Mannheim, 17. März 2011. Kompromisslose Qualität ist das zentrale Thema der neuen Motorenfertigung im Werk Mannheim. Für die Produktion der neuen Motorenfamilie Mercedes-Benz OM 47x ist jedes Detail in der Fertigung optimiert worden. Die drei Bereiche Gießerei, Zerspanung und Montage arbeiten in enger Verzahnung perfekt zusammen. Das gemeinsame Ziel: Motoren in perfekter Qualität. Zu diesem Zweck wurden in Mannheim mehrere hundert Millionen Euro in eine neue Fertigung investiert.

In sechs Tagen muss ein Motor der neuen Generation von Mercedes-Benz sämtliche Fertigungsstufen vom flüssigen Eisen in der Gießerei über die Zerspanung bis zur Montage durchlaufen haben. Dieses sportlich-ambitionierte Ziel wird nur bei einem perfekt organisierten Produktionsablauf erreicht. Das Werk Mannheim hat dafür das System der „synchronen Fabrik“ gewählt: Die drei Fertigungs­bereiche Gießerei, Zerspanung und Montage funktionieren als Gesamtsystem in einem fortlaufenden Produktionsfluss mit nur noch 50% der Bestände von Altbaureihen.

Fehler sind in diesem System nicht vorgesehen, sie werden durch bestens ausgebildete Mitarbeiter, dem ausgeklügelten Produktions­system, einer maschinellen Top-Ausstattung und einer Vielzahl statistischer Qualitätschecks unterbunden. Alle Bereiche arbeiten nicht nur inhaltlich sondern auch räumlich eng zusammen, die interne Belieferung erfolgt auf kürzestem Wege.

Top-Qualität von Beginn an ist auch durch intensive Vorbereitung gewährleistet. Die ersten Motoren der neuen Generation Mercedes-Benz OM 47x wurden bereits im vergangenen Sommer auf der Montagelinie gebaut. In einer zweiten Stufe seit Ende 2010 stand die intensive Qualifikation der Mitarbeiter im Mittelpunkt. Die jetzt beginnende Serienfertigung gilt als Vorbereitung auf die steile Anlaufkurve im dritten Quartal dieses Jahres. Nach Einführung aller Motoren der neuen Baureihe ist das Werk Mannheim auf eine Jahresproduktion von mehr als 100 000 Triebwerken dieser Generation eingerichtet.

Am Beginn der Motorenfertigung steht die werkseigene Gießerei. Mit klassischen Vorstellungen von Gluthitze, extremen Arbeitsbe­dingung­en und dem Guss als hoher Kunst der Metallbearbeitung hat die Gießerei im Werk Mannheim jedoch nichts mehr zu tun. Hier handelt es sich um eine Hightech-Fertigung, um das weltweit modern­­ste Gusswerk mit der höchsten Produktivität und der niedrigsten Ausschussquote. Im Unterschied zu anderen Motoren­werken ist die Gießerei im Werk Mannheim voll in den Produktions­prozess integriert. In der Gießerei entstehen für die neue Motorengeneration Kurbelgehäuse, Zylinderkopf und Schwungräder.

Die Gussverfahren sind zum Teil patentiert; zusammen mit Hoch­schulen hat die Gießerei eigene Werkstoffe für die neue Motoren­generation entwickelt. Der Grauguss des Kurbelgehäuses zum Beispiel hat eine speziell gestaltete Zusammensetzung. Dieser einzigartige Designer-Werkstoff entsteht allein in den Schmelz­öfen des Werks Mannheim. Es gibt ihn nirgendwo zu kaufen, seine Rezeptur ist geheim. Hebt er doch die Eigen­schaften der Grauguss­teile nahezu auf das hohe Niveau von Gusseisen mit Vermikular­graphit. Dieses Material wird für den besonders anspruchsvollen Zylinderkopf verwendet.

