Innovative Zerspanungskonzepte für die Elektromobilität

Mapal hat sich auf die neuen Herausforderungen der E-Mobilität schon längst eingestellt. Der Hersteller von Präzisionswerkzeugen verfügt über vielfältige Bearbeitungslösungen wie z.B. die Bearbeitung von Batteriegehäusen.

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Für die Bearbeitung der Hauptbohrung von Statorgehäusen liefert MAPAL den gesamten Prozess – inklusive Feinbohrwerkzeug in Ultraleichtbauweise für den Einsatz auf Maschinen mit kleinen Spindeln und spezieller Rückspülung.

Die Bedeutung der Elektromobilität nimmt in der Automobilindustrie einen kontinuierlich wachsenden Stellenwert ein. Die produzierten Stückzahlen an Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb steigt. Für die Fertigung der einzelnen Bauteile und Komponenten, die spanend bearbeitet werden, bietet MAPAL bereits heute vielfältige innovative Bearbeitungslösungen. So ermöglicht der Hersteller von Präzisionswerkzeugen beispielsweise die Bearbeitung der Statorbohrung in E-Motorengehäusen mit Werkzeugen in Ultraleichtbauweise, stellt mit seinen Lösungen die prozesssichere Bearbeitung von Batteriegehäusen sicher und meistert mit dem entsprechenden Werkzeugkonzept die Herausforderungen bei der Produktion von elektrifizierten Nebenaggregaten.

Hochpräzise bei großen Durchmessern mit Werkzeugen in Ultraleichtbauweise

Die hochpräzise Bearbeitung der Hauptbohrung von Statorgehäusen beispielsweise stellt Werkzeug und Maschine vor eine Herausforderung. Alle anderen Fertigungsschritte des Statorgehäuses konnten auf Maschinen mit HSK-A63-Spindel realisiert werden. Für die Hauptbohrung muss auf eine Maschine mit HSK-A100-Spindel ausgewichen werden. Das liegt zum einen an den hohen Schnittmomenten von bis zu 500 Nm und zum anderen am maximal zulässigen Werkzeuggewicht und Kippmoment. Um möglichst wirtschaftlich mit hoher Taktzahl fertigen zu können, forderten die bearbeitenden Betriebe eine Lösung, die die Komplettbearbeitung auf einer Maschine mit kleinen Schnittstellen ermöglicht. Denn diese Maschinen zeichnen sich durch ihre hohen Drehzahlen, geringere Anschaffungs- und Betriebskosten und einem niedrigeren Energieverbrauch aus.

Für alle Varianten des Batteriegehäuses die entsprechenden Werkzeuge mit der optimalen Strategie. Für maximale Wirtschaftlichkeit wird auf PKD als Schneidstoff und MMS-Technologie gesetzt.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat MAPAL ein Feinbohrwerkzeug in Ultraleichtbauweise entwickelt. Das niedrige Gewicht von rund 10 kg schafft die Voraussetzung für den Einsatz auf Maschinen mit kleinerer Spindel.

Neben dem Gewicht hat MAPAL auch die Kühlkanalführung optimiert. Eine spezielle Rückspülung sorgt für einen deutlich effektiveren Abtransport der Späne. Damit wird ausgeschlossen, dass Späne die Oberfläche verkratzen. Die Vorbearbeitung der Statorbohrung wird bei diesem neu ausgelegten Prozess durch Helixfräsen realisiert. Dadurch werden auch die Schnittmomente, der zweite kritische Faktor hinsichtlich der kleineren Maschinenspindel, für die Fertigbearbeitung entscheidend reduziert.

Hochkomplexe, dünnwandige Batteriegehäuse ratterfrei bearbeiten

Was für den Verbrennungsmotor der Kraftstoff ist, ist für den Traktionsmotor die Batterie. Die Batterie speichert die für den elektrischen Antrieb benötigte elektrische Energie und bestimmt damit maßgeblich die Reichweite und Leistungsfähigkeit elektrifizierter Fahrzeuge mit. Das Batteriegehäuse schützt die Batterie vor äußeren Umwelteinflüssen und fixiert die Komponenten des Batteriesystems in seinem Innenraum um deren störungsfreie Funktion während des Fahrzeugbetriebes zu gewährleisten. Die Anforderungen an das Batteriegehäuse sind abhängig vom Antriebskonzept. Aktuell kommen unterschiedliche Werkstoffe und Fertigungsverfahren zum Einsatz.

