Das schnelle Wachstum der Elektromobilität bringt neue Herausforderungen in der Zerspanung mit sich, insbesondere bei großen Statorbohrungen in Gehäusen von Elektromotoren. Diese Komponenten werden typischerweise auf kompakten CNC-Bearbeitungszentren mit begrenzter Leistung gefertigt, bei denen konventionelle schwere Werkzeuge die Maschinenleistung, die Handhabung und die Produktivität beeinträchtigen.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, entwickelte Kennametal ein leichtes Statorbohrwerkzeug, das speziell für das Präzisionsbohren von Aluminium-Motorgehäusen ausgelegt ist. Das Werkzeug erreicht die erforderliche Maßgenauigkeit, Rundheit und Oberflächenqualität und reduziert gleichzeitig das Gewicht des Werkzeugs erheblich. Dadurch wird eine einfachere Handhabung und eine höhere Bearbeitungseffizienz in der Produktion von Elektrofahrzeugen ermöglicht.
Bildquelle: Canadian Metalworking. (Kennametal wird als aktuelles Branchenbeispiel genannt. TGM steht in keiner geschäftlichen oder organisatorischen Verbindung zu Kennametal.)
Die Technologie
Das leichte Statorbohrwerkzeug kombiniert die metallische additive Fertigung mit modernen Methoden des Engineering- und Konstruktionsdesigns. Das Werkzeug wird mittels Metall-Pulverbettfusion hergestellt und verfügt über optimierte interne Geometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht realisierbar wären.
Zur Optimierung der strukturellen Auslegung wurde eine Finite-Elemente-Analyse (FEA) eingesetzt. Dabei wurde die Masse des Werkzeugs näher an die Spindel verlagert, um das Massenträgheitsmoment zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Steifigkeit beizubehalten.
Das Design integriert außerdem interne Kühlkanäle, präzise einstellbare RIQ-Reibahlen-Einsätze sowie einen KM4X-Adapter. Dadurch werden eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit, eine längere Werkzeuglebensdauer und eine verbesserte Prozessstabilität gewährleistet.
Eine weitere Variante ersetzt das Metallrohr durch ein Carbonfaserrohr und zeigt damit das Potenzial hybrider Materiallösungen für eine noch größere Gewichtsreduzierung.
Der Leichtbau-Aspekt
Aus Sicht des Leichtbaus zeigt das Statorbohrwerkzeug eindrucksvoll, wie durch strukturelle Optimierung Gewicht reduziert werden kann, ohne die funktionale Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Das konventionell gefertigte Werkzeug wog mehr als 25 kg, während die 3D-gedruckte Version nur 10,7 kg wiegt. Die Carbonfaser-Hybridversion reduziert das Gewicht sogar auf 9,5 kg. Dies entspricht einer Gewichtsreduzierung von mehr als 50 %.
Erreicht wurde dies durch eine belastungsorientierte Materialverteilung auf Basis von Topologieoptimierungsprinzipien, die Entfernung nicht tragender Materialbereiche sowie die funktionale Integration von Kühlkanälen direkt in die additiv gefertigte Struktur.
Neben einer verbesserten Ergonomie für die Bediener reduziert die geringere Masse auch das Massenträgheitsmoment und damit die Spindelbelastung. Gleichzeitig werden die dynamischen Eigenschaften der Maschine verbessert und eine effiziente Bearbeitung auf Maschinen mit geringerer Leistung ermöglicht.
Das Beispiel zeigt eindrucksvoll, wie additive Fertigung und moderne Leichtbauprinzipien industrielle Werkzeuglösungen für die nächste Generation der Elektromobilität grundlegend verändern können.
Vollständigen Artikel hier lesen: https://www.canadianmetalworking.com/canadianmetalworking/news/cuttingtools/kennametal-develops-3d-printed-lightweight-stator-bore-tool
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