Die extreme Präzision in der Fertigung wird unter anderem in der vollautomatisierten Kernmacherei deutlich. Hier stellen erstmals Roboter die Pakete aus Sandkernen her – technisch eine große Herausforderung. Verwendet wird in Mannheim ein höchst reines, staubfreies Material: Die Größe der Sandkörner ist auf einen Durchmesser von 0,35 mm festgelegt, die erlaubte Toleranz der mittleren Sandkorngröße ist auf 0,02 mm begrenzt. Bilden die Kerne aus kunstharzgebundenen Bindersystemen die interne Form der Gussteile ab, so bestimmen tongebundene Sandformen die äußeren Gießformen. Das Mannheimer Sandsystem wird zu 90% im Kreislauf gefahren, ebenso ein benchmarkfähiges Merkmal Richtung Umwelt­schutz!

Der Abguss erfolgt, abgeschottet von Luft und Atmosphäre, weit­gehend automatisch. Die exakt definierten Gießtemperaturen belaufen sich auf 1395 Grad für Kurbelgehäuse und 1450 Grad für Zylinderköpfe. Die Gussteile ruhen danach in einer ersten Ab­kühlungs­phase mindestens vier Stunden im Sand und Sandbett – jede andere Behandlung würde das Material spröde und brüchig werden lassen. Danach haben die Teile noch eine Temperatur von annähernd 650 Grad und werden gezielt an Umgebungsluft weitere 12 Stunden abgekühlt. Wenn sie dann Raumtemperatur erreicht haben, können sie weiter bearbeitet werden.

Die Oberfläche der Gussteile schimmert in diesem Moment noch nicht metallisch sondern ist schwarz. Die Teile sind von einer hauch­dünnen Sandschicht überzogen. Die Färbung resultiert daraus, dass der Kernsand mit Kohlenstoff vermengt wurde, damit er sich während des Gussvorgangs nicht mit dem flüssigen Eisen verbindet. Der Sand wird in einer Strahlanlage mit Stahlkörnern entfernt. Im weiteren, so genannten Gussputzprozess werden die wenigen Grate an den Gussstücken entfernt.

Ein Blick auf die fertigen Gussteile lohnt sich. So ist der Zylinderkopf der neuen Triebwerke der komplexeste überhaupt in dieser Motoren­größe. Im Kopf sind zum Beispiel die Ölrücklaufkanäle, Wasser­kanäle und Kraftstoff-Rücklaufleitungen bereits eingegossen. Aus diesem Grund entfallen viele Leitungen, die üblicherweise um den Motor herum angeordnet sind. Das verringert den Aufwand in der Montage und hat eine außerordentlich hohe Dichtigkeit des Motors zur Folge.

Erfolg der neuen Fertigungstechnologie: Der Eisenguss hat sich von einer beherrschbaren Kunst zu einem höchst sicheren Prozess ge­wandelt. Diesen Prozess hat das Werk Mannheim als Leitwerk des Motorenbaus auch auf andere Werke des Konzerns übertragen. So werden zum Beispiel die Kurbelgehäuse des neuen Mercedes-Benz OM 471 mit 12,8 l Hubraum im Werk Atlantis Foundries in Kapstadt/Südafrika nach identischen Vorgaben gegossen. Sie werden zur Weiterbearbeitung nach Mannheim geliefert und sind damit die am weitesten gereisten Teile der neuen Motorenfamilie.

In unmittelbarer Nähe zur Gießerei ist die Zerspanung angesiedelt. Sie gehört mit einer Bearbeitung von 100 000 Tonnen Guss im Jahr weltweit zu den größten Anlagen ihrer Art. Hier werden die wesent­lichen Bauteile aus Metall bearbeitet, in der englischen Fachsprache als „5 C“ bezeichnet: Cylinderhead (Zylinderkopf), camshaft (Nocken­welle), crankcase (Kurbelgehäuse), crankshaft (Kurbelwelle), connecting rod (Pleuel). Nicht nur in der Gießerei, auch in der Zerspanung sind die Produktionsfachleute im Werk Mannheim an die technologischen Grenzen herangegangen und erreichen extreme Fertigungstoleranzen. Dies belegen gleich mehrere Beispiele.

Zu den Höhepunkten der Motoren- und Fertigungstechnologie der neuen Motorengeneration gehört die weltweit erste gebaute Nocken­welle für Motoren in schweren Nutzfahrzeugen. Die Trennung zwischen Welle und Nocken bei gebauten Nockenwellen ermöglicht die Wahl von perfekten Werkstoffen und deren Bearbeitung für das jeweilige Bauteil. Sie verlangt indes ein enormes Know-how.

