Nachhaltige Fertigung von Elektrofahrzeugen mit VHM-Bohrern von Sandvik

Laut McKinsey verursacht die Produktion von Elektrofahrzeugen fast 80 Prozent mehr CO₂-Emissionen als die Herstellung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.

Laut McKinsey entstehen bei der Produktion eines Elektroautos fast 80 Prozent mehr Emissionen als bei der Herstellung eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, vor allem aufgrund der Batterie und des höheren Anteils an Aluminiumkomponenten. „Wenn sich die Stromversorgung weiterentwickelt und das Laden mit Ökostrom für eine größere Flotte von Elektrofahrzeugen machbar wird [...], werden Materialien und Produktion zu den wichtigsten Emissionsquellen im Lebenszyklus eines Fahrzeugs“, heißt es in dem Bericht.

Angesichts solcher Fakten stehen Erstausrüster (OEM) zunehmend in der Pflicht, einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Fertigung zu leisten – und die Werkzeugauswahl kann darauf einen erheblichen Einfluss nehmen. Die besondere Herausforderung liegt darin, sowohl die Nachhaltigkeitsforderungen als auch die ständig steigenden Anforderungen bei der Bearbeitung selbst zu berücksichtigen.

Laut der Studie Possibilities of Increasing the Electric Vehicle Range der slowakischen Universität Zilina haben Elektrofahrzeuge im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen eine deutlich geringere Reichweite: Energieeinsparung ist also das Gebot der Stunde. Ein Wettlauf um den Bau leichterer, effizienterer Elektrofahrzeuge und die Steigerung der Reichweite pro Ladung hat begonnen. Und dabei werden die Batterietechnologie, -langlebigkeit und -leistung für Automobilhersteller zu einem wichtigen Unterscheidungsmerkmal im Markt.

Einem weiteren Bericht von McKinsey zufolge verlagert sich die Batteriezellenproduktion in Richtung der Fahrzeugmontagewerke. Während vor zehn Jahren noch fast alle Zellen aus Asien importiert wurden, gibt es heute regionale Produktionszentren in Osteuropa. Und auch in Produktionsländern wie Deutschland, dem Vereinigten Königreich und Frankreich sowie in Ländern mit niedrigem Kohlendioxidausstoß wie Norwegen und Schweden werden mehrere Anlagen in Betrieb gehen.

Aluminium kommt sicherlich eine Schlüsselrolle zu, da die leichten und zugleich starken Bauteile aus diesem Werkstoff zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts und damit zu mehr Energieeffizienz beitragen. Aluminium ist nach ISO N (Nichteisenmetalle) eingestuft und hat im Vergleich zu Stahl schlechtere mechanische Eigenschaften. Die Bearbeitung von Aluminium-Komponenten ist herausfordernd, gelingt allerdings viel schneller als bei Stahl-Komponenten, was die Kosten pro Bauteil senkt. Zu berücksichtigen ist, dass Alu-Motorblöcke für Elektrofahrzeuge viele Löcher aufweisen, was Probleme hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Werkzeuge mit sich bringt. Angesichts solcher Herausforderungen sollten Automobilhersteller Werkzeuge einsetzen, mit denen Aluminium zuverlässig, sicher und zu geringen Kosten pro Bauteil bearbeitet werden kann – und zwar mit optimaler Qualität und Leistung.

Der Vollhartmetallbohrer CoroDrill® 865 von Sandvik Coromant kann zu einer nachhaltigeren Herstellung von Elektrofahrzeugen beitragen.

Präzise Bohrungen ohne Abweichungen

Ein brasilianisches Unternehmen, das Lösungen zur Gewichtsreduzierung für die weltweite Automobilindustrie entwickelt und herstellt, benötigte Unterstützung beim Tieflochbohren von Zylinderblöcken aus mittelfestem Aluminium 6082 (AISI CMC 30.21). Dabei traten Probleme mit dem Vollhartmetallbohrer auf, insbesondere hinsichtlich der Bohrungsausrichtung auf beiden Seiten des Zylinderblocks. Mit zusätzlichen, speziell kontrollierten Prozessen samt Flutkühlung versuchte das Unternehmen die Bohrabweichungen zu minimieren. Dennoch passten die Bohrungen nicht und es wurden nach wie vor zu viele Ausschussteile produziert.

