Statorbearbeitung erreicht Serienreife

Die beiden Hersteller hatten vor kurzem in einem Entwicklungsprojekt demonstriert, dass auf einer Pick-Up-Drehmaschine eine sehr wirtschaftliche und hochpräzise Produktion von Statorgehäusen möglich ist. Die dünnwandigen Aluminiumbauteile werden für den Antrieb in Elektrofahrzeugen benötigt. Sie sind auf der Außenseite mit Rippen für den Kühlkreislauf versehen und werden in die größeren Motorgehäuse eingebaut.

War während der Entwicklung bei NILES-SIMMONS noch mit einer dafür umgebauten modularen Drehmaschine gearbeitet worden, so kam nun eine eigens für die Statorfertigung konzipierte Maschine auf den Markt. Die Entwicklungsbasis bildete das Vertikalbearbeitungszentrum der Marke RASOMA, welche genau wie NILES-SIMMONS eine Marke der NSH Group (NILES-SIMMONS-HEGENSCHEIDT GmbH) ist. Beide Marken sind gemeinsam in der NSH Group Tochterunternehmung NSH TECHNOLOGY organisiert und haben die Entwicklung gemeinsam vorangetrieben. Die Bezeichnung RASOMA DZS 400-2 indiziert, dass sie mit zwei Werkstückspindeln arbeitet.

Einfache Automatisierung ohne Zusatztechnik

Für den Einsatz in der Serienfertigung wurde die Maschine an den Seiten mit einem Pickup-Bereich für die Rohteile und einem Dropdown-Bereich für die fertigen Teile versehen. Zu- und Abfuhr der Bauteile erfolgt über Transportbänder. Bei manueller Bestückung kann über die Automation ein Puffer von zehn bis zu 20 Bauteilen genutzt werden. So ist das Bedienen mehrerer Anlagen möglich, während der Mitarbeiter fertigungsbegleitend anderen Prozessen nachgehen kann.

„Wir haben damit standardmäßig eine einfachste Automatisierung realisiert, für die keine Roboter oder Absperrungen an der Maschine benötigt werden. Der Bediener kann die Teile direkt auf ein Palettenband legen“, erläutert Thomas Lötzsch, Sales Manager bei NSH TECHNOLOGY. Eine vollautomatisierte Werkstückbe- und -entladung mehrerer Maschinen mit einem zentralen Fördersystem ist optional möglich.

Praxiserfahrung der Anwender floss mit ein

Die Maschine lässt sich leicht in eine bestehende Produktionsumgebung integrieren, wozu auch das relativ kompakte Aufstellmaß von 7,50 x 2,60 m beiträgt, so MAPAL. Die Grundlage für die Gestaltung der RASOMA DZS 400-2 war in Zusammenarbeit mit LTH Castings entstanden, einem Partner mit langer Erfahrung im Bereich Gießen und Spezialist für die Zerspanung komplexer, hochwertiger und dünnwandiger Komponenten aus Druckguss-Aluminium. Die Ausgestaltung berücksichtigte so direkt Praxiserfahrungen und Anforderungen von Anwendern.

Komplettbearbeitung in zwei Aufspannungen

Zwischen Pickup und Dropdown erfolgt die Komplettbearbeitung der Bauteile auf der Vertikalmaschine in zwei Aufspannungen. Von oben nimmt ein Spannmittel das Werkstück zunächst auf und fährt es nacheinander an verschiedene Bearbeitungsstationen in der Maschine. Auf einer Umspannstation im Arbeitsraum wird das Teil um 180 Grad gedreht und von der zweiten Werkstückspindel für die Fertigbearbeitung aufgenommen. Während der zweiten Aufspannung beginnt parallel an der ersten Aufnahme die Bearbeitung des nächsten Bauteils.

Transferstraße im Kleinformat

Wie auf einer Transferstraße im Kleinformat reihen sich die Bearbeitungsschritte aneinander. Der Prozess beginnt mit dem Vorschruppen der verschiedenen Innendurchmesser des Bauteils. Dabei steht das Werkzeug still und das Werkstück dreht sich.

