Komplexe Bauteile, wie sie in der E-Mobilität zum Einsatz kommen, werden zunehmend auf 5-Achs-Bearbeitungszentren (BAZ) in einer Aufspannung komplett gefräst. Für einen wirtschaftlichen Fertigungsprozess ist vor allem das Zusammenspiel zwischen Werkzeug und Spannfutter entscheidend. Zudem sind häufig hochwertige CAD/CAM-Systeme beteiligt. Damit steigen die Anforderungen an die Bearbeitung weiter. „Wir bieten dafür das passende Werkzeugspannfutter. Es lässt sich ohne jede weitere Vorrichtung von Hand betätigen“, beschreibt Marc Heinrich, Sales Manager bei Albrecht Präzision aus Wernau (www.albrecht-germany.com).
Das patentierte Spannprinzip sorgt für eine höhere Dämpfung beim Fräsen, was Vibrationen am Werkzeug auf ein Minimum reduziert. So werden die Standzeiten des Werkzeugs verlängert und ergo Kosten reduziert. Verschiedene Spannhülsen erlauben zudem unterschiedliche Kühlungsarten – mit Innen- und Peripheriekühlung oder auch mit Coolant 2.0 für noch mehr Kühlleistung. Das Spannfutter deckt einen Spannbereich von 2 bis 20mm Durchmesser ab und ist für verschiedene Werkstücke einsetzbar. Damit lassen sich Komponenten wie Motoren- und Elektronikgehäuse, Halter für Sensorik oder das Fahrwerk kostengünstig bearbeiten. Um auch filigrane Teile fräsen zu können, hat Albrecht zudem Spannfutter mit einem Spannbereich von 1 bis 6mm im Programm. Auf der Metav 2022 stehen die Experten in Halle 16, Stand E30 für Fragen rund um Spannfutter, Vibrationsdämpfung beim Fräsen und erhöhte Werkzeugstandzeiten zur Verfügung.
Prozessstabilität selbst bei engen Fertigungstoleranzen
Die zunehmende Elektrifizierung der Antriebstechnik führt zu Änderungen bei den zu fertigenden Produkten und den Prozessen. Im Vergleich zu Automatikgetrieben für Verbrennungsmotoren lässt sich eine reduzierte Anzahl an schaltbaren Gängen – und somit auch an Zahnrädern – feststellen. Dieser geringeren Anzahl stehen jedoch höhere Anforderungen an die geometrischen Eigenschaften, Fertigungstoleranzen und die Oberflächenbeschaffenheit gegenüber. Insbesondere die Getriebeakustik ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal in der E-Mobilität. Für die Herstellung der Zahnräder bedeutet dies erhöhte Anforderungen an die Prozessstabilität bei gleichzeitig engeren Fertigungstoleranzen.
Diesen Ansprüchen ist mit entsprechenden Maschinen- und Werkzeugkonzepten (z.B. kombinierten Polierschnecken) oder neuen Prozessen zu begegnen. Dr. Jens Brimmers, Abteilungsleiter Getriebetechnik am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, sieht wesentliche Neuerungen in der Bearbeitung von Verzahnungen mit Störkonturen insbesondere bei Stufenplaneten (kombinierte Prozesse in einer Aufspannung, reduzierte Werkzeugdurchmesser, etc.), Innenverzahnungen sowie der Bewertung und Vermeidung von Welligkeiten im Submikrometerbereich auf Zahnflanken.
Die Elektrifizierung beeinflusst zudem entscheidend die Bereiche Elektromotoren und Brennstoffzellenfertigung. Leichtbauoptimierte Bauteile müssen nun effizient und prozesssicher hergestellt werden, wie das Umformen von Bipolarplatten für die Brennstoffzellenfertigung zeigt. Ebenso finden neue Werkstoffe Einsatz in breiteren Anwendungsfällen (z.B. Keramiklager), welche eine Anpassung der bisherigen Fertigungsprozesse bedingen.
Die veränderten Herausforderungen für die Industrie zeigen gleichzeitig neue Forschungsfelder für die Wissenschaft auf. Prof. Thomas Bergs vom Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren am WZL und sein Team forschen beispielsweise aktiv an Anwendungsfeldern für die Elektromobilität (Getriebe, E-Motor, Brennstoffzelle, Werkzeugbau, etc.). Dabei betrachten die Forschenden der WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik) – einem Zusammenschluss führender Professoren der Produktionswissenschaft – die Fertigungsprozesse insbesondere auch in Hinblick auf Nachhaltigkeit.
HSC-Fräsen von Bipolarplatten für Brennstoffzellen
Für elektrische Antriebe kann die benötigte Energie auch in Form von Wasserstoff gespeichert werden. Hierbei kommen Brennstoffzellen zum Einsatz, die chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie wandeln. Das Kernelement sind Bipolarplatten: Sie bilden die beiden elektrischen Pole der Brennstoffzelle und beeinflussen wesentlich deren Wirkungsgrad über die Gestaltung der ‚Flow-Fields‘ – enge Strömungskanäle, die für eine optimale chemische Reaktion sorgen.
>>Auf der Metav 2022 zeigen wir Live-Fräsbearbeitungen<<
Die Fertigungstechnik muss nun dahingehend befähigt werden, diese Bipolarplatten – typischerweise aus dünnem Stahlblech – zu produzieren.
Dies erfolgt über umformende Verfahren mit anspruchsvollen Werkzeugen. Die Formelemente dieser Umformwerkzeuge werden durch HSC-Fräsen hergestellt. Hier eignen sich High-Speed-Cutting-Fräsmaschinen von Röders aus Soltau (www.roeders.de), da diese aufgrund des ausgefeilten Temperaturmanagements eine hohe Langzeitgenauigkeit erreichen und so selbst bei Bearbeitungszeiten von mehr als 60 Stunden kein Versatz auftritt. Röders stellt auf der Metav 2022 in Halle 16, Stand A29 aus.
