Zerspanen/Elektromobilität

Mapal bietet innovative Bearbeitungskonzepte für E-Mobilität an

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Die Bedeutung der Elektromobilität nimmt in der Automobilindustrie einen kontinuierlich wachsenden Stellenwert ein. Die produzierten Stückzahlen an Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb steigen. Für die Fertigung der einzelnen Bauteile und Komponenten, die spanend bearbeitet werden, bietet Mapal bereits heute vielfältige innovative Bearbeitungslösungen.

Jürgen Goroncy, freier Journalist und Mitarbeiter der KEM Automobilkonstruktion, Besigheim

Komponenten für elektrische Fahrzeuge müssen oft anders ausgelegt sein und benötigen daher veränderte Fertigungsprozesse. So ermöglicht der Hersteller von Präzisionswerkzeugen aus Aalen 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

Die hochpräzise Bearbeitung der Hauptbohrung von Statorgehäusen stellt Werkzeug und Maschine vor eine Herausforderung. Die hohen Schnittmomente von bis zu 500 Nm und das maximal zulässige Werkzeuggewicht sowie das Kippmoment erfordern die Bearbeitung auf einer Maschine mit HSK-A100-Spindel. Um möglichst wirtschaftlich mit hoher Taktzahl fertigen zu können, forderten die bearbeitenden Betriebe eine Lösung, welche die Komplettbearbeitung auf einer Maschine mit kleinen Schnittstellen ermöglicht. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Mapal ein Feinbohrwerkzeug in Ultraleichtbauweise entwickelt. Das niedrige Gewicht von rund zehn Kilogramm schafft die Voraussetzung für den Einsatz auf Maschinen mit kleinerer Spindel. Neben dem Gewicht hat der Werkzeughersteller auch die Kühlkanalführung optimiert. Eine spezielle Rückspülung sorgt für einen deutlich effektiveren Abtransport der Späne. Damit wird ausgeschlossen, dass Späne die Oberfläche verkratzen.

Dünnwandige Batteriegehäuse ratterfrei bearbeiten

Das Batteriegehäuse schützt die Batterie vor äußeren Umwelteinflüssen und fixiert die Komponenten des Batteriesystems um deren störungsfreie Funktion während des Fahrzeugbetriebes zu gewährleisten. 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 bestmöglichen 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 etwa der Einsatz von Fräsern für die Hochvolumenzerspanung sinnvoll. Hierfür eignet sich der SPM-Fräser. Durch seine hoch positive Schneidengeometrie und gestaltete Spanräume wird die wirkende Schnittkraft im Vergleich zu konventionellen Fräsern um bis zu 15 Prozent reduziert.

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

Toleranzen im Mikrometer-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 werden. 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.

Eine besondere Herausforderung ist beispielsweise die Bearbeitung der „Schnecke“. Bei ihr müssen eine definierte Rechtwinkligkeit von weniger als 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 der Werkzeughersteller für die Bearbeitung von Bauteilen in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bietet.

www.mapal.com

Direkt zum Neuheitenkatalog des Anbieters

http://hier.pro/TIDlt


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