Die eigentliche Welle ist nicht massiv, sondern besteht aus Gewichts­gründen aus einem Rohr. Die vorgewärmten Nocken dehnen sich aus und werden dann durch Abkühlung exakt auf ihre Position auf­geschrumpft. Dieses Verfahren bedeutet eine extrem formschlüssige und feste Verbindung von höchster Passgenauigkeit: Die Nocken sitzen auf 2 µ (1 µ, gesprochen „Mü“ entspricht einem Tausendstel Millimeter). Die gebauten Nockenwellen haben im Vergleich zu einer herkömmlichen, einteiligen Nockenwelle in spanabhebender Bau­weise deutliche Vorteile: Das Gewicht ist halbiert, die Produktions­kosten liegen um etwa ein Drittel niedriger, es entsteht erheblich weniger Abfall.

In der Zerspanung des Werks Mannheim fallen noch weitere spekta­ku­läre Verfahren auf. Da wären zum Beispiel Tieflochbohrungen für Leitungen innerhalb des Zylinderkopfes: Sie sind bis zu 900 mm tief, bei einem Durchmesser von nicht einmal 10 mm. Die Präzision der Bohrung erfolgt auf 10 µ genau, also auf ein hundertstel Millimeter.

Die Kurbelwelle wird in Mannheim erstmals in nur einem Gang statt bisher in zwei Gängen geschliffen. Das nur einmalige Aufspannen der Welle erhöht die Präzision deutlich. Nach dem Schliff in einem Gang haben die Wellen einen Schlag von maximal nur 0,2 mm, das bedeutet eine nur minimale Nachbehandlung.

Zu den Besonderheiten zählt ebenfalls das Plateauhonen der Zylinder­laufbuchsen der neuen Motoren. Wie gewohnt im Kreuz­schliff gehont (geglättet), kappt hier in einem zusätzlichen Finish-Arbeitsgang ein spezieller Stein die Rauheitsspitzen der gehonten Laufflächen. Sie erhalten dadurch eine einem Plateau ähnliche Oberfläche mit ölhaltigen Taschen. Diese Oberfläche entsteht bei herkömmlichen Fertigungsverfahren während der Einlaufzeit neuer Motoren durch die Reibung der Ölabstreifringe an den Laufbuchsen. Diese verschleißträchtige Einlaufzeit entfällt bei der neuen Motoren­generation. Im Ergebnis ist die Ölbenetzung der Lauffläche gleichmäßiger und ein „Fressen“ der Kolbenringe ausgeschlossen. Als weiterer Effekt sinkt der Ölverbrauch um etwa zwei Drittel.

Die Fertigung im Bereich Zerspanung erfolgt hybrid, sie setzt sich sowohl aus Transferlinien zusammen als auch aus einer Vielzahl von Bearbeitungszentren. Sie sind modular aufgebaut: Mit dem Hoch­laufen der Serie der neuen Motorengeneration wird die Stückzahl durch Investitionen in weitere Maschinen kontinuierlich gesteigert.

Zur extremen Präzision in Gießerei und Montage gesellt sich höchste Sauberkeit. Vor der jeweiligen Weiterverarbeitung werden alle Teile gründlich in unterschiedlichen Verfahren gereinigt, ob nun durch Stahlstrahlen, Ultraschall oder durch Flüssigkeiten, die mit Jetdüsen eingebracht werden. Deshalb sind große Gussteile wie ein Kurbelgehäuse innen so sauber wie zugelieferte Kunststoffleitungen. Die maximale Größe der Partikel beläuft sich auf weniger als 1 µ. Zum Vergleich: Ein menschliches Kopfhaar ist etwa 0,1 mm dick, also 100 µ.

