Mapal: Maß­ge­schnei­der­te Werk­zeu­ge für die ratio­nel­le Fer­ti­gung von eBike-Elektromotoren

Mapal: Maß­ge­schnei­der­te Werk­zeu­ge für die ratio­nel­le Fer­ti­gung von eBike-Elektromotoren

Allein in Deutsch­land ent­stan­den im Jahr 2019 rund 1 Mio. eBikes. Ins­be­son­de­re die Gehäu­se der eBike-Elek­tro­mo­to­ren sind in der Fer­ti­gung eine Her­aus­for­de­rung. Sie sol­len klein und leicht und außer­dem zugleich hoch­ge­nau sein. Für den gesam­ten Antrieb steht am eBike nur sehr begrenzt­Platz zur Verfügung.Schließlich sol­len die Antrie­be mög­lichst unauf­fäl­lig ver­baut wer­den. Die Anfor­de­run­gen an ein mög­lichst gerin­ger Gewicht resul­tiert aus dem Wunsch nach einer mög­lichst lan­gen Lauf­dau­er der Bat­te­rie. Zudem sol­len die Gehäu­se hoch­ge­nau sein, damit der Antrieb lei­se und mit hoher Lauf­ru­he arbei­ten kann und einen größt­mög­li­chen Wir­kungs­grad ent­fal­ten kann. Mapal bie­tet die rich­ti­gen Werk­zeu­ge für die Produktion.

Der Aalener Werkzeughersteller Mapal bietet Werkzeuge für den kompletten Prozess, der zur Bearbeitung der kleinen eBike-Elektromotoren notwendig ist. - Bild: Mapal
Der Aale­ner Werk­zeug­her­stel­ler Mapal bie­tet Werk­zeu­ge für den kom­plet­ten Pro­zess, der zur Bear­bei­tung der klei­nen eBike-Elek­tro­mo­to­ren not­wen­dig ist. – Bild: Mapal

Für die Zer­spa­nung der Gehäu­se der eBike-Elek­tro­mo­to­ren sind die Eigen­schaf­ten der Werk­stof­fe und außer­dem die gerin­gen Wand­stär­ken der Werk­stü­cke alles ande­re als tri­vi­al. Zudem haben die Gehäu­se in vie­len Fäl­len bereits eine Bschich­tung, wenn sie bear­bei­tet wer­den. Eine Her­aus­for­de­rung, denn schließ­lich sol­len die­se Beschich­tun­gen wäh­rend der Bear­bei­tung ja nicht beschä­digt wer­den. Die Gehäu­se ent­ste­hen in hohen Los­grö­ßen. Des­halb ist eine hoch­ef­fi­zi­ent und wirt­schaft­lich aus­op­ti­mier­te Aus­le­gung der Werk­zeu­ge und der Zer­spa­nungs­pro­zes­se immens wichtig.

Bear­bei­tung für eBike-Elek­tro­mo­to­ren baut auf umfang­rei­cher Erfah­rung auf

Mapal konn­te in den ver­gan­ge­nen Jahr­zehn­ten reich­lich Erfah­rung in der Zer­spa­nung klei­ner Gehäu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren sam­meln. Sowohl aus Alu­mi­ni­um als auch aus Magne­si­um. Zwar nicht für eBikes, son­dern bei­spiels­wei­se für Motor­sä­gen, Mofas oder Rasen­mä­her. Mit der Elek­tri­fi­zie­rung sind die Genau­ig­keits­an­for­de­run­gen noch ein­mal gewach­sen. Des­halb hat Mapal sein Pro­gramm zur Kom­plett­be­ar­bei­tung klei­ner Gehäu­se an die ver­än­der­ten Bedin­gun­gen angepasst. 

Im Fokus
Gehäu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren
Die meis­ten Gehäu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren ent­ste­hen aus Alu­mi­ni­um­druck­guss oder aus Magne­si­um­druck­guss. Bei­de Werk­stof­fe sind rela­tiv leicht. Magne­si­um ist mit einer Dich­te von 1,7 g/cm3 noch etwas leich­ter als Alu­mi­ni­um mit einer Dich­te von 2,7 g/cm3. Zudem lässt sich Magne­si­um noch prä­zi­ser gie­ßen als Alu­mi­ni­um. So sind Gehäu­se­kon­struk­tio­nen mit noch dün­ne­ren Wan­dun­gen und fili­gra­ne­ren Struk­tu­ren mög­lich. Unab­hän­gig vom Werk­stoff bestehen die meis­ten Moto­ren­ge­häu­se aus dem eigent­li­chen Gehäu­se und ein oder zwei Deckeln. Sie müs­sen sehr dünn­wan­dig sein, das macht sie jedoch labil und damit zudem anfäl­lig für Vibra­tio­nen. Die Gehäu­se bie­ten mit mehr­stu­fi­gen Kon­tur­zü­gen Platz für die Funk­ti­ons­bau­tei­le der Moto­ren. Daber sind die geo­me­tri­schen und maß­li­chen Anfor­de­run­gen hoch, nicht zuletzt auf­grund der engenForm‑, Lauf- und Lagetoleranzen.

