Walter entwickelt Zerspanungskonzept für Schaefflers Free Drive

Das sehr dünnwandige Antrieb-Gehäuse erschwert die Bearbeitung und erfordert eine sorgfältige Werkzeugauslegung. (Bild: Schaeffler, Frank Eppler)

Die innovative Technologie hätte ohne das Knowhow und das Engagement des Zerspanungsspezialisten Walter nicht so schnell in Serie gehen können. Die Experten aus Tübingen haben für die Produktion bei Schaeffler in Sasbach die Werkzeugauslegung erarbeitet und auf den Maschinen umgesetzt.

Mit dem innovativen, kettenlosen Antrieb Free Drive positioniert sich das eigentlich als Automobilzulieferer bekannte Unternehmen Schaeffler im E-Bike-Sektor. (Bild: Schaeffler, Daniel Karmann)

Ade Fahrradkette

In Deutschland scheint Elektromobilität gerade ein Imageproblem zu haben: Verkaufszahlen der deutschen Hersteller entwickeln sich nicht wie erhofft. Eine Variante der E-Mobilität, die sich bereits breit durchgesetzt und viele weitere Einsatzbereiche erschlossen hat, gerät so schnell aus dem Blick: E-Bikes. Fahrräder mit Elektroantrieb sind nicht nur als Freizeitgefährt beliebt, gerade in Städten avancieren sie immer mehr zu einer wichtigen Mobilitätsart. In Form von Lasten- und Transporträdern übernehmen sie zum Teil schon heute Aufgaben von Kleintransportern. Unternehmen aus ganz unterschiedlichen Branchen experimentieren damit, E-Bikes in ihre Fahrzeugflotte zu integrieren oder ihren Mitarbeitenden zur Verfügung zu stellen. Elektromobilität per Fahrrad ist inzwischen ein wichtiger Baustein bei der Reduktion des eigenen CO₂-Ausstoßes.

So ist es nicht verwunderlich, dass sich auch Schaeffler in der Entwicklung und Produktion für innovative Antriebslösungen für E-Bikes engagiert. Schaeffler hat für sein kettenloses Antriebssystem Free Drive den innovativen Pedalgenerator entwickelt und zur Serienreife geführt. Er ist das Herzstück von Free Drive, der aus Pedalgenerator, Antriebsmotor, kundenspezifischen Batterielösungen und einem Human-Machine-Interface (HMI) besteht. Der Pedalgenerator erzeugt beim Treten einen gleichmäßigen Widerstand und liefert die Energie für einen Elektromotor am Hinterrad. Die Vorteile: Beim Treten wird deutlich weniger Muskelkraft benötigt als bei klassischen Kettenantrieben – ein wesentlicher Vorteil gerade bei den langen Liefertouren mit Cargo-Bikes. Überschüssige Energie wird im Akku gespeichert und bei Bedarf für den Antrieb genutzt. Insgesamt liefert der Free Drive eine Antriebsleistung von 250 Watt. Durch das Wegfallen von Verschleißteilen wie Kette, Zahnkränze, Ritzel oder Riemen, erfordert das System außerdem wenig Wartungsaufwand– ideal für das Betreiben von Lastenradflotten.

Mit dem Free Drive werden Verschleißteile wie Kette, Zahnkränze, Ritzel oder Riemen nicht mehr benötigt. (Bild: Schaeffler, Daniel Karmann)

Herausforderung Bauteilqualität und Wirtschaftlichkeit

Nicht nur die Entwicklung des Pedalgenerators ist eine technische Meisterleistung: Die Überführung der ursprünglichen Konstruktion des Bauteils in einen Aufbau, der sich wirtschaftlich und prozesssicher bei Schaeffler Automotive im Werk Sasbach zerspanen lässt, war der nächste Schritt. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Gehäuse. Es wird aus einer Aluminiumlegierung aus dem Vollen gefräst. Die Herausforderungen dabei sind vielfältig: So müssen am Boden des 85 Millimeter tiefen Gehäuses auch noch Stege und Kehlungen ausgefräst werden. Das Gehäuse ist außerdem sehr dünnwandig, was das Einhalten der strengen Rundheit-Toleranzen bei der Bearbeitung erschwert.

Das Zerspanen von Aluminium-Bauteilen ist für das Team von Schaeffler in Sasbach nichts neues, dass es sich dabei um Bauteile für ein E-Bike handelt, dagegen schon. Die 330 Mitarbeitenden im Werk am Rande des Schwarzwalds arbeiten in der Regel an Komponenten für Verbrenner- oder E-Automobile, darunter Dämpfer, E-Achsen, Drehmomentwandler und Doppelkupplungen. Täglich werden so etwa 150 Tonnen Rohmaterial in 100.000 Einzelstücke auf fast 90 Zerspanungsmaschinen verarbeitet.

Stefan Oberle, bei Schaeffler in Bühl und Sasbach Leiter Technologie Zerspanung, sagt: „Ein wichtiger Faktor, um den Free Drive-Pedalgenerator überhaupt in Serie zu produzieren, war die Erstellung eines Zerspanungs- und Werkzeugkonzepts, mit dem wir innerhalb eines bestimmten Kostenrahmens bleiben. Bei Walter konnten wir uns sicher sein, dass wir denen den Job einfach übergeben können und ein richtig gutes Ergebnis bekommen.“ Mathias Scherer von Walter betreut Schaeffler seit vielen Jahren. Er sagt: „Walter hat sehr viel Erfahrung mit Projekten im Bereich Aluminium-Bearbeitung für E-Mobilität, auch E-Bike Komponenten nehmen zu. Privat bin ich leidenschaftlicher E-Mountainbiker, deswegen bin ich besonders stolz darauf, dass uns Schaeffler mit dem Auftrag betraut hat. Hier konnten wir unsere ganze Erfahrung ausspielen – und unser breites Portfolio an Werkzeugen und Services.“

25 Zerspanungswerkzeuge im Einsatz

Im aktuellen Setup für die Bearbeitung des Gehäuses und des Deckels für den Generator sind insgesamt 25 Zerspanungswerkzeuge im Einsatz, darunter der MD266, ein Vollhartmetall-Eck- bzw. Nutfräser. Die Auslegung ist das Ergebnis der engen Zusammenarbeit zwischen Walter und Schaeffler. Michael Benz, Anwendungstechniker bei Walter, hat das Projekt von Anfang an begleitet: „Das Grundgerüst für die Werkzeugauslegung stand recht schnell. Aber was wirklich gut funktioniert, sieht man ja immer erst auf der Maschine. Bei Walter können wir fürs Optimieren eines Prozesses auf ein sehr differenziertes Werkzeug-Portfolio zurückgreifen. Den entscheidenden Unterschied macht aber oft, dass wir hier im Walter Außendienst alle selbst Erfahrung in der Zerspanung haben.“

Hier sieht auch Stefan Oberle eine Stärke von Walter: „Wir arbeiten mit sehr vielen Werkzeug-Herstellern zusammen. Die fachliche Kompetenz, vor allem auch die praktische Erfahrung in der Zerspanung merkt man beim Walter Team sofort. Die arbeiten sehr Hands-on mit uns zusammen. Das ist bei komplexen Projekten immer ein Pluspunkt, gerade wenn es auch sehr stark um die Bearbeitungsstrategie geht.“