29.07.2025

Serienreife Lösung für die Statorbearbeitung

NILES-SIMMONS und MAPAL setzen neue Standards

Der vom Chemnitzer Werkzeugmaschinenhersteller NILES-SIMMONS und Werkzeughersteller MAPAL entwickelte Prozess zur Komplettbearbeitung von Statorgehäusen für Elektromotoren in Fahrzeugen ist in der Serienfertigung angekommen.

Daniel Pilz, André Ranke und Thomas Lötzsch zeigen Musterbauteil, Feinbohrwerkzeug und Kundenbauteil
  • Daniel Pilz, André Ranke und Thomas Lötzsch zeigen Musterbauteil, Feinbohrwerkzeug und Kundenbauteil
  • Bild vom Werkstück in der Drehmaschine
  • Das Bild zeigt das Vorschruppen der Innendurchmesser beim Bauteil
  • Zweiter Bearbeitungsschritt für das Bauteil
  • Blick auf die besonderen Dimensionen in der Bearbeitung des Werkstücks
  • Einstellung der Spindel nach einer 180 Grad-Drehung
  • Die Bearbeitung von Statorgehäusen erfolgt bei NILES-SIMMONS gemeinsam mit MAPAL.
  • Die Komplettbearbeitung erfolgt über die Drehmaschine RASOMA DZS 400-2
  • Das Bild zeigt das Entwicklungsteam von LTH Castings

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.

Bild vom Werkstück in der Drehmaschine
Das Werkstück wird in der Pick-Up-Drehmaschine nacheinander an die verschiedenen Bearbeitungsstationen gebracht.  ©MAPAL

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.

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. Die Maschine lässt sich leicht in eine bestehende Produktionsumgebung integrieren, wozu auch das relativ kompakte Aufstellmaß von 7,50 x 2,60 m beiträgt. 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.

Zweiter Bearbeitungsschritt für das Bauteil
Für den zweiten Bearbeitungsschritt wird das dünnwandige Bauteil in den Spalt zwischen Innen- und Außenwerkzeug gefahren.   ©MAPAL

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.

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 ist 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 ergibt sich die Schnittgeschwindigkeit an den inneren Schneiden.

Das Bild zeigt das Vorschruppen der Innendurchmesser beim Bauteil
Erster Bearbeitungsschritt ist das Vorschruppen der verschiedenen Innendurchmesser des Bauteils. Dabei steht das Werkzeug still und nur das Werkstück dreht sich.  ©MAPAL

Das glockenförmige Außenwerkzeug steht still. Zur Bearbeitung wird das Bauteil in den Spalt zwischen Innen- und Außenwerkzeug gefahren. Dieses patentierte Verfahren reduziert auftretende Kräfte am Spannmittel. Um die dünnwandigen Bauteile präzise zu bearbeiten, kann 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.

Bei der Fertigbearbeitung ist nur das Feinbohrwerkzeug angetrieben, während das Bauteil stillsteht. Damit wird verhindert, dass durch nicht rotationssymmetrische Werkstückformen Unwuchten im Material entstehen und sich negativ auswirken. Danach wird das Werkstück in der Maschine umgespannt und jener äußere Bereich bearbeitet, der zuvor im Flanschbereich gespannt war. Die Umspannstation kann dabei noch für einen weiteren Zweck genutzt werden: Das Werkstück wird hier vor dem Feinbohren zum Entspannen des Materials abgelegt. Die Maschine weist zusätzlich zwei Werkzeugrevolver für angetriebene Werkzeuge auf, die nach Bauteilanforderung weitere Bearbeitungen ausführen.

Daniel Pilz, André Ranke und Thomas Lötzsch zeigen Musterbauteil, Feinbohrwerkzeug und Kundenbauteil
Haben die neue Technologie zur Serienreife gebracht (v.l): Daniel Pilz (Project Leader NSH TECHNOLOGY) mit dem Musterbauteil von MAPAL, André Ranke (Gebietsverkaufsleiter MAPAL) mit einem Feinbohrwerkzeug und Thomas Lötzsch (Sales Manager bei NSH TECHNOLOGY) mit einem Kundenbauteil.  ©MAPAL

Schneller und stabiler als erwartet

„Unter dem Strich kombiniert die RASOMA DZS 400-2 das Beste aus zwei Welten, nämlich die Geschwindigkeit des Drehens für die Vorbearbeitung der Innen- und Außenkontur mit der Genauigkeit des Feinbohrens für das Schlichten der Innenkontur“, kommentiert Daniel Pilz, Project Leader von NSH TECHNOLOGY. Der Werkzeugmaschinenhersteller und MAPAL haben ihre jeweiligen Kernkompetenzen in diese Komplettlösung eingebracht. Mit der Serialisierung von Maschine, Werkzeugtechnologie und Prozess wurden die guten Ergebnisse des Prototyps noch weiter verbessert. Die erreichte Prozessstabilität übertraf die Erwartungen sogar, daher konnte die angepeilte Schnittgeschwindigkeit von 700 m/min noch weiter erhöht werden. „Die Erfahrungen, die NILES-SIMMONS aus der Technologievielfalt mitbringt, wirken sich bei dieser Aluminiumbearbeitung positiv auf die Gesamtstabilität von Werkzeugtechnologie und Maschine aus“, erklärt Michael Kucher, Component Manager E-Mobility bei MAPAL.

