wesentlichen Automobil- oder
Nutzfahrzeughersteller waren. Nur ein Viertel
der Rückläufer waren Zulieferer, die wiederum
zu 80 % Erstlieferanten waren.
Ergebnisse der Studie
Die Studie hat gezeigt, dass die deutsche
Schmiedeindustrie durch verschiedene Umfeldeinflüsse
verstärkt unter Druck gesetzt wird.
Als ein wesentlicher Grund ist der steigende

Kostendruck zu nennen, dem sich die gesamte
europäische Wirtschaft stellen muss. Dies führt
dazu, dass die Entwicklungsabteilungen der
Automobilhersteller verstärkt Kostenverantwortung
tragen müssen und dadurch alternative
Fertigungsverfahren bei ca. 80 % der Bauteile
vor der Detailkonstruktion prüfen.
Es bleibt jedoch nicht nur bei der technischen
und monetären Bewertung alternativer Fertigungstechnologien.
Die Industrie ist vielmehr
bemüht, kostengünstige Verfahren weiter-
zuentwickeln, um damit Bauteile mit nahezu
identischen mechanischen Eigenschaften – wie
Schmiedeteile sie heute bereits erzielen –
herzustellen. Als wesentliche Konkurrenztechnologien
zur Schmiedetechnologie sind moderne
Gussverfahren wie New Rheocasting,
Thixoforming oder Counter Pressure Casting
zu nennen sowie das Sintern oder die Blechumformung.
Wobei hier anzumerken ist, dass die
Schmiedetechnologie nicht zwangsläufig die
teurere Alternative sein muss. Kritisch zu bewerten
ist allerdings, dass diese Meinung bei
vielen Kunden vorherrscht.
Neben den Fertigungstechnologien spielt die
Substitution von Schmiedebauteilen durch Produktinnovationen
im Fahrzeug eine untergeordnete
Rolle. Nur der Hybridantrieb spielt aus
Sicht der Befragten in den nächsten 5 Jahren ei-
ne größere Rolle auf dem Markt und wird eine
negative Auswirkung auf den Einsatz von
Schmiedeteilen haben (Bild 2).
Die aufgezeigten Substitutionsrisiken werden
durch einen vermehrten Trend zum Leichtbau
sowie eine deutliche Zunahme der Komplexität
der Bauteile verstärkt. Als Leichtbauwerkstoffe
werden von 91 % der Befragten Aluminiumlegierungen
und von 70 % Faserverbundwerkstoffe
genannt. Titan- und Magnesiumlegierungen
sowie Metallschäume spielen eine
Hypothese 2 – Technologische Diskontinuitäten
»Wann werden folgende Produktinnovationen eine signifikante Marktdurchdringung von über 10% erreichen?«
Motor Hybrid parallel
Hybrid seriell
Brennstoffzelle
Getriebe CVT
Shift by wire
Fahrwerk Aktives FDS
Brake by wire
Lenkung Steer by wire
/Sicherheit Aufprallsyst./Energie
Karosserie Spaceframe
New Steel Body
Powertrain Hydr. Kraftübertr.
Elektronabenmotor
Median
2012
2015
2020
2010
2015
2012
2018
2020
2010
2010
2010
2015
2020
Min
2008
2008
2015
2009
2007
2009
2010
2010
2008
2010
2010
2010
2011
Max
2020
2020 1
2030
2015 2
2020
2015
2030
2020
2015
2012 3
2025
2020 4
2025
# Antworten
18
12
15
9
14
9
12
10
8
4
5
2
8
Legende: 1 = 1 „nie“ (9); 2 = 3 „nie“ (9,19,21); 3 = 2 „nie“ (9,25); 4 = 1 „nie“ (30)
Bild 2: Produktinnovationen und Ihre Auswirkung auf Schmiedeteile
Hypothese 3 – Trend zu komplexen Bauteilen
Fahrzeugindustrie
»Dieser Trend begünstigt den Einsatz
von Schmiedeteilen im Automobil.«
29 % 38 % 24 % 9 %
trifft nicht zu neutral trifft voll zu
trifft nicht zu neutral trifft voll zu
20 % 36 % 24 % 20 %
»Die Schmiedetechnologie ist
in der Massenproduktion besser
für einfache Bauteile geeignet:«
Schmiedeindustrie
Funktionsintegration
62%
Auswirkung auf Schmiedeteile
41 % 24 % 24 %
17 % 25 % 17 %
29 % 29 %
47 % 13 %
24 % 12 % 24 %
6 % 47 % 6 %
15 % 10 % 15 %
17 % 28 %
19 % 24 % 14 %5 %
19 % 24 % 29 %
50 % 35 % 4 %
5 % 37 % 11 %
4 % 25 % 21 % 4 %
nehmen ab neutral nehmen zu
»Es gibt im Automobilbereich einen generellen
Trend hin zu komplexeren Bauteilen«
5 % 57 % 38 %
34
10
10
Werkstoffkombination
19%
Geometrie
19%
*Mehrfachnennungen möglich
Bild 3: Trend zu komplexeren Bauteilen Bilder: Fraunhofer IPT
untergeordnete Rolle. Da Faserverbundwerkstoffe
nicht schmiedbar sind, treten hier neue
Fertigungstechnologien in Konkurrenz zum
Schmieden. Aluminium hingegen lässt sich
hervorragend schmieden. Dennoch wird durch
den vermehrten Aluminiumeinsatz ein Rückgang
der Schmiedeteile angenommen. Dies ist
im Wesentlichen dadurch zu begründen, dass
sich nur ein Drittel der Schmieden mit diesem
Werkstoff auseinandersetzt und von diesen
Schmieden der Aluminiumanteil an den
verarbeiteten Materialien im Durchschnitt nur
ca. 10 % ausmacht. Aufgrund des besonders
guten Leistungsgewichts von Schmiedebauteilen
ist hier jedoch eine große Chance für die
deutsche Schmiedeindustrie zu sehen, Leichtbau
mit herausragenden mechanischen
Eigenschaften zu verbinden.
