Der globale Automobilmarkt wird in den kommenden Jahren weiterwachsen, wobei die größten Steigerungen im Bereich der elektrifizierten Fahrzeuge stattfinden. Mit den Anteilen von batterieelektrischen und Hybridfahrzeugen nimmt auch der Anteil von Automobilen mit einem Scrollverdichter stetig zu. Dieser dient zur Druckerhöhung von Kältemittel im Thermomanagement, das unter anderem für die Temperierung der Batterie sorgt. Diese muss im Sommer gekühlt und im Winter auf Temperatur gehalten werden. Herzstück sind die beiden Spiralen Orbit- und Fixed-Scroll, die sich exzentrisch zueinander bewegen und so das Medium zwischen den Spiralen nach Innen komprimieren.
MAPAL hat den Scrollverdichter als Fokusbauteil im Bereich der Elektromobilität definiert, da er sehr hohe Anforderungen an die Qualität der Bearbeitung stellt und in hohen Stückzahlen benötigt wird. Mit Vorgaben von teilweise kleiner als 20 µm sind die Form der Scroll-Spiralen und die Rechtwinkligkeit sehr eng toleriert. Eine einwandfreie Funktionsweise der beiden Spiralen ineinander setzt Oberflächengüten mit einer gemittelten Rautiefe im einstelligen Mikrometerbereich voraus.
Im Bearbeitungsablauf der Scrollfertigung werden die Flächen der Spiralformen sowie Grundfläche und Topfläche gefräst. Der Vorbearbeitungsprozess erzeugt bereits eine hohe Endkonturnähe. Bei der anschließenden Fertigbearbeitung übernimmt ein Stufenfräser das Finish der Planfläche und der Spiralform. In einem Zug fährt das Werkzeug dabei nach innen, kehrt am innersten Punkt mit dem kleinsten Radius um und fährt an der anderen Seite der Spiralform wieder nach außen. Spezielle Radien und Übergange zwischen Planfläche und Spirale erfordern dabei äußerst präzise Konturen am Fräswerkzeug.
Hohe Standzeit trotz extremer Schärfe
Die Fräserschneide muss so gewählt werden, dass einerseits die verlangte Form exakt umgesetzt wird, andererseits hohe Standzeiten erreicht werden. Bei den derzeit am häufigsten eingesetzten Aluminiumwerkstoffen AlSi1 und AlSi12 schafft ein Finishfräser von MAPAL mehr als 2.000 Bauteile. Bei der Vorbearbeitung achten die Spezialisten aus Aalen darauf, so wenig Aufmaß wie möglich stehen zu lassen, aber so viel wie notwendig, um einen sicheren Prozess abbilden zu können. Der Fräser schneidet die Oberfläche mit geringen Kräften, anstatt diese zu drücken und zu verformen.
Vor allem in der Schlichtbearbeitung gibt es mehrere Lösungsoptionen, die den Anforderungen entsprechend eingesetzt werden können. MAPAL geht in der Projektauslegung schematisch nach der Basic-, Performance- und Expert-Klassifizierung vor. Um erste Prototypen zu fertigen und in den Tests einzusetzen, kann auf Basic-Lösungen mit Standardwerkzeugen zurückgegriffen werden. Auf der Stufe Performance kommen Sonderwerkzeuge mit Konturgeometrie für das Bauteil ins Spiel. Im Fokus der Expert-Lösungen stehen neben der exakten Konturbearbeitung vor allem maximale Standzeiten für möglichst effiziente Prozesse in der Großserie, wofür auch spezielle Beschichtungen eingesetzt werden. Ein dreischneidiges Werkzeug mit Diamantbeschichtung ist dabei für Aluminiumlegierungen mit höherem Silizium-Anteil das Maß der Dinge.
Als Komplettanbieter legt MAPAL den Gesamtprozess inklusive Taktzeitberechnung und Schnittdaten aus. Im Werkzeugpaket enthalten sind nicht nur die Fräser für die Bearbeitung der Spiralen, sondern auch alle weiteren Werkzeuge für den Verdichter. Je nach Maschine und Spindelanbindung bietet der Werkzeughersteller die passenden Spannmittel an, wobei Hydrodehnspannfutter mit HSK-E die erste Wahl sind.
Kommende Entwicklungen hat MAPAL dank seiner Marktkompetenz im Blick. So könnten neue Kältemittelvorgaben der EU dafür sorgen, dass das verbreitete R1234yf-Kältemittel durch Propan oder CO2 ersetzt werden muss. Vor allem CO2 als Kältemittel hat erheblichen Einfluss auf die Bauteile. Das Hubvolumen wird deutlich kleiner bei gleichzeitig erheblich höherem Druck. Aktuelle Entwicklungen gehen daher in Richtung Grauguss oder Sphäroguss als Grundwerkstoff für die Scrollspiralen mit entsprechenden Auswirkungen auf Zerspanungsprozess und Werkzeugkonzepte. Mit seinem breiten Produktprogramm und der Technologiekompetenz ist MAPAL in der Lage, schnell auf diese Entwicklungen zu reagieren und anwendungsorientierte Prozesslösungen anzubieten.
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