Zahlreiche Komponenten lassen sich unter Leichtbauvorgaben nicht mehr mit Standardwerkzeug herstellen. (Bild: Mapal)
Immer wieder bedarf es großer Kraftanstrengung, wenn Produktionsplaner Werkzeug- und Bauteilqualität mit Kosten und Durchlaufzeiten unter einen Hut bringen müssen. Der Weg dorthin kennt viele Stolpersteine, das Prozedere bindet Werkzeugbauer, Zulieferer und OEMs eng aneinander. Alle Beteiligten unterliegen einem Just-in-Time-Takt, der nur mit sehr flexibel agierenden Fertigungsabläufen und optimal zugeschnittener Automatisierung zu halten ist. Das betrifft die Herstellung von Achsschenkeln, Differenzialgehäusen und Bremssätteln ebenso wie die von Zahnrädern, Querlenkern oder Achswellen. Werkzeuge und Maschinen haben Langläuferqualitäten, müssen jederzeit Hochleistung zeigen und bei Fertigungsgeschwindigkeiten im Grenzbereich gleichbleibend gute Teilegüte liefern.
Leichtbauweise und Elektromobilität
Nach Ansicht des Sondermaschinenbauers Mapal aus Aalen liegt der Schlüssel zur Lösung darin, die Eigenschaften sowohl der Werkzeugmaschine als auch der Werkzeuge optimal aufeinander und auf den jeweiligen Fertigungsprozess abzustimmen. Ein Beispiel ist das Batteriegehäuse im Elektrofahrzeug. Dabei handelt es sich um ein Leichtbaugehäuse aus dünnwandigem Aluguss und integrierten Kühlkanälen. Entsprechend vorsichtig und präzise muss der Fräs- und Schleifkopf vorgehen. Die Wendeschneidplatten der Fräser sind meist aus polykristalinem Diamant (PKD). Damit gelingt es Mapal, ein Bearbeitungswerkzeug zu konstruieren, das auch mit weniger Schnittkraft das dünnhäutige Gehäusematerial exakt nach den Vorgaben bearbeitet.
Leichtbauweise und Elektromobilität sind derzeit die stärksten Einflussfaktoren im Automotive-Bereich. Die Werkzeugbauer und Maschinenhersteller setzen neue Impulse, um die Produktivität von Zerspanungsprozessen weiter auszubauen. Das PKD-Fräsen mit erhöhter Performance der Schneidkante samt einer optimierten Spanableitung hat Mapal auf die Bearbeitung von kohlefaserverstärkten Kunststoffen oder Aluminium in Sachen wiederholgenauer Präzision bei kurzen Zeittakten zugeschnitten.
Zahlreiche Komponenten lassen sich unter Leichtbauvorgaben nicht mehr mit Standardwerkzeug herstellen. Um beispielsweise die Schärfe des Werkzeugs – und die Standzeiten für die Bearbeitung – zu erhöhen, musste Mapal einen achtschneidigen, diamantbeschichteten Fräser mit einer speziellen Profilverzahnung versehen. Diese Profilverzahnung ermöglicht eine bessere Spanabfuhr und somit ein hohes Spanvolumen in einem Arbeitsgang. Die Standzeit hat sich bei der Bearbeitung eines Bauteils aus kohlefaserverstärktem Kunststoff um das Vierfache erhöht.
Echtzeitüberwachung von Drehbearbeitungen
PKD-gehärtete Schneidplatten im zerspanenden Werkzeug spielen auch bei dem Tübinger Werkzeugspezialisten Paul Horn eine wichtige Rolle: „Hohe Standzeiten, hohe Oberflächengüten und Prozesssicherheit lassen sich in der Serienfertigung nur durch PKD erreichen“, betont Andreas Manfraß, Außendienstleiter bei Paul Horn. Fehlertoleranzen bei Werkstücken im Mikrometerbereich sowie eine möglichst lange Lebensdauer der Schneidplatten – eine Hausnummer beim Herstellen von Verzahnungsgeometrien liegt bei 1000 Bauteilen je Werkzeug – drücken die Kosten für Zerspanungsprozesse.
Weniger Ausschuss und dabei konstant hohe Qualität verspricht die Echtzeitüberwachung von Drehbearbeitungen. Horn hat sich mit dem Sensorspezialisten Kistler zusammengetan und ein so genanntes Piezo-Tool-System (PTS) entwickelt, das Aufschluss über den Zustand des Werkzeuges während der Bearbeitung gibt. Der extrem kleine Piezo-Sensor misst selbst niedrigste Zerspankräfte mit hoher Auflösung und warnt den Werker umgehend bei Werkzeugbruch oder fehlerhaften Materialien und Schneidstoffen.
Anforderungen an Doppelkupplungsgetriebe
Die Bearbeitungszentren der Schwäbischen Werkzeugmaschinen GmbH (SW) aus Waldmössing sind hochtourige Boliden, die auch mal 100 Meter in einer Minute zurücklegen. Den spanischen Automobilzulieferer Fagor Ederlan hat das überzeugt, die Spanier sind auf Getriebe- und Kupplungsgehäuse spezialisiert und setzen auf die Expertise der Schwaben, die unter anderem auch Serviceleistungen wie die Remoteüberwachung der Anlage anbieten. Die Linearmotoren des eingesetzten zweispindligen Bearbeitungszentrums schaffen sechs Kilometer pro Stunde und zeigen auch beachtliche Leistung in Sachen Produktivität. Matthias Dreher, Key Account und Regional Sales Manager bei SW: „Der Vorteil der zweispindligen SW-Maschinen liegt darin, dass in einem Arbeitszyklus zwei Teile parallel bearbeitet werden können.“
Fagor Ederlan stellt Aluminium-Powertrain- und -Suspensionsteile her, vor allem die Doppelkupplungsgetriebegehäuse unterliegen sehr hohen Qualitätsanforderungen. Die horizontal angeordneten Synchronmotorspindeln müssen bei vollen Touren sehr präzise und schwingungsarm fräsen, um die Stückkosten möglichst auf konstant niedrigem Level zu halten. Die schwäbischen Konstrukteure haben sich dafür ein ganz spezielles Maschinenkonzept ausgedacht, das auf einer sehr kurzen Hochlaufzeit der zwei Arbeitsspindeln dank Direktantriebstechnik in allen Achsen sowie Torquemotoren in den Rundachsen basiert.
Moderne Bearbeitungszentren
Elektroautos und neue Fahrzeugarchitekturen tangieren das klassische Zerspanungsgeschäft, denn Getriebe und Motor benötigen weitaus weniger Zerspanungsvolumen als herkömmliche Verbrenner. Doch Werkzeugbauer und Maschinenhersteller schwenken zunehmend auf den Elektrokurs der OEMs ein. Der Maschinenbauer Bihler legt den Fokus bei neuen Servo-Stanzbiegeautomaten auf den Bau von doppelwandigen Elektromotorengehäusen. Dabei geht es um die exakte Positionierung unterschiedlichster Komponenten.
Ein Feature im Anlagenkonzept sind einzeln ansteuerbare Bewegungen des Werkzeugs von oben, von unten und von der Seite. Das steigert nach Firmenangaben in Verbindung mit der hauseigenen Konstruktionssoftware Leantool die Anlagenproduktivität je nach Einsatzfall um 15 Prozent. Auch bei Energie- und Ressourcenverbrauch legen aktuelle Bearbeitungszentren einen Zahn zu: Das Bearbeitungszentrum BZ2-S8 verfügt nach eigenen Angaben beispielsweise über eine wartungsfreie Kühlung ohne Ölverluste und kann bis zu 700 Teile je Minute bearbeiten.
