Wie Mapal die Zerspanung für die Elektromobilität rüstet

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.

Bei der Herstellung von Elektromotoren werden vor allem Gehäuse zerspanend gefertigt. So zum Beispiel die Statorgehäuse. Dabei stellt besonders die hochpräzise Bearbeitung der Hauptbohrung Werkzeuge und Maschine vor eine Herausforderung: Während alle anderen Fertigungsschritte des Statorgehäuses auf Maschinen mit HSK-A63-Spindel realisiert werden können, muss für die Hauptbohrung 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 trotzdem möglichst wirtschaftlich mit hoher Taktzahl fertigen zu können, ist eine Lösung gefordert, die eine Komplettbearbeitung auf einer Maschine mit kleinen Schnittstellen ermöglicht. Denn diese Maschinen zeichnen sich mit hohen Drehzahlen, geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten und einem niedrigeren Energieverbrauch aus.

Dies ermöglicht Mapal nun mit einem Feinbohrwerkzeug in Ultraleichtbauweise. Das niedrige Gewicht von rund 10 kg schafft die Voraussetzung für den Einsatz auf Maschinen mit kleinerer Spindel. Neben dem Gewicht hat der Werkzeughersteller auch die Kühlkanalführung optimiert. Eine spezielle Rückspülung erlaubt einen deutlich effektiveren Abtransport der Späne. Damit wird ausgeschlossen, dass Späne die Oberfläche verkratzen.

Video: Strategie zur Bearbeitung von Statorgehäusen

Kein Rattern bei der Bearbeitung hochkomplexer Gehäuse

Doch nicht nur die Stator- auch die Batteriegehäuse bedürfen einer besonderen Strategie. Für die Bearbeitung verschiedener Gehäusevarianten setzt Mapal für maximale Wirtschaftlichkeit auf PKD als Schneidstoff und MMS-Technologie.

Je nach Aufmaß, Bearbeitungsaufgabe und Bauteil kommen unterschiedliche Frästechnologien zum Einsatz, die für reduzierte Schnittkräfte sorgen sollen. Bei bestimmten Konturen ist beispielsweise der Einsatz von Fräsern für die Hochvolumenzerspanung sinnvoll.

Werden beispielsweise tiefe Taschen bearbeitet, sind spezielle PKD-Fräser sinnvoll, 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.

Elektrische Kältemittelverdichter mit Toleranzen im µm-Bereich

Doch nicht nur Antrieb und Energiespeicher sind von der Elektrifizierung der Fahrzeuge betroffen, sondern auch einige Nebenaggregate, wie zum Beispiel der elektrische Kältemittelverdichter (eKMV). Herzstück des eKMV sind zwei ineinander verschachtelte Spiralen aus Aluminium – Scroll-Stator und Scroll-Rotor. Der Wirkungsgrad des eKMV hängt insbesondere davon ab, wie genau diese Bauteile gefertigt werden. Die Anforderungen an Form- und Lagetoleranzen liegen dabei im Bereich von wenigen µm.

Eine besondere Herausforderung ist beispielsweise die Bearbeitung der Schnecke. Bei ihr muss eine definierte Rechtwinkligkeit von unter 0,04 mm sowie eine Oberflächenrauheit 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 ermöglicht 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. Auf diese Weise können die engen Toleranzen hinsichtlich Rechtwinkligkeit und Oberfläche prozesssicher eingehalten werden.

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.