Ein eigenes Wasch- und Reinigungslabor überprüft und dokumen­tiert die nahezu klinische Sauberkeit fortlaufend. Zu diesem Zweck werden die winzigen Restschmutzpartikel separiert und mit speziellen Mikroskopen ausgewertet. Nach dem Leiter des Labors im Werk Mannheim ist inzwischen sogar der „Illig-Faktor“ benannt worden. Dahinter verbirgt sich eine Formel für technische Sauber­keit von Werkstücken, die seit Herbst vergangenen Jahre als Maß­einheit für die gesamte Automobilindustrie gültig ist und in die Literatur des Verbands der Automobilindustrie (VDA) Eingang gefunden hat.

Höchste Sauberkeit gehört zu den extremen Qualitätsanforderungen auf dem Weg zum Ziel von null Fehlern. Eine Vielzahl von Tests vor und nach den einzelnen Bearbeitungsstufen gehört ebenfalls dazu. Damit ist gewährleistet, dass jedes einzelne Teil mehrfach getestet wird. Alle Teile durchlaufen deshalb vor und nach der Bearbeitung in der Gießerei und in der Zerspanung mehrfach so genannte Qualitäts-Tore mit intensiven Checks.

Präzision und Sauberkeit sind ebenfalls zwei der wesentlichen Stichworte für die Montage der neuen Motorengeneration. In der Halle 150, im Jahr 2007 für die Produktion der neuen Motoren­generation errichtet, herrscht ständig ein leichter Überdruck, damit von außen kein Staub eindringen kann. Belieferung und Versand erfolgen über Schleusen außerhalb der eigentlichen Halle.

Die Montage der Motoren ist nicht weniger ausgetüftelt und von den Mitarbeitern in wesentlichen Punkten selbst gestaltet: An einer eigens eingerichteten Station hatten die Motoren-Monteure im Beisein von Arbeitsschutz und Qualitätssicherung eine Woche lang jeden Tag Motoren zusammengebaut, die einzelnen Stationen simuliert und im Produktionslernsystem mit allen „Tipps und Tricks“ dokumentiert. Gemeinsam fand man neue Wege für eine Montage, die weltweit ihresgleichen sucht.

Der tägliche Ablauf wird an jeder Montagelinie im Rahmen des Shopfloor-Managements von Führungskräften und Mitarbeitern gemeinsam organisiert. Jeden Morgen um 7.30 Uhr treffen sich die Produktionsteams, besprechen die Kennzahlen des Vortags, eventu­elle Probleme sowie die Einteilungen der Mitarbeiter. Mittags um 13.00 Uhr werden alle Themen besprochen, die noch nicht gelöst sind. Dieser Ablauf ist inzwischen sogar weltweit standardisiert.

In der Montage gleiten die Motoren auf fahrerlosen Transport­systemen wie von Geisterhand durch die Halle 150 von Station zu Station. Der erste Schritt in der Fertigung ist das so genannte Nadeln: In einer Kabine wird das Typschild des Motors auf dem Kurbelgehäuse mit einer Nadel geschrieben. Danach beginnt die Montage mit Kurbelwelle und Zylindern bis zur Ölwanne – das Kurbelgehäuse ist komplett.

Parallel dazu erfolgt die Vormontage des Zylinderkopfs ein­schließ­lich der Ventile. Die Vormontagen sind in einem Fischgräten-Muster unmittelbar an die Montagelinie angedockt. Der Zylinderkopf wird mit 36 Schrauben auf das Kurbelgehäuse montiert. Ein voll­auto­matischer Mehrfachschrauber mit vier Spindeln zieht sie in defi­nierter Reihenfolge mit einem vorgeschriebenen Drehmoment an.

Ist der Zylinderkopf aufgesetzt, folgen Nockenwellen und die Kipphebel der Ventilbetätigung. Die Einstellung des Ventilspiels übernimmt ein Monteur an einer im Werk selbst entwickelten Station. Mit der Montage des Rädertriebs ist der Motor mechanisch bereits funktionsfähig. Es folgen Schwungrad, der Anbau von Kabelsätzen und der Motorsteuerung, der Filtermodule und des Turboladers. Die Lackierung des Motors erfolgt in Klarlack. Alle Teile der neuen Motorenfamilie glänzen deshalb in ihrer Originalfarbe.

