Leichtbau-Gipfel 2021 Modulleichtbau mit neuen Schrauben und Fräsern

Von Thomas Günnel

Ein neues Design für besondere Schrauben und neue Werkzeuge, um Komponenten aus Aluminium einfacher zu bearbeiten: Beim Leichtbau-Gipfel sprachen Referenten über nachhaltige Prozesse.

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Aluminium gratfrei fräsen: Sandvik hat dafür eine Werkzeugfamilie entwickelt.
Aluminium gratfrei fräsen: Sandvik hat dafür eine Werkzeugfamilie entwickelt.
(Bild: Sandvik)

Bei leichteren Komponenten und Systemen liegt der Fokus oft auf den Hauptbestandteilen der jeweiligen Produkte. Im Detail, beziehungsweise in den eher unauffälligen Teilen liegt aber ebenfalls Leichtbau-Potenzial: zum Beispiel in Schrauben. Arne Schlichting, Director Project Management beim Schraubenhersteller Kamax, beschrieb beim Leichtbau-Gipfel die Möglichkeiten aus Sicht seines Unternehmens. Lang und schlank sind die Schrauben, die zum Beispiel das Gehäuse des Elektromotors oder Brennstoffzellenstapel zusammenhalten.

Patent für besonders lange Schrauben

Lang heißt: über 250 Millimeter. „Das bringt unsere bisherigen Produktionsprozesse an ihre Grenzen“, sagte Schlichting. „Aktuell ist nach dem Vergüten ein Richtprozess notwendig; und es gibt Einschränkungen bei der Größe des Schraubenkopfes.“

Der Zulieferer hat deshalb einen Prozess entwickelt und patentieren lassen, der den Ablauf deutlich vereinfacht. „Das spart viel Geld und viel Zeit“, kommentierte Schlichting die Entwicklung. Konkret heißt das: Bisher bestand der Schraubenkopf aus einem Drahtabschnitt und wurde entsprechend umgeformt. „Jetzt kaufen wir den Kopf zu, setzen ihn auf und formen ihn nur leicht um“, beschrieb der Projektmanager, „Das funktioniert auf einer Maschine.“ „KXpanded“ nennt Kamax die Entwicklung, die zum Patent angemeldet ist; und laut Schlichting Schrauben mit besseren Eigenschaften ermöglicht.

Andere Anforderungen an Leichtbau-Werkstoffe

Um effizienteres Fertigen ging es auch Peter Ringshandl, Industry Segment Manager Automotive beim Werkzeughersteller Sandvik Tooling Deutschland. Er beschrieb die Herausforderungen, die Emissionsgesetze und die Elektromobilität an die verwendeten Werkstoffe stelle. Das Gewicht der Werkstoffe wirkt sich direkt auf den Verbrauch der Fahrzeuge aus; bei E-Fahrzeugen ist das aktuell noch sehr deutlich an der Reichweite spürbar.

Aluminium ist ein etablierter Leichtbau-Werkstoff; neue Komponenten erfordern aber andere Herstellprozesse. „Die Kühlkanäle von Batteriewannen müssen gratfrei sein“, nannte Ringshandl ein Beispiel, „der Grat könnte sonst in den Kühlkreislauf gelangen; und damit in Pumpen oder Dichtungen.“ Außerdem verschleißen aktuelle Werkzeuge oft ungleichmäßig.

Planfräsen von Aluminium

Sein Unternehmen hat deshalb für das Planfräsen von Aluminium gemeinsam mit Automobilherstellern eine neue Werkzeugfamilie mit der Bezeichnung „M5B90“ entwickelt. Das Besondere daran: Es ist ein Kombinationsfräswerkzeug für die Schrupp-Schlichtbearbeitung mit einem Werkzeug. Und: Jede Schneidplatte am Fräser entfernt nur circa 0,06 Millimeter Material, das ermöglicht ein gratfreies Abtragen.

Der Leichtbau-Werkstoff eignet sich aber nicht nur für die Komponenten in den Fahrzeugen: „Der Fräskörper ist aus Aluminium, auf dem vorderen Teil ist ein gehärteter Stahlring aufgesetzt“, beschrieb Ringshandl das Werkzeug. Durch diesen Aufbau ist das Werkzeug leichter als bisherige, „das Beschleunigen und Bremsen des Werkzeugs auf und von 15.000 Umdrehungen pro Minute sind so leichter möglich.“

Aluminium günstiger bearbeiten

„Wir brauchen Fortschritte in der Zerspanung“, forderte Ringshandl, auch mit Blick auf bestehende Mobilitätskonzepte: „Die Kosten müssen runter, um auch bei der Verbrennertechnologie den Stand der Technik halten zu können.“ Zwar haben sich viele Automobilhersteller dazu entschlossen, den Verbrennungsmotor einzustellen – bis es soweit ist vergehen aber noch viele Jahre, in denen diese Antriebe umso wirtschaftlicher hergestellt werden müssen.

Dazu zählt zum Beispiel das Bearbeiten klassischer Zylinderköpfe. Abschließend stellte Peter Ringshandl einige Werkzeuge seines Unternehmens zum Zerspanen von Verbundwerkstoffen vor; Fräser und Bohrer. Letztere sollen bei ihrem Einsatz mittels spezieller Geometrien die Delamination und Gratbildung vermeiden.

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