PKD- und außer­dem Voll­hart­me­tall­werk­zeu­ge sind für die zer­spa­nen­de Bear­bei­tung der bei­den Werk­stof­fe sehr gut geeig­net. Je nach Anwen­dung konn­ten die Werk­zeug­ex­per­ten von Mapal den Pro­zess als Tro­cken­be­ar­bei­tung aus­le­gen. Die Ver­schmut­zung wird mit Hil­fe von polier­ten Span­räu­men und beson­ders glat­ten Ober­flä­chen an den Werk­zeu­gen mini­miert. Nicht zuletzt damit wird der Zer­spa­nungs­pro­zess auch ohne Kühl­schmier­stoff sicher.

Tole­ran­zen sind in Magne­si­um beson­ders eng einzuhalten 

Bei der Bear­bei­tung eines Gehäu­ses für eBike-Elek­tro­mo­to­ren aus Magne­si­um sind die Tole­ran­zen beson­ders wich­tig. Denn Span­nun­gen im Inne­ren des Gehäu­ses, unter­schied­li­che Beschich­tungs­di­cken und außer­dem die Duk­ti­li­tät des Mate­ri­als, das sich nach der Bear­bei­tung auf­grund des Wär­me­ein­trags zusam­men­zieht, kann Abwei­chun­gen bei eini­gen Durch­mes­sern und Lagern bewir­ken. Des­halb bestim­men die Mapal-Exper­ten erst nach einer Pro­be­boh­rung und einer Maß­kon­trol­le am Werk­stück die rele­van­ten Werk­zeug­durch­mes­ser. Und die sind zudem auch vali­de für die Folgewerkzeuge.

Um die ZerspanuUm die Zerspanung der Gehäuse für die eBike-Elektromotoren möglichst wirtschaftlich zu gestalten und die Nebenzeiten kurz zu halten, hat Mapal mehrere Arbeitsschritte in den Werkzeugen zusammengefasst. - Bild: Mapalng der Gehäuse für die eBike-Motoren möglichst wirtschaftlich zu gestalten und die Nebenzeiten kurz zu halten, hat Mapal mehrere Arbeitsschritte in den Werkzeugen zusammengefasst. - Bild: Mapal
Um die Zer­spa­nung der Gehäu­se für die eBike-Elek­tro­mo­to­ren mög­lichst wirt­schaft­lich zu gestal­ten und die Neben­zei­ten kurz zu hal­ten, hat Mapal meh­re­re Arbeits­schrit­te in den Werk­zeu­gen zusam­men­ge­fasst. – Bild: Mapal

Damit sich die Bear­bei­tung der Moto­ren­ge­häu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren mög­lichst wirt­schaft­lich gestal­ten lässt und außer­dem die Neben­zei­ten gering blei­ben, haben die Mapal-Ent­wick­ler jeweils meh­re­re Arbeits­schrit­te zu einem ein­zi­gen Werk­zeu­gen zusammengefasst.Typisch für ein sol­ches Kom­bi­na­ti­ons­werk­zeug ist die Lösung zum Bear­bei­ten des Lager­sit­zes in eine Magne­si­um­ge­häu­se. Bei die­ser Bear­bei­tung ent­stan­den zunächst in den Ver­su­chen star­ke Vibra­tio­nen. Schließ­lich ist das Bau­teil vor allem um die drit­te Lager­boh­rung her­um zudem extrem dünn­wan­dig aus­ge­führt. Eine Her­aus­for­de­rung für das Werk­zeug, das an den vor­ge­gos­se­nen Boh­run­gen zwi­schen 0,6 und 1 mm Magne­si­um­le­gie­rung abtra­gen muss.

