Werkzeugsystem für E-Bike-Wellen: Es werden parallel immer vier E-Bike-Wellen fertiggestellt.

Werkzeugsystem für E-Bike-Wellen: Es werden parallel immer vier E-Bike-Wellen fertiggestellt. - Bild: EMAG

Ein „Rekordtempo“ beobachtet der Zweirad-Industrie-Verband (ZIV) beim Wachstum des E-Bike-Marktes. Tatsächlich sind in Deutschland im vergangenen Jahr 720.000 Fahrräder mit elektrischem Antrieb verkauft worden. Das entspricht einem Plus von 19 Prozent. In Europa wird nach Einschätzung von Experten mittelfristig jedes zweite verkaufte Rad ein E-Bike sein – mehr über die Marktentwicklung lesen Sie hier.

Vor diesem Hintergrund rückt die Produktion der E-Motoren in den Fokus – auch, weil die Technologie immer kleiner und leichter wird. Dass für die „Miniaturisierung“ neue Produktionslösungen benötigt werden, die bei wachsenden Stückzahlen effektive Prozesse garantieren, zeigt der Einsatz der Elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM) bei einem Zulieferunternehmen: Eine CI-Maschine von EMAG ECM sorgt bei der Produktion einer dünnwandigen E-Bike-Antriebswelle für hochpräzise Ergebnisse. Was zeichnet diese Technologie aus?

Video: Fertigung von E-Bike Komponenten mit Elektrochemischer Metallbearbeitung

Elektrochemische Metallbearbeitung

Während des Verfahrens fließt zwischen dem Werkstück (der positiven Anode) und dem Werkzeug (der negativen Kathode) eine Elektrolytlösung. Dabei lösen sich Metall-Ionen vom Werkstück ab.

Die Form der Kathode bzw. des Werkzeugs mit den aktiven, stromleitenden Bereichen ist so gewählt, dass der Materialabtrag am Werkstück zur gewünschten Bauteilkontur führt. Mehr zu den Vorteilen und den Anwendungsmöglichkeiten vom ECM lesen Sie hier auf der EMAG Webseite.

Dass rasant steigende Stückzahlen eine industrielle Produktion verändern, ist eine Binsenweisheit. Zumeist müssen Produktionsplaner in einem solchen Fall neue Lösungen etablieren, mit denen sich die Bauteile schneller, kostengünstiger und trotzdem fehlerfrei herstellen lassen.

Insofern ist es bezeichnend, dass aktuell diverse Automotive-Unternehmen den E-Bike-Markt betreten. Schließlich haben sie zum einen die technologische Kompetenz im Antriebsbereich, zum anderen kennen sie die Bedingungen einer großvolumigen Produktion.

Welche allgemeinen Produktionsherausforderungen die aktuelle Entwicklung im E-Bike-Markt mit sich bringt, zeigt das Beispiel einer zentralen Antriebswelle. Das Bauteil weist nicht nur eine kleine Außenverzahnung und eine Querbohrung auf, sondern ist zudem auch sehr dünnwandig und leicht konstruiert.

Die Frage der Planer eines Zulieferunternehmens lautete: Wie lässt sich die Bohrung sowie ein Räumprozess effektiv und prozesssicher am bereits gehärteten (!) Bauteil durchführen – und das ohne jede Verformung an der empfindlichen Rundung?

Perfekte Oberflächen – kein Grat

Eine Antwort auf diese Frage gibt aktuell EMAG ECM mit Sitz in Gailsdorf bei Schwäbisch Hall: Die Spezialisten für Elektrochemische Metallbearbeitung entwickeln eine passgenaue Produktionslösung für die E-Bike-Wellen und setzen dabei auf eine CI-Maschine, in der das ECM-Räumen und ECM-Bohren hintereinander ablaufen. Das elektrochemische Verfahren garantiert dabei Oberflächen mit maximaler Güte ohne thermische Schädigung des Werkstoffgefüges, wie dieses Video eindrucksvoll deutlich macht.

„Aus unserem technologischen Ansatz heraus ergeben sich eine ganze Reihe von weiteren Vorteilen“, erklärt Daniel Plattner vom Technischen Vertrieb bei EMAG ECM.