Als Lösung empfahl Sandvik Coromant den CoroDrill® 865: Der für Gusseisen, Stahl und Aluminium optimierte Vollhartmetallbohrer verfügt über eine innovative Geometrie, die eine höhere Produktivität und eine stabile Herstellung von tiefen Bohrungen bis zum 30-fachen des Bohrerdurchmessers ermöglicht. Zudem sorgen die Geometrie und das Nutenprofil des Bohrers für eine verbesserte Spanbildung und -abfuhr – beides sind eine wichtige Voraussetzungen für eine stabile, dauerhafte, gleichmäßige und produktive Bohrbearbeitung.

In Leistungstests wurde der CoroDrill 865 mit dem Vollhartmetallbohrer eines Wettbewerbers verglichen. Bei der Bearbeitung eines Verbrennungsmotorblocks aus Aluminium wurde jede Bohrung in zwei Schritten hergestellt: Zunächst wurde die Bohrung bis zur Hälfte von der einen Seite des Bauteils bearbeitet, anschließend um 180 Grad gedreht und von der anderen Seite die zweite Hälfte der Bohrung vorgenommen.

Jeder Bohrer wurde auf einer Heller Drehmaschine HMC 2000, die für die Bearbeitung großer Werkstückgeometrien ausgelegt ist, mit identischen Schnittparametern betrieben. Dies waren eine Spindeldrehzahl (n) von 6.891 U/min, eine Schnittgeschwindigkeit (vc) von 150 m/min, eine Vorschubgeschwindigkeit (fn) von 0,28 mm/U und eine Bearbeitungszeit von 0,073 Minuten für jede Seite des Zylinderblocks.

Dieser Test wurde fünfmal durchgeführt – und jedes Mal zeigte der CoroDrill 865 eine deutlich bessere Leistung. Während das Werkzeug des Wettbewerbers nur maximal 1.200 Bauteile pro Schneide und somit 2.400 Bohrungen schaffte, produzierte der Vollhartmetallbohrer von Sandvik Coromant 1.500 Bauteile pro Schneide bzw. 3.000 Bohrungen. Dabei wies er nicht nur eine um 25 Prozent höhere Standzeit auf, sondern zeigte auch keinerlei Bohrabweichungen und löste dadurch das Hauptproblem des Kunden.

Eine verbesserte Werkzeugstandzeit und ein geringerer Verschleiß sind für Qualität und Unversehrtheit der gefertigten Teile sowie für die Minimierung des Materialverschwendung von großer Bedeutung. Und die mit dem CorDrill 865 erzielten Ergebnisse belegen, dass der Vollhartmetallbohrer einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigeren Fertigung leisten kann.

Mit wiederaufbereiteten Werkzeugen nachhaltiger fertigen

Nicht nur die Werkzeugleistung, auch das Werkzeug selbst kann zu einer nachhaltigeren Fertigung beitragen. So ist die Nachfrage nach wiederaufbereiteten Zerspanungswerkzeugen, die wieder auf ein optimales Leistungs- und Qualitätsniveau gebracht wurden, zuletzt deutlich gestiegen. Inzwischen arbeiten einige der größten Automobilhersteller nur dann mit Zulieferern zusammen, wenn diese wiederaufbereitete Werkzeuge einsetzen.

Aber wie schneiden diese wiederaufbereiteten Werkzeuge im Vergleich zu neuen Werkzeugen ab? Auch das wurde bei dem brasilianischen Unternehmen getestet. Nach dem ersten Einsatz wurden die CoroDrill 865-Bohrer in einem der elf weltweiten Sandvik Coromant-Wiederaufbereitungszentren wieder aufbereitet. Dabei werden verschlissene Vollhartmetallbohrer und -fräser wieder in ihre ursprüngliche Qualität zurückversetzt und so ihr gesamter Lebenszyklus deutlich verlängert. Folglich kann mithilfe der Wiederaufbereitung der Nutzungsgrad von Rohmaterialien in der Fertigung erhöht und gleichzeitig die Kosten für Zerspanungswerkzeuge gesenkt werden.

In weiteren Test zeigten die wiederaufbereiteten CoroDrill 865-Bohrer die gleiche Leistung wie neue Werkzeuge: 1.500 Bauteile pro Schneide, 3.000 Bohrungen und eine um 25 Prozent verbesserte Standzeit. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass fortschrittliche und wiederaufbereitete Werkzeuglösungen entscheidend dazu beitragen können, auch bei der Fertigung von Elektrofahrzeugen Nachhaltigkeit und Produktivität maßgeblich zu steigern.