Kombiniertes Bohren & Fasen schafft Sicherheit

Bei Kurbelwellen im Einsatz spielt das Gewicht eine entscheidende Rolle. Die Verwendung schwerer Materialien wie Stahl oder Gusseisen wirkt sich direkt auf das Gesamtgewicht der Kurbelwelle und damit auf die bewegte Masse im Motor aus. Dies hat Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch und die Einhaltung geltender CO₂-Vorgaben.

Aus diesem Grund streben viele Motorenhersteller eine Gewichtsersparnis an. Eine häufig eingesetzte Massnahme ist die zentrale Erleichterungsbohrung, die sich über die gesamte Länge der Kurbelwelle erstreckt.

Aufgrund der Form der Kurbelwelle tritt das Werkzeug bei dieser Bohrung wiederholt in das Material ein und wieder aus. Um die komplette Kurbelwelle in einem Durchgang bearbeiten zu können, sind Werkzeuge mit Längen von bis zu 800 mm erforderlich. Das Bauteil weist zudem aufgrund seiner Geometrie einen eingeschränkten Zugang zu den Bohrungskanten auf, was das anschliessende Entgraten zu einer grossen Herausforderung macht.

Automatisierte Werkzeuglösung für die Erleichterungsbohrung gesucht

Ein Kunde aus der Automobilbranche war auf der Suche nach einer idealen Lösung für die Erstellung und Entgratung der Erleichterungsbohrung in der Kurbelwelle, die aus kundenspezifischem Stahl mit zwei Härtebereichen besteht. Es galt, zwei verschiedene Kurbelwellentypen mit Bohrdurchmessern von 18 mm und 22 mm zu bearbeiten. Es braucht nicht nur eine exakte Bohrung, sondern auch eine Entgratung auf den zahlreichen vorder- und rückseitigen Bohrungskanten. Gefordert war eine zuverlässige Lösung, die in automatisierten Fertigungsumgebungen funktioniert. Bislang waren für das Bohren und beidseitige Entgraten zwei voneinander unabhängige Prozessschritte mit unterschiedlichen Werkzeugen notwendig. Da das Magazin voll belegt war, musste der Werkzeugwechsel zwischen Bohrer und Entgratwerkzeug bisher manuell erfolgen. Dies führte zu verlängerten Zykluszeiten und einem hohen Rüstaufwand.

Der Kunde suchte daher gezielt nach einer Möglichkeit, die das Bohren und das beidseitige Entgraten in einem einzigen Arbeitsgang vereint und sich problemlos in das bestehende Bohrkonzept einfügen lässt, ohne zusätzliche Werkzeugplätze zu beanspruchen oder grosse Investitionen in weitere Maschinen leisten zu müssen.

Zwei Spezialisten, ein Ziel: Effizienz und Präzision in der Kurbelwellenfertigung

Die Herausforderungen des Kunden haben die beiden Spezialisten MAPAL und HEULE erkannt und zusammen eine spezifische Anwendungslösung erarbeitet. MAPAL ist weltweit führend in der Entwicklung von Präzisionswerkzeugen und Bearbeitungskonzepten für die Zerspanung komplexer Bauteile. HEULE ist ein Schweizer Traditionsunternehmen, das seit Jahrzehnten für innovative und zuverlässige Werkzeuglösungen zum Entgraten, Fasen und Senken von Bohrungen steht – überall dort, wo höchste Qualität und Schweizer Präzision gefordert sind.

HEULE und MAPAL ergänzten ihre Kernkompetenzen im Bohren und Entgraten und arbeiteten eine Lösung aus, die den hohen Anforderungen in der Kurbelwellenfertigung gerecht wird. Durch offene Kommunikation, enge Zusammenarbeit und präzise Abstimmung, sowohl in firmeneigenen Testzentren als auch direkt beim Kunden, entstand eine passgenaue Kombinationslösung. Dabei war es essenziell, stets die gesamte Prozesskette im Blick zu behalten: Veränderungen beim Entgraten haben unmittelbaren Einfluss auf den Bohrprozess und umgekehrt. Nur durch diese ganzheitliche Betrachtung konnten Prozesssicherheit, Bohr- und Entgratqualität sowie Werkzeugstandzeiten optimal aufeinander abgestimmt werden.

