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Elektromobilität: 9 Herausforderungen bei der Zerspanung

Lange hat es gedauert, doch jetzt ist er, fast von heute auf morgen, da: der Umschwung in der Automobilbranche. Die Elektrifizierung der Mobilität ist beschlossen und nun gilt es sofort zu liefern. Das stellt viele produzierende Unternehmen vor gewaltigen Herausforderungen.  

Kurz zur Situation: Der Umstieg auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge wird stark forciert.  Zum einen von der nationalen Politik wie auch auf europäischer Ebene. Zum anderen verlangt der Markt immer stärker danach. Obwohl die Elektromobilität immer mehr akzeptiert wird, ist Deutschland im internationalen Wettbewerb nicht „auf und davon“. Die Herausforderungen zur Herstellung der Komponenten und Bauteile sind - bedingt durch die verwendeten Materialien sowie konstruktiv notwendige besonderen Vorgaben – als sehr hoch einzuschätzen.

Durch mein über Jahrzehnte gewachsenes Netzwerk und Kenntnis der Werkzeugmaschinen- und Werkzeugbranche, meine Erfahrungen als Projektleiter für Prozessoptimierung sowie meine Tätigkeit als Berater von Maschinenbauern und Metallverarbeitern begegneten mir immer wieder zahlreiche Herausforderungen, gerade in der Prototypen- und Vorserienphase, die ich in diesem Beitrag zusammengetragen habe:

  1. Aluminiumgussbauteile: Speziell bei der Verwendung von Aluminiumgussbauteilen sind deren Eigenschaften wie Oberflächenfestigkeit, Konturen, Aufmaße, Formtrennung usw. teilweise sehr unterschiedlich zur späteren Serienausführung.
  2. Dünnwandigkeit: Die häufig sehr dünnwandigen Bauteile stellen sehr hohe Anforderungen an die Spannkonzepte.
  3. Mehr Kommunikation: Die bereits in diesen Stadien geforderte seriennahe Auslegung der Zerspanungsprozesse sowie Werkzeuge bedürfen einer sehr engen Abstimmung zwischen Kunden, Maschinen- sowie Spannmittelherstellern, ausgewählten Werkzeugherstellern sowie den Fachleuten aus Prozessplanung, Programmierung und Mitarbeiter:innen an der jeweils geplanten Maschine.
  4. Auslegung von Sonderwerkzeugen: Besonders die Auslegung von seriennahen Sonderwerkzeugen bedarf großer Erfahrung und Kenntnis. Speziell in der Bearbeitung von sogenannten „Topfkonturen“ an den Motorgehäusen. Diese Bearbeitung ist bei diesen Projekten nicht selten der berühmte „Schlüssel zum Erfolg“.
  5. Werkzeugvibrationen: Eine der größten Herausforderungen sind Vibrationen, die im Zerspanungsprozess teilweise unvermittelt und völlig unkontrolliert auftreten. Die Bauteile „schwingen unvermittelt in sich“, Rattermarken und Maßabweichungen sind die Folgen. Geschulte Bediener:innen sind noch in der Lage, größeren Schaden an Bauteilen, Vorrichtungen, Werkzeugen und Maschine zu verhindern.
  6. Toleranzen: Die geforderten Toleranzen, besonders die Form- und Lagetoleranzen, sind oftmals sehr viel enger als im „normalen“ Maschinenbau.
  7. Randbedingungen: Gleichbleibend konstante Temperaturbedingen der Maschinen sowie Kühlschmierstoffe sind ebenso wichtige Grundvoraussetzungen wie die Kontrolle der Temperaturen an den Bauteilen durch die Zerspanungswerkzeuge. Die Auslegung von Schneidstoffen, Schneidengeometrien, Schneidkantenverrundungen, Schnittdaten (besonders von Vorschubwerten) sowie Bearbeitungsstrategien der jeweiligen Bearbeitung bedürfen der sorgfältigen Auswahl und Planung. „Das Rad nicht neu zu erfinden“, sondern auf Partner mit ausgewiesener Expertise und Erfahrung zu setzen, ist ein hilfreicher Baustein um ohne größere Umwege zum Ziel, sprich nachhaltig zu Gutteilen, zu kommen.
  8. Temperaturauswirkungen: Die oben genannten thermischen Einwirkungen der Zerspanungsprozesse auf Bauteilfeatures sind teilweise nur sehr schwer vorhersehbar und werden oft erst im Messprozess sichtbar. Die Mess- und Prüfprotokolle zeigen die Toleranz-Abweichungen der Bauteile. Es kann durchaus sein, dass z.B. eine Formabweichung an Merkmal „A“ (z.B. Rundheit) durch die Bearbeitung an Merkmal „B“ hervorgerufen wird. Erfahrene Messtechniker, Technologen, Programmierer und Maschinenbediener diskutieren mögliche Ursachen und beschließen – teilweise unkonventionelle - Gegenmaßnahmen.
  9. Maschinenprogrammierung: Diese oder ähnliche Abweichungen im NC-Programm bzw. Zerspanungsprozess zu korrigieren, ist „Sache von echten Profis an Ihrer Maschine.“ Sie wissen genau, was zu tun ist, um das gewünschte Ergebnis – Gutteile – prozesssicher und nachhaltig zu erreichen.

Große Herausforderungen motivieren

Die Werkzeugmaschinenbranche sowie Hersteller von Zerspanungswerkzeugen haben gemeinsam mit der Automobilindustrie sowie Fertigungsunternehmen technische Innovationen entwickelt. Für den Standort Deutschland war und ist dies ein wichtiger Schritt, um bei der Elektromobilität wieder „vorne dabei zu sein“.

Produktion und Fertigung passt sich an

Metallverarbeiter sollten sich daher schnellstmöglich über die neuen Möglichkeiten informieren. Da neben den technologischen Faktoren der Fokus auch immer auf der Durchlaufzeit sowie den Lean-Prinzipien, d.h. Null-Fehler, Fließen, Takten und Ziehen, liegt, werde ich als „Generalist mit Expertenwissen“ gerne gefragt, mit welchen Lösungsansätzen ich Projekte für die Elektromobilität „reibungsarm“ vom Anlauf bis zur Kundenabnahme verbessern kann.

Veränderung ist gut. Und es sind wie immer Menschen, die diese Herausforderungen erfolgreich meistern (müssen). Wir begleiten auch Sie und Ihr Fertigungsunternehmen in diesen sicher – noch - neuen, aber zukunftsträchtigen Markt.

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