„Die Zerspanung mit einem vierschneidigen ISO-Aufbohrwerkzeug auf einer HSK-A 100 Spindel benötigt gegenüber dem herkömmlichen Drehen mit einer Schneide nur ein Viertel der Hauptzeit“, sagt André Ranke, Gebietsverkaufsleiter MAPAL. Äußerst effizient sei auch der nächste Bearbeitungsschritt, bei dem das rotierende Statorgehäuse innen und außen gleichzeitig mit jeweils vier Schneiden bearbeitet wird. Das Innenwerkzeug rotiert ebenfalls.

Durch die Differenz der Werkzeugdrehzahl zur Werkstückdrehzahl ergebe sich die Schnittgeschwindigkeit an den inneren Schneiden. Das glockenförmige Außenwerkzeug steht still. Zur Bearbeitung wird das Bauteil in den Spalt zwischen Innen- und Außenwerkzeug gefahren. Dieses patentierte Verfahren reduziert laut MAPAL auftretende Kräfte am Spannmittel. Um die dünnwandigen Bauteile präzise zu bearbeiten, könne so auf ein aufwändiges Werkstückspannmittel mit Schwingungsdämpfung verzichtet werden. „Bei der Werkzeugauslegung wurde besonderes Augenmerk auf das große Spanvolumen und die großen aufkommenden Kräfte gelegt, da untypischerweise am Innen- und Außendurchmesser gleichzeitig bearbeitet wird“, erläutert Michael Kucher, Component Manager E-Mobility bei MAPAL.

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Leistungssprung der RASOMA DZS 400-2 im Überblick

• Wesentlich kürzere Span-zu-Span-Zeit als bei einem Fräsbearbeitungszentrum.
• Alle Werkzeuge im Arbeitsraum – Positionierung nur durch Schwenken der Revolverscheibe.
• Kein Werkzeugwechsel notwendig, dadurch drastische Reduzierung der Nebenzeiten.
• Taktzeitreduzierung um 50 % im Vergleich zur Standarddrehbearbeitung (laut Studien).
• Erhöhung der Schnittgeschwindigkeiten auf 1.000 m/min durch optimal geeignete Schneidstoffe.
• Optimierung der Nebenzeiten brachte weiteren Zeitgewinn.
• Gesamter Zeitgewinn von zusätzlich 20 % durch höhere Schnittgeschwindigkeiten und optimierte Abläufe.

Jahresleistung von bis zu 180.000 produzierten Teilen möglich

Der Prozess läuft so stabil, dass stichprobenartige Entnahmen für die Qualitätssicherung ausreichend sind. Wurden anfangs noch sämtliche gefertigten Bauteile vermessen, so liegt die Empfehlung jetzt bei nur noch einem Teil pro Schicht. Dass dies mehr als ausreichend ist, belegt Daniel Pilz mit Zahlen: „Die RASOMA DZS 400-2 mit den Sonderwerkzeugen von MAPAL erreicht einen Prozessfähigkeitsindex von über 1,67 für kritische Merkmale wie Zylinderform, Durchmesser und Konzentrizitäten und erfüllt damit die industriellen Vorgaben.“ Kunden, bei denen die Maschine bereits im Einsatz ist, kommen damit im Dreischichtbetrieb auf eine Jahresleistung von bis zu 180.000 produzierten Bauteilen.

Erfolgreich in der Großserie

Zu den ersten Anwendern des Serienprozesses für die Statorfertigung auf der RASOMA DZS 400-2 gehört die LTH Castings in Slowenien. Das traditionsreiche Gießereiunternehmen verfügt über mehr als 100 Gießzellen und bearbeitet die Rohteile auf über 250 CNC-Bearbeitungszentren. An insgesamt sechs Standorten sind rund 3.800 Mitarbeiter tätig. Dr. Primož Ogrinec, CTO von LTH Castings: „Mit unseren All-in-One-Lösungen vom Entwurf bis zur Serienproduktion sind wir ein wichtiger strategischer Partner der Automobilindustrie. Zu unserem Bauteilespektrum gehören Komponenten für Getriebe, Motoren für batterieelektrische und Hybridfahrzeuge, Lenkungs- und Bremssysteme.“ Die RASOMA DZS 400-2 Maschinen werden in der hochmodernen Produktion mit Robotern be- und entladen.

