Elektromobilität: Aluminium-Batteriegehäuse effizient bearbeiten Planfräser optimieren Alu-Batteriegehäuse-Fertigung

Anbieter zum Thema

Sandvik AG

GGB Heilbronn GmbH

Walter Meier (Fertigungslösungen) AG

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Die Erstausrüster (OEMs) der Automobilindustrie engagieren sich zunehmend in der Batterieproduktion, die räumlich näher an die Fahrzeugmontagewerke rückt. McKinsey berichtet, dass Batterietechnologie, Langlebigkeit und Leistung zu den wichtigsten Unterscheidungsmerkmalen für OEMs werden. Fernando Oliveira, Global Manager for Automotive Aluminium beim Zerspanungsspezialisten Sandvik Coromant, erklärt, wie das neue Konzept des Planfräsers M5F90 den OEMs helfen kann, sich von den Wettbewerbern abzuheben.

Um Pkw und Lkw mit geringerem Gewicht, besserem Kraftstoffverbrauch und Fahrverhalten zu bauen, setzen die Fahrzeughersteller auf Leichtbau.

McKinsey berechnet in der Studie Lightweight, heavy impact, dass Leichtbau-Massnahmen zu einer gewissen Reduktion der CO₂-Emissionen beitragen können (ca. 0,08 g CO₂ pro eingespartem Kilogramm). «Gelingt es einem OEM, das Fahrzeuggewicht um 100 kg zu reduzieren, spart er etwa 8,5 g CO₂ pro 100 km», so die Schlussfolgerung der Studie.

Ein weiterer Vorteil von Aluminium ist, dass es sehr gut recycelbar ist und ohne Beeinträchtigung oder Veränderung seiner mechanischen Eigenschaften eingeschmolzen und wiederverwendet werden kann. Ungefähr 75 % des jemals produzierten Aluminiums werden heute noch verwendet, was die Relevanz dieses Materials für die Nachhaltigkeitsstrategien von OEMs unterstreicht.

Kleinere Oberflächen

Der Antriebsstrang eines europäischen Pkw enthält in der Regel rund 80 Kilogramm Aluminium, weshalb gerade diese Teile – Motor, Getriebe, Aufhängungsteile, Gehäuse – ein Bereich sind, in dem sich Massnahmen zur Gewichtsreduzierung anbieten. Auch in den Batterien selbst kann Aluminium eingesetzt werden. So empfiehlt die EU-China Energy Cooperation Platform (ECECP) Aluminium-Luft-Batterien (AI-air) als «kostengünstige, leichte und leistungsstarke» Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion).

Batteriegehäuse aus Aluminium haben im Allgemeinen kleinere Oberflächen mit mehr Gewinden, Bohrungen und anderen Merkmalen. Ein weiterer wichtiger Bereich sind Batteriegehäuse für Lkw – insbesondere für grössere Modelle, die nicht in Ballungsräumen eingesetzt werden – mit einer Länge von bis zu zwei Metern.

Bei der Fertigung von Batteriegehäusen werden eine Reihe von Werkzeugen und Anwendungen, wie z. B. Fräsen oder Entgraten, eingesetzt. Selbst grös­sere Batteriegehäuse werden nicht mit grossen Werkzeugen bearbeitet, da sie kleinere Oberflächen mit mehr Details, Gewinden und Bohrungen aufweisen. Dies erfordert Eck- und Planfräser oder Reibahlen, mit denen die Teile in der geforderten Qualität und mit den geforderten Toleranzen hergestellt werden können.

Vibrationen beseitigen

Sandvik Coromant empfiehlt für die Bearbeitung der Batteriegehäuse den Einsatz seiner M5-Fräser für die Automobilindustrie, darunter den Planfräser M5F90, der für eine Bearbeitung ohne Grate, Kratzer oder Ausbrüche entwickelt wurde. Der Fräser ist für die Bearbeitung von dünnwandigen Aluminiumteilen konzipiert und dafür mit einem kleineren Fräskörper von 25 bis 80 mm Durchmesser ausgestattet. Er ist mit gelöteten PKD-Schneiden ausgestattet, erfordert keine Einstellung und garantiert einen ausgezeichneten Rundlauf. Dadurch ermöglicht der M5F90 hohe Vorschubgeschwindigkeiten ohne Vibrationen.

In einem konkreten Anwendungsfall wurde der neue Planfräser eingesetzt, um bei der Fertigung eines Aluminium-Batteriegehäuses die Oberflächen des neu gegossenen Aluminiumteils in einem Arbeitsgang gratfrei zu bearbeiten.

Die Abmessungen betrugen ca. 980 x 600 x 130 mm. Bei der Bearbeitung des Bauteils kamen insgesamt 48 Werkzeuge zum Einsatz, darunter Vollhartmetallbohrer und -fräser, HSS-Gewindebohrer, PKD-Reibahlen und -Fräser sowie der M5F90. Das Aluminiumteil wurde auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum bearbeitet, das mit einem Hochgeschwindigkeitswerkzeughalter HSK 63 ausgestattet war.

Gelötete PKD-Wendeschneidplatten

Die gelöteten PKD-Wendeschneidplatten des M5F90 haben sowohl radial als auch tangential abgestufte Schneidkanten. Diese Eigenschaft reduziert die Leistungsaufnahme und ermöglicht das Fräsen mit höheren Schnittgeschwindigkeiten, wodurch Gratbildung und Vibrationen während der Bearbeitung reduziert werden. Vor allem letztgenannter Vorteil trägt zu einer zuverlässigen Leistung mit verbesserter Werkzeugstandzeit bei und erhöht die Anzahl der gefertigten Bauteile.

Bei der Fertigung der Batteriegehäuse zeigte sich ein entscheidender Vorteil der M5F90. Durch das zeitsparende Schruppen und Schlichten in nur einer Aufspannung konnte das Bauteil in 20,3 Minuten bearbeitet werden. Mit dieser verbesserten Werkzeugperformance können OEMs verstärkt in die Produktion von Batteriesystemen einsteigen
und sich gleichzeitig vom Wettbewerb differenzieren. -böh- SMM

(ID:49413590)