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In 2017, German machine tool manufacturer HELLER received an enquiry to design and offer the complete machining process for a newly designed stator housing, including machinery, tools, process, fixtures and all corresponding data. The end customer set a tight deadline for the work. The requirements on the component were highly demanding, and the tolerances very tight. “This special stator housing was a completely new part to everyone involved, including our customer,” recall Dietmar Stehle and Tobias Schur, who are responsible for fixtures and tools and for tool design, respectively, in this area at HELLER.

Already during the preparation of the quotation, HELLER involved MAPAL as the tool supplier. “When it came to implementing this project, Dietmar Stehle and Tobias Schur came to us very early on,” says Norbert Meier, responsible member of the sales force at MAPAL. With new parts in particular, making sure that all parts fit together well is of paramount importance, according to Stehle. Together, HELLER and MAPAL designed the complete process for the machining of the new component. One advantage was, having worked together for decades, the two companies were able to tackle the task as a well-coordinated team. They investigated the tool design that MAPAL had proposed and examined the process. “Working together, we found the ideal tool design for machining,” says Norbert Meier. They did so under enormous time pressure; as Stehle recalls, “For this job, we had to deliver the first prototypes very quickly indeed.” This was in spite of the fact that they were still putting the finishing touches on the casting process for the part.

Machining the main bore for the stator housing – the stator bore – proved to be the greatest challenge of the entire manufacturing process. The process-reliable and cost-effective finish-machining of deep bores with large diameters is one of MAPAL’s key competitive differentiators. The tool manufacturer with strong ties to the automotive industry gained this expertise through decades of experience in fields such as machining gear housings. “We took our expertise and applied it to the requirements for the stator housing,” explains Meier.

For the collaborative project, MAPAL opted for lightweight and yet extremely robust tools in welded design that are ideally suited for the machining of the thin-walled housing. Despite the long projection length and the large diameter of more than 250 mm, the tool is highly accurate.

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.

Wie für die Statorbohrung fanden die Experten von Maschinen- und Werkzeughersteller auch für alle anderen Bearbeitungen am neuen Statorgehäuse die entsprechende Lösung. „Dabei haben wir gemeinsam nicht nur nachgewiesen, dass die Komplettbearbeitung des Werkstücks in den vorgegebenen Toleranzen funktioniert, sondern auch, dass die Lösung eine prozesssichere Fertigung innerhalb der vorgegebenen Taktzeiten ermöglicht“ zeigt sich Dietmar Stehle zufrieden.

Beide Partner bestätigen, dass sie sich während des gemeinsamen Projekts nachhaltiges Know-how erarbeitet haben. Entstanden sind beispielsweise komplett neue Werkzeuglösungen, wie pendelgelagerte Werkzeuge, um die geforderten Lagetoleranzen durch eine notwendige Umschlagsbearbeitung des Bauteils zu erfüllen. In Summe legten die beiden Unternehmen den Prozess in der ersten Ausbaustufe perfekt für die Produktion aus – der Kunde fertigt heute fünfstellige Stückzahlen des Statorgehäuses in Serie.

HELLER, 1894 in Nürtingen gegründet, entwickelt und produziert mit 2.580 Mitarbeitern weltweit Werkzeugmaschinen und Fertigungssysteme für die spanende Bearbeitung. Das Produktprogramm umfasst 4- und 5-achsige Bearbeitungszentren, Fräs-Dreh-Zentren, Maschinen für die Kurbel- und Nockenwellenbearbeitung und flexible Fertigungssysteme sowie ein modulares Dienstleistungsangebot.