Mobilität im Wandel

Der Maschinenhersteller HELLER mit Sitz im baden-württembergischen Nürtingen erhielt im Jahr 2017 die Anfrage eines OEM, den kompletten Bearbeitungsprozess für ein neu konstruiertes Statorgehäuse. Dieser Auftrag beinhaltet die notwendigen Maschinen, Werkzeuge, Prozesse, Vorrichtungen und allen korrespondierenden Daten – auszulegen und anzubieten. Der Endkunde gab ein enges Zeitfenster vor. Die Anforderungen an das Bauteil waren sehr hoch, die Toleranzen sehr knapp bemessen. „Für alle Beteiligten, auch für unseren Kunden, war dieses spezielle Statorgehäuse ein völlig neues Bauteil“, erinnern sich Dietmar Stehle und Tobias Schur, die bei HELLER in diesem Bereich für Vorrichtungen und Werkzeuge beziehungsweise für die Werkzeugkonstruktion verantwortlich sind.

Bereits bei der Angebotserstellung holte sich HELLER deshalb MAPAL als Werkzeugspezialisten mit ins Boot. „Als es an die Umsetzung dieses Projekts ging, sind Dietmar Stehle und Tobias Schur zu einem sehr frühen Zeitpunkt auf uns zugekommen“ erinnert sich Norbert Meier, zuständiger MAPAL Außendienstmitarbeiter. Gerade bei neuen Bauteilen sei es ungemein wichtig, dass sich alle Beteiligten eng abstimmen, konkretisiert Stehle. Und so legten HELLER und MAPAL gemeinsam den kompletten Prozess für dieses neue Bauteil eines Elektromotors aus. Ein Vorteil dabei war die bereits jahrzehntelange Zusammenarbeit der beiden Unternehmen – ein eingespieltes Team ging ans Werk. 
Gemeinsam wurde die vorgeschlagene Werkzeugauslegung von MAPAL untersucht, der Prozess geprüft. „Wir haben zusammen das optimale Werkzeugkonzept für die Bearbeitung gefunden“, freut sich Norbert Meier. Und das unter immensem Zeitdruck: „Wir mussten in diesem Fall sehr schnell die ersten Prototypen liefern“, sagt Dietmar Stehle. Und das, obwohl parallel noch am Gießverfahren für das Bauteil gefeilt wurde.

Die Bearbeitung der Hauptbohrung des Statorgehäuses – die Statorbohrung – kristallisierte sich als Knackpunkt der gesamten Fertigung heraus. Ein Bereich, in dem MAPAL ein Alleinstellungsmerkmal hat – die prozesssichere und wirtschaftliche Feinbearbeitung von tiefen Bohrungen mit großen Durchmessern. Der Werkzeughersteller, der eng mit der Automobilbranche verbunden ist, hat diese Kompetenz durch jahrzehntelange Erfahrung, unter anderem bei der Bearbeitung von Getriebegehäusen, gesammelt. „Wir haben unser Know-how auf die Anforderungen, die die Statorbohrung stellt, übertragen“, betont Meier.

Für das gemeinsame Projekt setzt MAPAL auf die gewichtsarmen und trotzdem überaus stabilen Werkzeuge als Schweißkonstruktion, die bestens geeignet sind, um das dünnwandige Gehäuse zu bearbeiten. Trotz langer Auskraglängen und großem Durchmesser von über 250 mm funktioniert das Werkzeug hochgenau.

Bei den „Schweißkonstruktionen“ dient eine Rohrkonstruktion als Grundkörper. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Bohrstange wiegen die Werkzeuge nur die Hälfte. Die Träger der Schneiden und der Führungsleisten sind angeschweißt und stützen sich durch Verbindungsstege gegenseitig ab. Das minimiert die Gefahr des Ratterns. Zudem ist die Abstützung bei Schnittunterbrechungen gewährleistet. Das Biegewiderstandsmoment ist durch die Rohrkonstruktion und die Stabilisierungsrippen sehr gut.

„Wir haben die Bearbeitung der Hauptbohrung in drei Schritte unterteilt – Vorbearbeitung, Semi-Finishbearbeitung und Fertigbearbeitung“, erläutert Norbert Meier. Auf wenige µm genau wird die Hauptbohrung im letzten Schritt mit dem Feinbohrwerkzeug als Schweißkonstruktion bearbeitet. „Um höchste Genauigkeit zu erreichen, sind die PKD-bestückten Schneidplatten feinjustierbar“, sagt Meier. Für die optimale Abstützung in der Bohrung ist das Werkzeug mit Führungsleisten ausgestattet.

As for the stator bore, the machine and the tool manufacturers’ experts found appropriate solutions for all other machining operations. “Together, we demonstrated not only that completely machining the workpiece within the specified tolerances worked well, but also that the solution we found allows reliable manufacturing within the cycle times required,” says Dietmar Stehle with satisfaction. Apart from proving that the complete machining of the workpiece could be done within the specified tolerances, the partners were able to demonstrate that their joint solution enables process-capable manufacturing within the predefined cycle times.

Both HELLER and MAPAL gained sustainable know-how during the joint project, resulting in entirely new tool solutions, including self-aligning tools, allowing to achieve the required positional tolerances resulting from the necessary flip-over machining of the component. As a result, both companies succeeded in designing the perfect production process in the first expansion stage. Today, the customer manufactures a 5-digit production volume of the stator housing.

HELLER, established in Nürtingen in 1894, develops and produces machine tools and manufacturing systems for machining and employs 2,580 people. Its products include four- and five-axis machining centres, turning/milling centres, machinery for crankshaft and camshaft machining and flexible manufacturing systems, as well as a range of modular services.