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Schulte & Schmidt fertigt verschiedene Bauteile für Antriebe von E-Bikes. Dies kann nur mit maßgeschneiderten Werkzeugen realisiert werden. - Bild: mezzotint/Fotolia

In den E-Antrieben moderner Pedelecs arbeitet intelligente Technik auf engem Raum. Die Mechanik muss präzise ineinander greifen, um die Muskelkraft gezielt zu unterstützen. Aus Gewichtsgründen kommen Aluminium-Druckgussbauteile zum Einsatz.

Aufgrund der sehr engen Form- und Lagetoleranzen hat es ihre Herstellung in sich. Ein Hersteller der Antriebe wandte sich daher an den Aluminiumspezialisten Schulte & Schmidt GmbH & Co. Leichtmetallgießerei KG.

Nur maßgeschneiderte Kombinationswerkzeuge mit gelöteten PKD-Schneiden kamen in Frage, um in der mechanischen Fertigung sowohl eine hohe Qualität als auch wirtschaftliche Taktzeiten einhalten zu können. „Wir fertigen insgesamt drei Bauteile für eine Jahresmenge von 500 000 Antrieben für unseren Auftraggeber“, so Gerhard Hirschberg, Leiter Prozessentwicklung Zerspanung bei Schulte & Schmidt am CNC- und Entwicklungsstandort in Vohenstrauß in der Oberpfalz.

Umfangreiches PKD Projekt

Ein typisches PKD-Projekt also: hohe Präzision und Produktivität. Großserie. Für solche Projekte ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Werkzeugpartner unverzichtbar.

Norbert Hillebrand, Manfred Lunz, Walter, Gerhard Hirschberg, Schulte & Schmidt
Von links nach rechts: Norbert Hillebrand, Produktförderung PKD/CBN, Manfred Lunz, technische Beratung und Verkauf, beide Walter Deutschland GmbH, sowie Gerhard Hirschberg, Leiter Prozessentwicklung Zerspanung, Schulte & Schmidt GmbH & Co. Leicht­metallgießerei KG am Standort Vohenstrauß. - Bild: Läpple

Gemeinsam entwickelten die Experten von Schulte & Schmidt und Walter ein Bearbeitungskonzept für Pedelec-Bauteile mit 28 Diamantwerkzeugen. Norbert Hillebrand, Produktförderung PKD/CBN bei der Walter Deutschland GmbH: „Vorausschauende Planung ist bei diesem Projekt das A und O, damit wir schnell auf Änderungen reagieren können.“

Bei so umfangreichen Projekten wie diesem ist immer mit Anpassungen der Prototypen zu rechnen. Sowohl die Gießfachleute wie auch die Zerspanungsexperten prüften die Zeichnungen auf Herz und Nieren. Mit dem Anwender besprachen sie die fertigungstechnisch kritischen Punkte: Ausformschrägen, Konturübergänge, Spannmöglichkeiten oder Verzugsgefahren.

Ausgiebige Testphase für Prototypen

Eine Phase, in der Werkzeugauslegungen und Bearbeitungskonzepte noch in Bewegung sind, ist die Regel. Die Prototypenserie gibt dann Aufschluss, an welchen Stellschrauben noch zu drehen ist, um Prozesssicherheit, Qualität, Taktzeiten respektive Kosten vollends auf Serien-Niveau zu bekommen. „Wir lagen mit den Vorrichtungen und Werkzeugen in dieser Phase bei etwa 80 Prozent des späteren Serienstands, ein respektabler Wert“, meint Hirschberg.

Ein Projekt dieser Art erfordert eine gewisse Laufzeit. Von den ersten Bauteilzeichnungen bis zum Serienstart in der Fertigung vergeht schnell ein Jahr. Zeit, die für Machbarkeitsstudien aller Art, darunter Qualitäts-, Schnittkräfte- oder Kollisionsbetrachtungen verwendet wird.

Werkzeug, Schnitt, Modell
Alle Werkzeuge sind innengekühlt. Schulte & Schmidt verwendet eine Emulsion mit 8 Prozent Schneidölanteil. - Bild: Walter Deutschland

Zum Beispiel war das Spannkonzept ein zentraler Punkt für die Prozesssicherheit. Eines der Bauteile war mit Achsbohrungen von 20 und 32 mm Durchmesser zu versehen. Da labil und dünnwandig, bestand die Gefahr, dass sich das Teil unter Einwirkung der Schnittkräfte deformiert. Folglich waren automatisch vor- und zurückfahrende Abstützungen in der Vorrichtung vorzusehen. Diese Maßnahme machte auch Designänderungen erforderlich, von denen sich der Auftraggeber überzeugen ließ.

Wissenstransfer als besondere Herausforderung

Eine besondere Herausforderung war der Know-how-Transfer an den Fertigungsstandort Brasov in Rumänien, der nach der Entwicklung des Konzepts in Vohenstrauß erfolgte. Da in Vohenstrauß Maschinen mit HSK40-, in Rumänen aber mit BT30-Aufnahmekegel im Einsatz sind, versahen die PKD-Experten von Walter die Werkzeuge mit einer modularen Schnittstelle, an die sich beide Standards adaptieren lassen. Die Lösung enthält auch eine Justiermöglichkeit für den Rundlauf, um Spindelungenauigkeiten zu kompensieren. Dies ermöglicht Toleranzen im µ-Bereich.

Zitat

„Wir freuten uns außerdem über das Feedback unabhängiger Kostenanalytiker. Diese fanden beim Überprüfen sämtlicher Prozesse, kein weiteres Optimierungspotenzial. Unsere Lösung liegt also am Produktivitätsoptimum.“ Gerhard Hirschberg

„Damit sind wir sehr flexibel“, so Hirschberg, „so lässt sich die Bearbeitung der Bauteile ohne Probleme wieder nach Vohenstrauß zurücktransferieren. Die Werkzeuge wären dieselben, wir müssten nur die Schnittstellen zurücktauschen.“ Die Serienproduktion in Brasov konnte dank der sorgfältigen Vorarbeit in der Prototypenphase sofort mit 100 Prozent Kapazitätsauslastung anlaufen. jd