Die RASOMA DZS 400-2 erreicht eine wesentlich kürzere Span-zu-Span-Zeit als ein Fräsbearbeitungszentrum. Das erklärt sich daraus, dass alle Werkzeuge bereits im Arbeitsraum sind und nur durch Schwenkbewegung der Revolverscheibe in Arbeitsposition gebracht werden. Damit entfallen sämtliche Werkzeugwechsel, was die Nebenzeiten entscheidend reduziert. Mit der beschriebenen Technologie wurde bereits in den Studien eine Taktzeitreduzierung gegenüber der Standarddrehbearbeitung von 50 Prozent erwartet. Die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeiten auf 1.000 m/min unter Einsatz der optimal geeigneten Schneidstoffe und die Optimierung der Nebenzeiten resultierte in einem Zeitgewinn von weiteren 20 Prozent.

Blick auf die besonderen Dimensionen in der Bearbeitung des Werkstücks
Durch die Differenz der Werkzeugdrehzahl zur Werkstückdrehzahl ergibt sich die Schnittgeschwindigkeit an den inneren Schneiden. Das glockenförmige Außenwerkzeug steht still.  ©MAPAL
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.
Einstellung der Spindel nach einer 180 Grad-Drehung
An der Umspannstation wird das Werkstück um 180 Grad gedreht und für das Spannen der Spindel bereitgestellt.  ©MAPAL

Like most automotive suppliers, LTH Castings manufactures components for various vehicle models. The flexibility of the RASOMA DZS 400-2, in which only clamping devices and tools need to be re-tooled, is useful for the production of stator housings. “With a single system and using the new process, an optimum solution, manufacturer-specific in quantity and quality, was developed and brought to series production maturity”, says André Ranke. Stator housing production is therefore possible up to a diameter of 500 mm and a component length of 500 mm.

“Every kind of housing we’ve seen can be manufactured on the RASOMA DZS 400-2 – and we’ve seen plenty of them”, says Thomas Lötzsch. The project team also got a surprise when a major car manufacturer’s housing design required an indentation on the inside of the component. The sample component from MAPAL, specially designed and produced for the process design, did not present this challenge. Yet MAPAL very quickly had a joint solution ready with the NSH Group specialists: Instead of the tried-and-tested fine boring tool, an ultra-precise actuating tool with four slides from the MAPAL product portfolio was used to create the desired inner contour. On the machine side, a connection designed in coordination with MAPAL was ready in a few days. It already achieved series production maturity during the ongoing order. As their development structure is now tightly networked, the two companies are able to react quickly to newly developed contours.

The machining of stator housings is carried out at NILES-SIMMONS in cooperation with MAPAL.
Once the component has been turned, while OP 20 is being performed at the second spindle, OP 10 for the next stator housing can begin at the first spindle.  ©MAPAL

New benchmark for low costs per part

The RASOMA DZS 400-2 with the tool technology from MAPAL has become established in series production and solves quality issues that occur on conventional turning and milling machines and horizontal transfer lines. Thomas Lötzsch tells of cases in which the required shape and position tolerances were not achieved with reliable processes and scrap was produced instead – up to 50%. Where the quality was right, cycle times left much to be desired and resulted in higher workpiece costs. An established process for manufacturing components was lacking.
The image shows the development team of LTH Castings
Partners in development and users of the serial process, the LTH Castings team: from left Blaž Peternel (technology specialist), Janez Jelovčan (head of machining technology, Škofja Loka), Nejc Kapus (factory manager, Škofja Loka), Tatjana Cankar Mencinger (project leader), Tilen Štremfelj (head of project management), Dr. Primož Ogrinec (CTO).  ©LTH Castings

As competition on price is tough among automotive suppliers, when the RASOMA DZS 400-2 was being developed, the focus was on keeping unit costs as low as possible from the outset. This goal was achieved with a combination of high machine availability, short cycle times, machined component quality and production with reliable processes. Current calculations indicate that machining, including tool costs, can achieve economical costs per part as a result.

The complete machining is carried out using the RASOMA DZS 400-2 turning machine.
At RASOMA, the next DZS 400-2 is currently being built. The pick-up area is on the left, the drop-down on the right. Various machining stations are set up between them.  ©MAPAL

Portrait Ostertag-Mathias

Contact

Mathias Ostertag Public Relations mathias.ostertag@mapal.com Phone: +49 7361 585 3566


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