Aufbau und Integration der Lösung

Das Ergebnis ist eine Kombinationslösung, die eine durchgängige Bearbeitung der Erleichterungsbohrung mit Bohren und Entgraten in einem Arbeitsschritt ermöglicht und direkt in den bestehenden Prozess integriert werden kann. Das Kombinationswerkzeug basiert auf einem MAPAL Wechselkopfbohrer mit TTS-Schnittstelle und integriertem SNAP18 Fasmodul von HEULE.

Die Lösung ermöglicht einen schnellen Bohrkopfwechsel in der Maschine. Nach Standzeitende wird dabei lediglich der Bohrkopf ausgetauscht, wodurch Rüstzeiten und Werkzeugkosten reduziert werden. Zudem können verschiedene Geometrien und Beschichtungen flexibel an unterschiedliche Werkstoffe angepasst werden, ohne den Grundhalter zu wechseln. Die rückseitig am Wechselkopfhalter angebrachte CFS-Schnittstelle ermöglicht es, das Werkzeugsystem modular zu verlängern und flexibel, mit hoher Stabilität und Prozesssicherheit an unterschiedliche Bohrtiefen anzupassen – ein wesentlicher Vorteil bei der Bearbeitung langer Bauteile wie Kurbelwellen.

Das SNAP18 Modul ist ein miniaturisiertes Entgratsystem mit einer Grösse von nur 16.0 x 3.5 x 5.0 mm, das im TTS-Wechselkopfhalter integriert wird. Es wird direkt hinter dem Wechselbohrkopf eingebaut und ist schnell einsatzbereit sowie wartungsfreundlich, ein klarer Vorteil in automatisierten Fertigungsumgebungen. Während der Bohroperation ermöglicht das Modul das gleichzeitige Vorwärts- und Rückwärtsentgraten. Dabei erzeugt das Messer im Arbeitsvorschub die gewünschte Fase von 1 mm. Sobald die definierte Fassstärke erreicht ist, fährt das Messer radial in den Grundkörper ein. Beim Bohraustritt wird das Messer über den gefederten Steuerbolzen wieder in die Ausgangsposition gebracht, damit die Fase auf der Rückseite erstellt werden kann.

Vielseitige Einsatzmöglichkeiten und wirtschaftliche Vorteile

Die Kombinationslösung eignet sich für verschiedenste Materialien und Anwendungen ab einem Bohrdurchmesser von 18 mm und ist nicht nur für Kurbelwellen geeignet. Besonders bei Bauteilen mit komplexer Geometrie oder grossen Abmessungen, etwa Gehäusen, Lagerringen oder Flanschen, ermöglicht sie das gleichzeitige Bohren und beidseitige Entgraten – auch an schwer zugänglichen Stellen. Darüber hinaus eignet sich die Lösung für Werkstücke mit einer grossen Anzahl an Bohrungen, wie Filterelemente, Verbindungsteile oder im Stahlbau. So können die Bohrungen in einem Arbeitsgang fertig erstellt werden, was die Prozesszeiten stark reduziert.

Die Kombination aus der Bohrtechnologie von MAPAL und dem SNAP18 Modul von HEULE hebt die Kurbelwellenbearbeitung auf ein neues Effizienzniveau. Das prozesssichere Kombinationswerkzeug vereint Bohren und beidseitiges Entgraten in einem einzigen Arbeitsschritt. Die erzielten Ergebnisse sind präzise und überzeugen von höchster Qualität. Zykluszeiten werden deutlich reduziert, eine hohe Standzeit wird sichergestellt, die Prozesssicherheit wird erhöht und die Effizienz nachhaltig gesteigert. Zudem entfallen durch die Kombinationslösung zusätzliche Werkzeuge. Das spart nicht nur Platz im Werkzeugmagazin, sondern senkt durch die Integration in das bestehende Bearbeitungszentrum (BAZ) auch Investitions- und Betriebskosten erheblich. Die Ausführung als Wechselkopfsystem optimiert überdies die Werkzeugkosten signifikant, indem der kostenintensive Vollhartmetalleinsatz auf die Wechsel-Bohrköpfe reduziert wird. Insgesamt bietet die Lösung einen klaren Mehrwert für alle, die maximale Qualität bei minimalen Zykluszeiten und optimierten Kostenstrukturen anstreben.