Ambi­tio­nier­te Her­aus­for­de­rung fürs Werkzeug

Die Anfor­de­run­gen an das Gehäu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren waren durch­aus ambi­tio­niert. So soll­te die Rund­heit < 0,01 mm betra­gen, die Durch­mes­ser­to­le­ranz bei IT7 lie­gen, die gemit­tel­te Rau­tie­fe Rz < 10 µm sein. Dafür ent­war­fen die Mapal-Exper­ten ein kom­ple­xes, mehr­stu­fi­ges PKD-Kom­bi­na­ti­ons­werk­zeug aus. Es bear­bei­tet die drei Lager­boh­run­gen und außer­dem die Posi­ti­ons­boh­rung des Lager­sit­zes in einem Zug. Zudem sehr pro­zess­si­cher und inner­halb der gefor­der­ten Tole­ran­zen. Das Werk­zeug arbei­tet mit einer Dreh­zahl von 8000 min-1 bei Vor­schub­ge­schwin­dig­kei­ten zwi­schen 3200 und 4800 mm/min und einem Vor­schub zwi­schen 0,1 und 0,15 mm.

Für die Lagersitzbearbeitung der eBike-Elektromotoren konzipierte Mapal ein komplexes mehrstufiges PKD-Kombinationswerkzeug. Damit werden die drei Lagerbohrungen und die Positionsbohrung des Lagersitzes in einem Schuss gefertigt – prozesssicher und verlässlich innerhalb der benötigten Toleranzen. - Bild: Mapal
Für die Lager­sitz­be­ar­bei­tung der eBike-Elek­tro­mo­to­ren kon­zi­pier­te Mapal ein kom­ple­xes mehr­stu­fi­ges PKD-Kom­bi­na­ti­ons­werk­zeug. Damit wer­den die drei Lager­boh­run­gen und die Posi­ti­ons­boh­rung des Lager­sit­zes in einem Schuss gefer­tigt – pro­zess­si­cher und ver­läss­lich inner­halb der benö­tig­ten Tole­ran­zen. – Bild: Mapal

In einem ande­ren Werk­zeug kom­bi­nier­ten die Mapal-Spe­zia­lis­ten eine Fräs- mit einer Bohr­be­ar­bei­tung. Wäh­rend die Lager­boh­rung und die Posi­ti­ons­boh­rung der Gehäu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren mit­tels Bohr­stu­fen erstellt wer­den, über­nimmt eine Fräs­s­tu­fe das Ein­brin­gen der Dicht­nut. Auch bei die­sem Werk­zeug woll­ten die Ent­wick­ler in ers­ter Linie Vibra­tio­nen ver­hin­dern und außer­dem den Schnitt­druck ver­rin­gern. Mit der exak­ten Abstim­mung von Zäh­ne­zahl und Geo­me­trie der Fräs­s­tu­fe wird zudem ver­hin­dert, dass Spä­ne in der Nut blei­ben. So wird zudem garan­tiert, dass der Fräs­pro­zess sicher läuft. Die Fräs­s­tu­fe des Werk­zeugs arbei­tet mit einer Dreh­zahl von 8000 min-1, einer Vor­schub­ge­schwin­dig­keit 7200 mm/min und einem Vor­schub 0,15 mm

Das Kom­plett­pa­ket für eBike-Elektromotoren

Die wei­te­ren Werk­zeu­ge zur Kom­plett­be­ar­bei­tung der Gehäu­se für eBike-Elek­tro­mo­to­ren design­ten die Mapal-Ent­wick­ler eben­falls als Kom­bi­na­ti­ons­werk­zeu­ge. Mit Erfolg: So bear­bei­tet ein Anwen­der das kom­plet­te Gehäu­se mit nur acht unter­schied­li­chen Werk­zeu­gen. Wie­vie­le Werk­zeu­ge letzt­lich benö­tigt wer­den, hängt jedoch sehr stark vom indi­vi­du­el­len Bau­teil, vom Werk­stoff und außer­dem von den Anfor­de­run­gen ab. So benö­tigt etwa ein ande­rer Anwen­der auf­grund eines ungleich kom­ple­xe­ren Gehäu­se 31 Werk­zeu­ge. Mapal bie­tet ein Rundum­pa­ket zur Zer­spa­nung klei­ner Gehäu­se aus Alu­mi­ni­um oder Magne­si­um. Das pas­sen­de Werk­zeug­kon­zept ist stark von den Anfor­de­run­gen und der Kom­ple­xi­tät abhängig.


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