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Sandvik: Werkzeuginnnovationen für die E-Mobilität

Sandvik: Materialauswahl und Werkzeuginnnovationen
Zerspanung von Aluminiumbauteilen für die E-Mobilität

Laut Weltverkehrsforum wird sich das weltweite Verkehrsaufkommen bis 2050 im Vergleich zu 2015 verdoppeln. Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels ist es deshalb notwendig, effizientere Fahrzeuge herzustellen, die mit umweltfreundlicheren Kraftstoffen betrieben werden. Eduardo Debone, Senior Manager für Automotive Offer Management bei Sandvik Coromant, erläutert, wie sowohl Materialauswahl als auch Werkzeuginnnovationen den Wechsel zu umweltfreundlicheren Fahrzeugen erleichtern.

Covid-19 hat zwar zu einem kurzfristigen Rückgang des Verkehrsaufkommens geführt, doch die Zahl der Fahrzeuge wird in den kommenden Jahrzehnten weiter zunehmen, da die Weltbevölkerung wächst und die Nachfrage steigt. Um diese zu befriedigen, müssen mehr Fahrzeuge hergestellt werden. Allerdings besteht die Herausforderung darin, diese umweltfreundlicher zu machen. Denn nach Berechnungen der Internationalen Energieagentur (IEA) verursacht der Verkehr bereits 24 Prozent der direkten CO2-Emissionen aus der Verbrennung von Kraftstoffen – und fast drei Viertel davon stammen von Straßenfahrzeugen.

Um die Verkehrsemissionen zu senken, hat die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC) Anfang 2021 ihren Climate Action Pathway für den Verkehrssektor veröffentlicht. Damit verfolgt die UNFCCC das Ziel, den Personen- und Güterverkehr bis 2050 durch Umstellung auf nachhaltigere Fahrzeugtechnologien vollständig zu entkarbonisieren. Eine wichtige Rolle spielen dabei sowohl emissionsfreie Transportmittel als auch eine Steigerung der Fahrzeugeffizienz.

Elektrofahrzeuge: Leichte Werkstoffe vergrößern die Reichweite

Zu den emissionsfreien Transportmitteln gehören auch Elektrofahrzeuge. Für Fatih Birol, Exekutivdirektor der IEA, „spielen sie eine unverzichtbare Rolle beim Erreichen von weltweiten Netto-Null-Emissionen“. Laut dem IEA Bericht Global EV Outlook 2021 waren Ende 2020 weltweit zehn Millionen Elektroautos auf den Straßen unterwegs. In diesem Jahr sind die Zulassungen bereits um 41 Prozent gestiegen. Und die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen wird noch weiter steigen, sobald die Reichweite der Fahrzeuge so groß ist, dass potenzielle Kunden nicht mehr befürchten müssen, unterwegs liegenzubleiben.

Für die Reichweite ist aber nicht nur die Batterie verantwortlich. Neben einer Optimierung der Ladeinfrastruktur und Verbesserungen bei der Akkukonstruktion muss jedes Element eines Fahrzeugs leichter werden. Denn ein Elektrofahrzeug mit einem geringeren Gewicht benötigt weniger Energie, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen – und erreicht somit eine größere Reichweite.

Bei der Gewichtsreduktion von Elektrofahrzeugen spielt Aluminium eine wichtige Rolle, denn es wiegt nur einen Bruchteil der herkömmlichen Werkstoffe Stahl oder Gusseisen. Aus Aluminium wird heute eine ganze Reihe von Fahrzeugteilen gefertigt: etwa das Chassis, die Innenverkleidung oder das Motor- und das Batteriegehäuse. Nach Angaben der Aluminium Transport Group (ATG) entspricht prozentual die durch den Einsatz von Aluminium erreichte Gewichtsreduktion eines Elektrofahrzeugs in etwa dem Reichweitengewinn: Wenn also das Fahrzeuggewicht um 20 Prozent reduziert wird, sollte das Fahrzeug mit der gleichen Ladung etwa 20 Prozent weiter fahren können.

Effiziente und sichere Aluminiumbearbeitung

Aluminiumbauteile haben allerdings einen Nachteil: Sie sind schwierig zu bearbeiten, da sie weicher sind als die meisten Metalle. Außerdem beträgt der Schmelzpunkt von Aluminium 660 Grad Celsius – bei rostfreiem Stahl hingegen liegt er bei 1.510 Grad Celsius. Aufgrund der niedrigeren Schmelztemperatur können sich bei der Aluminiumbearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten Späne ansammeln und am Werkzeug haften bleiben. Diese Späneansammlung kann das Werkzeug stumpf werden lassen, sodass es schwierig wird, das Werkstück zu bearbeiten. Darüber hinaus ist mit Problemen wie zeitaufwändigem Einrichten, ungleichmäßigem Werkzeugverschleiß, Gratbildung und minderwertiger Oberflächengüte zu rechnen. Und auch die notwendigerweise hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten sind ein Problem.

Glücklicherweise lassen sich diese Herausforderungen aber meistern: durch die Wahl eines Werkzeugs aus fortschrittlichen Materialien und mit optimiertem Design. Der Planfräser M5C90 aus der M5-Fräserserie von Sandvik Coromant wurde speziell für massive Aluminiumteile mit langen Fräsvorgängen sowie zum Schruppen und Schlichten von Zylinderköpfen/-blöcken und Elektrofahrzeugkomponenten entwickelt. In nur einem einzigen Arbeitsgang führt der M5C90 den gesamten Bearbeitungsprozess vom Schruppen bis zum Schlichten durch. In vielen Fällen erfolgt dies mit einer Schnitttiefe von bis zu vier Millimeter. Der M5C90 kann so die Standzeit um das Fünffache erhöhen und die Zykluszeit um bis zu 200 Prozent reduzieren.

Darüber hinaus verfügt die M5-Fräserserie über die Stufentechnologie, bei der die sehr verschleißfesten PKD-Schneiden spiralförmig und vertikal versetzt angeordnet sind – so können die Fräser sowohl axial als auch radial Material vom Werkstück abtragen. Des Weiteren ist der letzte Zahn mit einer Wiper-Geometrie versehen, um eine hochwertige, ebene Oberflächengüte zu gewährleisten. Die Wiper-Schneide verbleibt in einer festen Position, was zeitaufwändiges Einrichten überflüssig macht. Weitere Werkzeuge der M5-Baureihe sind der Planfräser M5B90 zum Feinschlichten und der Kombifräser M5F90 zum Schruppen und Schlichten in kleineren Dimensionen.

Fazit

Die Umstellung auf Elektrofahrzeuge trägt dazu bei, die Emissionen im Straßenverkehr nachhaltig zu senken. Dank des Einsatzes von Aluminiumkomponenten kommen Elektrofahrzeuge mit einer Batterieladung deutlich weiter. Dies ist vor dem Hintergrund, dass eine erhöhte Reichweite dazu beiträgt, die Akzeptanz für Elektroautos zu steigern, ein wichtiger Aspekt. Automobilhersteller, die für Aluminium optimierte Bearbeitungswerkzeuge auswählen, können qualitativ hochwertige Elektrofahrzeugkomponenten aus Aluminium herstellen und so den Übergang zu einem umweltfreundlicheren Verkehr unterstützen.

Sandvik Tooling Deutschland GmbH
www.sandvik.coromant.com


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