Wie die meisten Automobilzulieferer stellt LTH Castings Komponenten für unterschiedliche Fahrzeugmodelle her. Bei der Fertigung von Statorgehäusen ist dabei die Flexibilität der RASOMA DZS 400-2 hilfreich, bei der nur Spannmittel und Werkzeuge umgerüstet werden müssen. „Mit einem einzigen System und unter Anwendung des neuen Prozesses wurde herstellerspezifisch sowohl in Quantität als auch Qualität eine Optimallösung entwickelt und zur Serienreife gebracht“, erläutert André Ranke. Die Produktion von Statorgehäusen ist damit bis zu einem Durchmesser von 500 mm und einer Bauteillänge von 500 mm möglich.

Auf der RASOMA DZS 400-2 können alle Gehäuse hergestellt werden, die wir bisher gesehen haben, und wir haben schon sehr viele gesehen“, versichert Thomas Lötzsch. Dabei gab es auch für das Projektteam schon mal eine Überraschung, als für das Gehäusedesign eines großen Automobilherstellers ein Hinterschnitt an der Innenseite des Bauteils verlangt wurde. Das Musterbauteil von MAPAL, das für die Prozessauslegung eigens konstruiert und gefertigt wurde, wies diese Herausforderung nicht auf.

Kurzfristig auf neue Konturen reagieren

Doch MAPAL hatte zusammen mit den Spezialisten der NSH Group sehr schnell eine gemeinsame Lösung parat: Anstelle des in der Praxis bewährten Feinbohrwerkzeugs wurde ein hochpräzises Aussteuerwerkzeug mit vier Schiebern aus dem Produktportfolio von MAPAL eingesetzt, das die gewünschte Innenkontur erzeugt. Maschinenseitig wurde in wenigen Tagen eine mit MAPAL abgestimmte Schnittstelle konstruiert, die schon beim laufenden Auftrag Serienreife erlangte. Durch die inzwischen sehr eng vernetzte Entwicklungskonstruktion sind die beiden Unternehmen in der Lage, kurzfristig auf neu entwickelte Konturen zu reagieren.

Neuer Maßstab für niedrige Cost per Part

Die RASOMA DZS 400-2 mit der Werkzeugtechnologie von MAPAL hat sich für die Serienproduktion etabliert und löst Qualitätsprobleme, die auf herkömmlichen Dreh-Fräsmaschinen und horizontalen Transferstraßen auftreten. Thomas Lötzsch sind Fälle bekannt, in denen die geforderten Form- und Lagetoleranzen nicht prozesssicher erreicht und stattdessen Ausschuss produziert wurde – bis zu 50 Prozent. Wo die Qualität stimmte, ließen wiederum die Taktzeiten zu wünschen übrig und verursachten höhere Werkstückkosten. Ein etablierter Prozess für die Fertigung der Bauteile fehlte.

Weil es unter den Automobilzulieferern einen harten Preiskampf gibt, standen bei der Entwicklung der RASOMA DZS 400-2 von Beginn an möglichst niedrige Stückkosten im Vordergrund. Erreicht wurde dieses Ziel durch die Kombination aus hoher Maschinenverfügbarkeit, kurzen Taktzeiten, Qualität der bearbeiteten Bauteile und prozesssicherer Fertigung. Nach aktuellen Berechnungen lassen sich dadurch für die Zerspanung inklusive Werkzeugkosten besonders wirtschaftliche Cost per Part erzielen.

Produktion Dieselmotoren

Motoren + Fahrzeugbau

Bearbeitung der Zylinderköpfe mit Feinbohrwerkzeugen von Mapal

Im Nürnberger Werk des Nutzfahrzeugherstellers MAN Truck & Bus ist die Produktion eines hocheffizienten neuen 13-Liter-Dieselmotors angelaufen. Als gemeinsame Motorenplattform soll er konzernweit genutzt werden. Für die Zylinderköpfe kommen Feinbohrwerkzeuge von Mapal zum Einsatz, die Ventilführungs- und Ventilsitzgrundbohrung bearbeiten.Lesen Sie mehr!