Zum einen werden komplexe Gehäusestrukturen mit integrierten Kühlkanälen aus Aluminiumguss verwendet. Aufgrund der zunehmenden Größe der Batterie kommen zum anderen modulare Konzepte für unterschiedliche Leistungsklassen und Reichweiten zum Einsatz. Hierzu werden hochkomplexe Extrusionsprofile aus Aluminium zu einem Gehäuse verschweißt. In beiden Fällen ist höchste Genauigkeit und Maßhaltigkeit gefragt. Bei der Bearbeitung darf nur eine geringe Schnittkraft wirken, um eine ratterfreie – und damit maßhaltige – Bearbeitung der dünnwandigen Bauteile zu garantieren.

MAPAL bietet für alle Varianten des Batteriegehäuses die entsprechenden Werkzeuge mit der optimalen Strategie. Für maximale Wirtschaftlichkeit wird auf PKD als Schneidstoff und MMS-Technologie gesetzt. Je nach Aufmaß, Bearbeitungsaufgabe und Bauteil kommen unterschiedliche Frästechnologien zum Einsatz, die für reduzierte Schnittkräfte sorgen. Bei bestimmten Konturen ist beispielsweise der Einsatz von Fräsern für die Hochvolumenzerspanung sinnvoll. Hierfür eignet sich der SPM-Fräser von MAPAL. Durch seine hoch positive Schneidengeometrie und optimal gestaltete Spanräume wird die wirkende Schnittkraft im Vergleich zu konventionellen Fräsern um bis zu 15 Prozent reduziert.

Werden beispielsweise tiefe Taschen bearbeitet, setzt MAPAL auf spezielle PKD-Fräser deren Schneiden sowohl mit positivem als auch mit negativem Achswinkel angeordnet sind. In Verbindung mit der trochoiden Frässtrategie wird auch bei dieser Bearbeitung – trotz des Materialabtrags über die gesamte Tiefe der Tasche – die Schnittkraft sehr niedrig gehalten.

Spiralformen mit Toleranzen im µm-Bereich

Nicht nur Antrieb und Energiespeicher sind von der Elektrifizierung der Fahrzeuge betroffen, sondern auch einige Nebenaggregate. Und zwar diejenigen, die bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen über einen Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors betrieben wurden. Ein Beispiel hierfür ist der elektrische Kältemittelverdichter (eKMV), der in Klimaanlagen zum Einsatz kommt. Im Gegensatz zu konventionell vom Verbrennungsmotor angetriebenen Varianten läuft er im vollelektrifizierten Fahrzeug nur bei Bedarf und ist dadurch sparsamer. Herzstück des eKMV sind zwei ineinander verschachtelte Spiralen aus Aluminium – Scroll-Stator und Scroll-Rotor. Deren gegenläufigen Bewegungen verdichten das Kühlmedium. Um die Batterie und damit die Reichweite möglichst wenig zu belasten ist eine hohe Leistungsdichte erforderlich. Der Wirkungsgrad des eKMV hängt insbesondere davon ab, wie genau Scroll-Stator und -Rotor gefertigt werden. Die Anforderungen an Form- und Lagetoleranzen liegen dabei im Bereich von wenigen µm. Dadurch werden höchste Ansprüche an die Präzision der Zerspanung gestellt.

Mit den Werkzeugen von MAPAL ist die hochpräzise Bearbeitung des eKMV sichergestellt.

Eine besondere Herausforderung ist beispielsweise die Bearbeitung der „Schnecke“. Bei ihr muss eine definierte Rechtwinkligkeit von unter 0,04 mm sowie eine Oberflächenrauheit (Rz) im einstelligen µm-Bereich sichergestellt sein. Trotz dieser Anforderungen, der dünnen Wandung sowie der Tiefe des Bauteils soll das Schlichten in einem Zug erfolgen. Dafür hat MAPAL einen SPM-Fräser mit Schlichtgeometrie und hochpositivem Spanwinkel entwickelt. Er sorgt für einen vibrationsarmen Schnitt und ist mit einer zusätzlichen Fase am Durchmesser ausgestattet. So kann die Bearbeitung von Grund, Wandung und der Fase an der Stirnfläche in einem Schritt erfolgen. Dadurch werden die engen Toleranzen hinsichtlich Rechtwinkligkeit und Oberfläche prozesssicher eingehalten.

Die Werkzeuge zur Bearbeitung von Statorgehäuse, Batteriegehäuse sowie dem eKMV werden in der Praxis erfolgreich eingesetzt. Sie zeigen exemplarisch die Vielzahl an Prozessen und Lösungen, die MAPAL für die Bearbeitung von Bauteilen in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bietet.

Kontakt:

www.mapal.de