Lösungen für die Mobilitätswende

Die Fritz Studer AG begreift die Mobilitätswende als Chance. Der Maschinenbauer sieht sich mit seinen Bearbeitungskonzepten und Schleifmaschinen bestens gerüstet.

709
Exlosionsdarstellung Elektromotor (Bildnachweis: chesky_AdobeStock)

Anders als befürchtet wird die Mobilitätswende keinen abrupten Einbruch der Produktion in der spanenden Fertigung verursachen. Davon sind die Spezialisten beim Schleifmaschinenhersteller STUDER in Thun überzeugt. Wie Sandro Bottazzo, Chief Sales Officer (CSO) bei STUDER, hervorhebt, wird sich das zu fertigende Spektrum an Bauteilen langsam und kontinuierlich über mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte verändern.

Um dies zu belegen, führt er die erwarteten Mengen weltweit verkaufter Pkw und die Anteile der jeweiligen Antriebstechnologien an. «Aufgrund diverser Analysen gehen wir davon aus, dass noch über viele Jahre und in zahlreichen Regionen der Welt der Verbrennungsmotor einen wichtigen Anteil haben wird», berichtet Sandro Bottazzo. «Die allgemeine Nachfrage nach individueller Mobilität steigt weltweit weiter an, was entsprechende Chancen bietet», erwähnt Sandro Bottazzo.

Vielfalt an Antriebstechnologie hält Markt stabil

In den kommenden Jahrzehnten wird es eine Vielfalt an Antriebstechnologien parallel geben. Neben den rein aus Batterien gespeisten Elektromotoren werden weiterhin Dieselmotoren mit Abgasreinigung, Wasserstoffmotoren, hybride Motortechnologie (also eine Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor) sowie Elektroantriebe mit Stromerzeugung aus Brennstoffzellen als Antriebe für Pkw und Lkw dienen. Womöglich werden sogar weitere Antriebstechnologien hinzukommen.

Das bedeutet für Fertigungsunternehmen, dass weiterhin ein großer Bedarf an Präzisionsbauteilen für den Antriebsstrang besteht. Das betrifft Wellen, Achsen, Buchsen, Getriebe- und Verdichterräder, Nocken- und Kurbelwellen. Zudem werden die derzeit entwickelten autonomen Fahrzeuge demnächst in größeren Serien produziert werden. Für sie benötigt die Automobilindustrie zusätzlich eine große Vielfalt unterschiedlicher Präzisionsbauteile in großen Serien.

Komplexe Systeme vergrössern Bedarf

Effiziente Antriebstechnologien erfordern meist sehr komplexe Systeme. Das betrifft beispielsweise Hybrid- und Elektroantriebe, die beim Bremsen rekuperativ elektrische Energie zurückgewinnen. Für die spanende Fertigung bedeutet das zusätzlich eine eher zunehmende Anzahl herzustellender, meist sehr komplexer Komponenten. «Das eröffnet zusätzliche Chancen. Wir werden den Markt weiterhin sorgfältig beobachten, um unsere Produkte entsprechend weiterzuentwickeln», betont Sandro Bottazzo.

Zu den bereits heute bekannten Anwendungen für innovative Schleiftechnik gehören Komponenten für CVT-Getriebe (die vor allem bei Hybridantrieben eingesetzt werden), Rotor- und Getriebewellen für Elektromotoren, Wellen für Turbolader, Verdichterwellen für Brennstoffzellen, Wellen und Ventile für Wasserstoffmotoren, Gewindetriebe für elektrische Lenkungen sowie verschiedenartige, präzise Werkzeuge, um Gehäuse für Elektromotoren wirtschaftlich zu bearbeiten. Bei Letzteren wird es voraussichtlich ein deutliches Wachstum geben.

Produktiv und wirtschaftlich mit ausgereiften Schleifkonzepten

Wie Sandro Bottazzo berichtet, bietet die Fritz Studer AG zuverlässige und prozesssichere Schleiftechnologien für die genannten Komponenten an. Beispielsweise bei einem CVT-Getriebe sind die primäre und die sekundäre Welle (Shafts) zu schleifen. Dies gelingt hochgenau bei kürzesten Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten auf Schleifmaschinen der Marke STUDER S41 jeweils in einer Aufspannung.

Sogar die Kugelbahnnuten in den Wellen, aber auch in den Bohrungen der Scheiben (Sheaves), können in einer Aufspannung geschliffen werden. Dazu nutzt man auf der Schleifmaschine S41 eine Vertikalspindel, die auf der Y-Achse montiert ist. Beim hochgenauen Schleifen der Kugelbahnen in den Scheiben (Sheaves) arbeitet man mit einer von STUDER entwickelten Spezialeinheit.