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Neben dem Trend zum materiellen Leichtbau
wird von 95 % der Befragten angenommen,
dass sich die Komplexität der Bauteile
im Automobilbereich deutlich erhöhen wird
(Bild 3). Dies ist im Wesentlichen durch eine
vermehrte Funktionsintegration in den Bauteilen
sowie durch Werkstoffkombinationen
und eine Erhöhung der Geometriekomplexität
bedingt. Sowohl die Schmiede- wie auch
die Fahrzeugindustrie gibt an, dass dadurch
eine Verringerung des Einsatzes von Schmiedeteilen
im Automobil hervorgerufen wird.
Genau wie bei dem Einsatz von Leichtbauwerkstoffen
ist hier jedoch auch ein Zukunftspotenzial
für die Schmiedeindustrie zu
sehen. Die technischen Möglichkeiten des
Schmiedens hinsichtlich der Realisierung
von komplexen Bauteilen sind noch nicht
ausgereizt und müssen durch entsprechende
Entwicklungsanstrengungen verbessert werden.
Weiterhin bietet die Übernahme von F&E-
Dienstleistungen sowie ein vermehrter Anteil
an Fertigbearbeitung der Schmiedeindustrie
die Möglichkeit, die Kundenbindung zu erhöhen
und eine nachhaltige Differenzierung
zum Wettbewerb aufzubauen. Über 88 % der
befragten Automobilisten fordern verstärkt
F&E-Dienstleistungen, die von einer Werkstoffauswahl
und Belastungssimulationen
über die Rohteilkonstruktion bis hin zur
Fertigteilentwicklung reichen. Dagegen muss
die Übernahme von Bearbeitungsaufgaben
differenzierter betrachtet werden. Zwar sehen
hier alle Beteiligten Vorteile und von der Automobilindustrie
werden sogar im Durchschnitt
Einsparungen von ca. 10 % in der Gesamtprozesskette
angegeben, allerdings führen
die derzeitigen Sparprogramme der Automobilhersteller
häufig dazu, die eigenen Fertigungsanlagen
voll auszulasten, bevor Umfänge
an Zulieferer vergeben werden.
Es lässt sich festhalten, dass die Schmiedeindustrie
unter massivem Wettbewerbsdruck
steht. Als Zukunftsfelder konnten vor allem
der Leichtbau durch die Ausschöpfung der
Potenziale des Werkstoffs Stahl oder den
Einsatz von Aluminium beim Schmieden und
die Verbesserung der darstellbaren Komplexität
von Schmiedebauteilen aufgezeigt
werden. Mit der Weiterentwicklung der Prozesse
und Verfahren der Massivumformung
und dem Einsatz von Simulationssystemen
zur Produkt- und Prozessauslegung ist die
Schmiedeindustrie in der Lage, bedarfsgerechte,
immer komplexere Bauteile und Systeme
zu liefern.
Darüber hinaus können sich die Schmiedeunternehmen
über ein vermehrtes Dienstleistungsangebot
gegenüber Konkurrenten
aus Niedriglohnländern absetzen. So bieten
sie als kompetente Entwicklungspartner
F&E-Dienstleistungen an und liefern einbaufertig
bearbeitete Bauteile und Komponenten.
Die dadurch bedingte Spezialisierung lässt
sich bereits heute bei der deutschen Schmiedeindustrie
feststellen. ■
Schmiede-Journal September 2006
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