Massivumformer müssen auf Elektromobilität reagieren

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Felss Group GmbH

Neuartiges Herstellungskonzept für Rotorwellen durch Massivumformung

Um bei Elektromotoren eine bessere Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit zu erreichen, hat Felss Systems ein neuartiges Herstellungskonzept für Rotorwellen realisiert. Das Produkt namens E4 Smartshaft ist modular aufgebaut, wie Dr. Michael Marré, Leiter Engineering & Innovation beim Maschinenbauer, auf dem Kongress erläuterte. Das ermöglicht ein Baukastensystem für Elektromotoren.

Die modulare Rotorwelle besteht aus einem einheitlichen, in der Länge variablen Wellenelement für das Blechpaket und individuellen Endstücken für die Anbindung der Verbraucher oder die Integration von Sensoren. Diese Elemente werden separat produziert und durch eine verpresste Verzahnung gefügt. Um das Gewicht zu senken, basieren die Wellenelemente meist auf hohlen Strukturen.

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Unterstützt wird die Produktion durch das neuartige Verfahren Tube+ von Felss (wir berichteten). Es funktioniert gleichsam entgegengesetzt zum Rundkneten: Während bei Letzterem ein Rohr durch die Umformwerkzeuge in seinem Durchmesser reduziert wird, wird bei Tube+ das Rohrende durch Aufbringen axialer Kräfte angestaucht. Dieses angestauchte Ende wird dann entlang einer Dornachse geschoben. Damit lassen sich an der Außenseite des Rohres ohne Wärmezufuhr Materialanhäufungen dort erzeugen, wo aufgrund von Belastungen auch mehr Material benötigt wird. Das Ausgangsmaterial der Rohlinge spielt keine Rolle, die Rohre können geschweißt oder gezogen sein. Als Einzelverfahren kann Tube+ auch in mehrstufige Transferanlagen integriert werden.

Rotorwellen für Elektromotoren mit neuartigem Produktionsverfahren

Bei der Herstellung der Rotorwelle E4 Smartshaft wird ein unbearbeitetes Rohr zunächst mittels Tube+ lokal aufgedickt, dann wird die gewünschte Bauteilgeometrie durch Rundkneten erzeugt. Durch Einziehen und Axialformen wird dann im Bereich der Aufdickung die Fügestelle, also die Abbildung der Verzahnung, hergestellt. Erst im letzten Schritt kommt ein spanendes Verfahren zum Einsatz: Durch Drehen wird der Lagersitz der Mittelwelle bereitgestellt.

Die Endstücke können auf Basis von Schmiedeteilen, Fließpressrohlingen oder Drehteilen hergestellt werden – zahlreiche Varianten sind möglich. Zum Fügen werden sie als Rohling oder fertiges Bauteil mittels Axialformen verzahnt.

Da sich mit dieser Art der Herstellung von Rotorwellen für Elektromotoren viel Material einsparen lässt, ergibt sich ein doppelter Nutzen für die Umwelt. Zum einen fällt durch die Produktion mit umformenden statt mit zerspanenden Verfahren nur wenig Schrott an, zum anderen wird die bewegte Masse in den Elektromotoren durch die Hohlwellen deutlich reduziert, was den Energiebedarf für den Antrieb senkt. Im Vergleich zu einer Vollwelle konnte Felss bis zu 58 % Gewichtseinsparung erreichen.

Über Schmiedeteile im Automobil der Zukunft sprach Dr. Michael Muckelbauer, Leiter Innovationsmanagement bei der Bharat Forge Global Holding in Ennepetal. Das Schmiedeunternehmen sieht sich durch die aktuellen Entwicklungen in Richtung Elektro- oder Hybridfahrzeuge unter Druck – beispielsweise machen Kurbelwellen ein Drittel der Produkte von Bharat Forge aus. „Bei der Elektromobilität gibt es überhaupt keine Kurbelwellen mehr, beim Hybridfahrzeug sind es nicht unbedingt geschmiedete“, beschrieb Muckelbauer die Situation des Schmiedeunternehmens.

Auch bei Teilen im Fahrwerk, ob aus Aluminium oder Stahl, spürt Bharat Forge den Wettbewerb von Guss- und Blechteilen. Um am Markt zu bleiben, setzt Bharat Forge teilweise auch auf andere Verfahren als das Schmieden.

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