Die Technik unterstützt die Monteure bei ihrer Arbeit. So meldet sich jeder Motor mit seinen Daten an der jeweiligen Arbeitsstation selbständig an. Daraufhin nimmt der Monteur die notwendigen Teile aus einem so genannten Pick-to-light-Regal. Die Bezeichnung erklärt sich durch ein einfaches System: Der Mitarbeiter holt so lange Teil um Teil auf dem Regal, bis das grüne Licht an dem entsprechenden Fach erlischt. Über die vorgegebenen Daten des Motors werden auch das Anzugsdrehmoment und der Winkel von Verschraubungen automatisch eingestellt.

Sollten während der Montage jemals Probleme auftreten, meldet sich der Monteur per Alarmknopf. Ist 70 Prozent der Sollzeit an der Station verstrichen und das Problem noch nicht gelöst, greift ein Unterstützer helfend ein. Probleme werden unmittelbar an Ort und Stelle gelöst: Das Ausschleusen eines Motors aus der Linie ist nicht möglich.

Innerhalb der Montage sind zahlreiche Qualitätsprüfungen zwischen­geschaltet. Jeder einzelne Motor wird in der Fertigung gleich mehrfach unter die Lupe genommen. Am Ende jeder Linie durchfährt der Motor ein optisch durch auffallende Säulen gekennzeichnetes Qualitäts-Tor. Hier wird er nach dem Vier-Augen-Prinzip von zwei Monteuren kontrolliert. Geprüft werden Dichtigkeit und die Elektrik, sogar die Kurbelwelle wird durchgedreht und dabei die Reibung registriert.

An den Qualitäts-Toren kontrollieren die Mitarbeiter nach unter­schied­lichen Listen. Da wäre zunächst die generelle Checkliste für das jeweilige Tor. Ist beim OEM oder beim Kunden tatsächlich ein Fehler aufgetreten, wird jeder produzierte Motor so lange in diesem Punkt kontrolliert, bis dieser Fehler drei Wochen lang nicht auf­getaucht ist. Sollte am individuellen Motor ein Fehler aufgetreten, wird dessen Behebung nochmals geprüft. Während des Serien­anlaufs der neuen Motorengeneration kontrollieren Fachleute sogar die Fehlersuche: Sie bauen gezielt kleine Fehler ein und prüfen, ob sie gefunden werden.

Zum Schluss werden alle Motoren auf einem Prüfstand getestet. In der Montagehalle sind zu diesem Zweck in einem Prüffeld acht Prüfzellen aufgebaut. Der Motor wird kalt- und kurz heiß getestet. Damit kann bei höchstem Qualitätsniveau eine Dauer von weniger als zehn Minuten für den Prüfvorgang erreicht werden. Somit gelingt weltweit zum ersten Mal die Kombination von Kalt- und Heißtest für Heavy-Duty Motoren in einem Prüfstand. Zur Lokalisierung even­tueller Fehler werden an den Motoren sogar Körperschall­messungen mit Richtmikrofonen vorgenommen.

Zurzeit befindet sich die Montage in der Halle 150 noch im Umbau für den Serienstart der Motoren. Wenn er Ende 2011 abgeschlossen ist, wird es sich um die weltweit modernste Motorenmontage handeln.

Höchste Effizienz ist auch die Überschrift für den Versand der Motoren. Er erfolgt unmittelbar angrenzend an die Montagehalle. Die Lkw-Spur ist hier tiefer gelegt, deshalb läuft der Versand ebenerdig ab. Damit sind im Vergleich zu früher nur noch ein Bruchteil der Gabelstaplerhübe notwendig und viel weniger Staplerbewegungen. Der Versand erfolgt mit einer perfekten Logistik: Die Durchlaufzeit konnte von zwei Tagen auf nur vier Stunden reduziert werden. Laufzettel an den fertigen Motoren weisen auf die exakte Stunde ihres Versands hin.

Das Werk Mannheim ist das Kopfwerk der Motorenfertigung für schwere Nutzfahrzeugmotoren von Daimler Trucks weltweit. Es steuert alle Logistik- und Qualitätsprozesse innerhalb des Pro­duktionsverbundes und sichert damit die Qualität und Verfügbarkeit der Teile im globalen Netz. In Mannheim werden Produktions- und Qualitätsstandards festgelegt, die Verfahren sowie die Anlagen­technik. In Mannheim erfolgt auch die Koordination des regionalen Lieferantenmanagements.