„Zunächst einmal erfolgt die Elektrochemische Metallbearbeitung komplett berührungslos – das gilt auch für das Räumen. Die hohe Standzeit der Werkzeugkathode sorgt für sinkende Kosten in der Produktion“. Auch das nachfolgende Bohren erfolgt spanlos. Dabei entstehen auch keine Grate oder Bohrkappen. Stattdessen bildet die Werkzeugkathode das Bohrloch in der E-Bike-Welle ab. Es wird nur an den gewünschten Stellen Material abgetragen – weitere Entgratprozesse entfallen komplett. Die Prozesskette wird deutlich schlanker und stabiler. Die Materialhärte hat dabei übrigens keinen Einfluss auf Vorschub oder Präzision.

Modulares Maschinenkonzept

Eine wichtige Rolle bei der Etablierung von ECM-Prozessen spielt das modulare Anlagenkonzept von EMAG. Die Experten konfigurieren Turn-Key-Lösungen von der Generatorentechnik über das Elektrolyt-Management-System bis zu den eingesetzten Werkzeugen und der Automation. Im oberen Beispiel werden parallel immer vier E-Bike-Wellen in der Maschine fertiggestellt – ein individuell konfiguriertes Werkzeugsystem macht es möglich. Die Taktzeit und somit auch die Ausbringungsmenge werden auf den Kundenbedarf abgestimmt.

E-Bike-Welle: Das Bauteil weist eine Querbohrung auf und ist zudem sehr dünnwandig und leicht konstruiert.
E-Bike-Welle: Das Bauteil weist eine Querbohrung auf und ist zudem sehr dünnwandig und leicht konstruiert. - Bild: EMAG

Eine zunehmende Bedeutung bei der Etablierung von ECM-Prozessen hat die sogenannte CI-Maschinenreihe, die mit ihrem guten Preis-Leistungs-Verhältnis seit Frühjahr 2017 zur Verfügung steht und die Richard Keller, Mitglied der Geschäftsleitung bei EMAG ECM, in diesem Video detailliert vorstellt. Die Maschine punktet zunächst einmal mit ihrem kleinen Footprint von rund 7,5 Quadratmetern inklusive Filtration.

Um teuren Arbeitsraum in den Produktionsstätten einzusparen, haben die Ingenieure unter anderem das Grundgestell der CI-Anlage überarbeitet und die Größe des Schaltschranks sowie des Elektrolytmanagementsystems optimiert. Auf der anderen Seite ist die Technologie sehr flexibel. So lässt sich zum Beispiel die Taktzeit durch skalierbare Vorrichtungen verändern, eine Aufrüstung zur Vollautomation durchführen oder die Maschine mit weiteren EMAG-Maschinen verketten. Anwender verfügen über eine in jeder Hinsicht zukunftssichere Lösung.

Footprint ECM-Maschine: Die Maschine punktet mit ihrem kleinen Footprint von nur rund 7,5 Quadratmetern inklusive Filtration.
Footprint ECM-Maschine: Die Maschine punktet mit ihrem kleinen Footprint von nur rund 7,5 Quadratmetern inklusive Filtration. - Bild: EMAG

Anfragen nehmen zu

Dass diese Technologie einen zunehmend größeren Markterfolg aufweist, zeigen sehr viele Anfragen aus der Aviation-Industrie, dem Nutzfahrzeug- und Pkw-Bau (mehr über die Gründe dieses Erfolgs lesen Sie hier im EMAG Blog). „Es ist aber interessant, dass wir derzeit auch aus der E-Mobilitäts-Branche zahlreiche Anfragen vorliegen haben“, sagt Daniel Plattner.

„Angesichts wachsender Stückzahlen rückt unsere prozesssichere Technologie bei vielen Anwendern in den Fokus. Sie garantiert eine gleichbleibend hohe Bauteilqualität. Dazu kommt, dass sowohl das Räumen als auch das Bohren und Entgraten per ECM an gehärteten Bauteilen erfolgen kann – und das ohne Nacharbeiten und bei geringen Werkzeugkosten. Das sind enorme Vorteile gegenüber spanenden Verfahren und damit werden wir uns im Markt durchsetzen.“