Für eine besonders wirtschaftliche Fertigung sorgt das Schleifen in einer Aufspannung zusammen mit vollständig automatisierten Abläufen. Das betrifft das Be- und Entladen und das Messen der Werkstücke sowie die adaptive Regelung der Schleifprozesse. Vor allem letzteres trägt zu höchster Genauigkeit und Prozesssicherheit bei. Dazu betont Sandro Bottazzo: «Von STUDER erhalten Fertigungsbetriebe komplette Anlagen mit allen aufeinander abgestimmten Komponenten».

Zahnstangen für elektrische Lenkung

Elektrische Lenkungen, die speziell für autonom steuernde Fahrzeuge benötigt werden, arbeiten mit hochgenau geschliffenen Gewindestangen. Über darin laufende Kugeln wird die Lenkbewegung angetrieben. Diese «Kugelgewinde» schleift man vorteilhaft aus dem Vollen auf Schleifmaschinen von STUDER. Verglichen mit anderen Bearbeitungstechnologien verwirklicht man damit eine deutlich bessere Oberflächengüte bei vergleichbaren Bearbeitungszeiten. Als Vorteil ergeben sich niedrigere Lenkgeräusche und eine wesentlich längere Lebensdauer der Lenkgetriebe.

Zum Abrichten nutzt man die von STUDER entwickelte Abrichteinheit WireDress (Drahterodieren des Profils). WireDress ermöglicht laut Herstellerangaben völlig neue Möglichkeiten beim Schleifen mit metallgebundenen CBN- und Diamantschleifscheiben: Die elektroerosiv-integrierte Abrichttechnologie spart nicht nur massiv Nebenzeiten, sie ermöglicht Sinter-Metallbindungen mit der höchsten Präzision in der Schleifmaschine bei voller Arbeitsgeschwindigkeit abzurichten.

Schnell drehende Verdichterräder für Brennstoffzellen

Brennstoffzellen benötigen elektrisch angetriebene Verdichter, die bei sehr hohen Drehzahlen arbeiten. Die darin eingebauten Wellen und Scheiben müssen deshalb hochgenau gefertigt werden. Zudem bestehen sie aus schwierig zu bearbeitenden Werkstoffen.

STUDER hat dafür ein eigenes Schleifkonzept verwirklicht. Auf einer Rundschleifmaschine S41 können die Wellen durch Schälschleifen bei hohen Geschwindigkeiten vorbearbeitet werden. Abgerichtet werden die CBN-Scheiben mit WireDress. Dank einem synchronisierbaren Reitstock können die Universal-Rundschleifmaschinen Bauteile unterschiedlicher Abmessungen zuverlässig aufnehmen.

Komponenten für elektrisch angetriebene Turbolader

Explosionsdarstellung konventioneller Verbrennungsmotor (Bildnachweis: Vlad Kochelaevskiy_AdobeStock)

Kleine, leistungsfähige und dabei besonders effiziente Verbrennungsmotoren lassen sich allein mit Hilfe von Turboladern verwirklichen. Diese arbeiten allerdings erst bei einem ausreichenden Abgasstrom und -druck, also ausreichend hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors. Nur dann können die Verdichter den benötigten Druck aufbauen, um erhöhte Mengen an Verbrennungsluft in die Zylinder zu fördern.

Den ungenügenden Luftstrom und -druck bei niedrigen Motordrehzahlen bezeichnet man umgangssprachlich als «Turboloch». Um es zu vermeiden oder zu vermindern, setzen Motorenhersteller zunehmend sogenannte E-Booster, also elektrisch angetriebene Ladeluftverdichter ein. Die darin eingebauten Motorwellen können auf Universal-Rundschleifmaschinen wie zum Beispiel einer S31 von STUDER geschliffen werden.

Zunächst wird die Rotorwelle auf den Durchmesser und an den Schultern geschliffen. Das erfordert ein spezielles Spannmittel, um das Werkstück mitzunehmen. Nach dem Schleifen erfolgt das Aufbringen der Magnete. Anschliessend wird eine Hülse aus einer Titanlegierung über die Magnete gepresst. Die Hülse ist nun auf genauen Durchmesser aussen zu schleifen. Das lässt sich vorteilhaft auf einer Universal-Rundschleifmaschine S33 ausführen.

Werkzeuge für Motorengehäuse

Wie Sandro Bottazzo weiter berichtet, sind wegen der zunehmenden Elektromobilität über die eigentlichen Fahrzeugkomponenten hinaus vor allem Werkzeuge hochpräzise zu schleifen. Auch dafür hat STUDER ein passendes Konzept entwickelt. Um die geforderten Genauigkeiten zu erreichen, verfügt die entsprechende STUDER-Schleifmaschine über das In-Process-Messystem LaserControl. Es arbeitet optisch und somit berührungslos. Die adaptive Regelung «Closed Loop Process» steuert den Schleifvorgang.

 

Kontakt:

www.studer.com