Das Werk ist der Mittelpunkt des internationalen Verbunds der Motorenfertigung von Daimler Trucks. Hier werden alle Triebwerke der neuen Motorengeneration von Mercedes-Benz gefertigt, ebenfalls die Aggregate für Fuso in Japan. Detroit Diesel in den USA verfügt eine eigene Montage für Nordamerika.

Die neuen Motorengeneration entsteht in einem faszinierenden weltweiten Zusammenspiel: Nach dem Serienanlauf der Motoren für Mercedes-Benz wird das Werk Mannheim alle Zylinderköpfe, alle Nockenwellen und sämtliche Schwungräder fertigen, außerdem die Motorblöcke für den Mercedes-Benz OM 47x herstellen sowie die Kurbelwellen für die Motoren von Mercedes-Benz und Fuso. Die Kurbelgehäuse für einen Teil der Motorenfamilie stammen aus dem konzerneigenen Werk Atlantis in Kapstadt/Südafrika. Die Pleuel für alle schweren Motoren der neuen Generation werden zentral in den USA hergestellt.

Das Werk Mannheim profitiert von der intensiven Zusammenarbeit über Kontinente hinweg. Vergleiche zwischen den Montagelinien in Nordamerika und Mannheim dienen der Qualitätsverbesserung. Fortlaufend findet ein internationaler Erfahrungsaustausch statt: Tritt ein Problem auf einem Kontinent auf, gibt es sofort eine Rück­kopplung zu den beiden anderen und Spezialisten aus drei Kontinen­ten kümmern sich um die Lösung. Wegen der Zeitver­schiebungen gibt es morgens Videokonferenzen mit Fuso in Japan, abends mit Detroit Diesel in den USA.

Jeder profitiert vom anderen. Das Shopfloor-Management an den Bändern der Montage in Mannheim beispielsweise stammt ur­sprüng­­lich aus Nordamerika. Aus Japan hat man kompromissloses Qualitätsdenken übernommen. So sprüht man in Japan den neuen Motor zum Teil mit weißem Kalkspray ein und lässt ihn danach mehrere Stunden laufen, um Leckagen zu entdecken. In einem Land, in dem Lkw-Fahrer täglich eine penible Sichtkontrolle mit gekipptem Fahrerhaus am Motor vornehmen, gilt selbst ein schief montiertes Schild als Makel. Bei der neuen Motorengeneration von Mercedes-Benz ist auch die Beschilderung penibel ausgerichtet.

Das neue Layout der Motorenfertigung in Mannheim konzentriert Gießerei, Zerspanung, Montage und Versand in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander. Dies ist eine der Voraussetzung für größtmögliche Effizienz und damit gleichzeitig höchste Qualität. Jeder Bereich ist darüber hinaus in sich von modernsten Produktions­abläufen geprägt. Das Motorenwerk Mannheim ist aber keine Insel: Das Werk grenzt unter anderem an Wohngebiete. Deshalb sind die Gebäude der Motorenfertigung L-förmig angeordnet und bilden einen Schallschutz zur Nachbarschaft. Die Fenster der Gebäude haben auf der Anliegerseite keine zu öffnenden Fenster – Anwohnerschutz stand bei der Neustrukturierung der Fertigung hoch oben auf der Prioritätenliste.

Umweltschutz und Kostenbewusstsein zeigt sich an vielen Stellen. Innerhalb der Montagehalle 150 arbeiten die Monteure in einem „Frischluftsee“: Die Belüftung erfolgt durch Säulen bis in 2,5 Meter Höhe. Dieses Verfahren sichert nicht nur ein gutes Klima, es spart auch rund ein Drittel des Energieverbrauchs für Heizung und Lüftung.

Auch der enorm hohe Anteil von Wiederverwendung des Kernsandes in der Gießerei ist ein Beispiel für die intelligente Koppelung von Umweltschonung und Kostenbewusstsein: 92 Prozent des Materials werden wiederverwendet.