Nauwkeurig bewerken van behuizing elektromotoren voor e-bikes

18-02-2021

Met de populariteit van e-bikes stijgen ook de productiecijfers van onderdelen. Er worden veel kleine behuizingen voor elektromotoren gefabriceerd uit Magnesium en Aluminium. Een proces-zekere bewerking is hierbij essentieel.

 

Afgelopen jaar werden 420.000 e-bikes verkocht. Dit is een ruime verdubbeling ten opzichte van 2014. De elektrische fiets is met 41,7 procent marktaandeel voor het tweede jaar op rij het meest verkochte type fiets in Nederland. In Duitsland werden in 2019 1,36 miljoen e-bikes verkocht.

De productie van e-bikes

Alleen al in Duitsland produceerden fabrikanten in 2019 een miljoen fietsen met elektrische hulpaandrijving. Onder meer de motorbehuizingen vormen een uitdaging tijdens de productie, ze moeten tenslotte klein en licht zijn en tegelijkertijd zeer nauwkeurig. De kleine omvang van de gehele aandrijving komt voort uit de beperkte ruimte die op een e-bike beschikbaar is.

De meeste motoren worden zo onopvallend mogelijk direct in of op het frame gemonteerd. De aandrijvingen moeten bijzonder licht zijn om een lange batterijduur te garanderen. Hoe minder gewicht er verplaatst moeten worden, hoe minder de motor hoeft te “werken” en hoe langer de acculading meegaat. De behuizingen moeten met hoge precisie worden vervaardigd zodat de motor stil en soepel werkt. Een nauwkeurig vervaardigde motor loopt soepel en behaalt hij het hoogst mogelijke rendement.

Als gevolg van de genoemde eisen vervaardigen de meeste fabrikanten van kleine elektromotoren hun motorbehuizingen van spuitgiet-aluminium, vaker van spuitgiet-magnesium. Beide materialen zijn lichtgewicht. Magnesium met een dichtheid van 1,7 g / cm3 is iets lichter dan aluminium met een dichtheid van 2,7 g / cm3. Magnesium is ook gemakkelijker te gieten dan aluminium. Constructies met nog dunnere wanden en meer filigranen constructies zijn mogelijk.

Of ze nu van aluminium of magnesium zijn gemaakt - de meeste motorbehuizingen bestaan uit de eigenlijke behuizing en een of twee deksels. Ze zijn erg dunwandig, onstabiel en daardoor gevoelig voor trillingen. Contouren met meerdere lagen in de behuizing bieden ruimte voor de verschillende functionele componenten van de motoren. De geometrische en dimensionale eisen zijn zeer strakke vorm-, loop- en positietoleranties zijn gespecificeerd.


De uitdaging van de motorbehuizing
"Als het gaat om het bewerken van de behuizing, zijn de eigenschappen van het materiaal en de dunne wanden van de component de grootste uitdagingen", zegt Leander Bolz, Sales Manager bij het MAPAL Competence Center voor PCD-gereedschappen. Bovendien zijn de behuizingen vaak al gecoat tijdens het bewerken. Deze coatings mogen tijdens de verwerking niet worden beschadigd. "Onze klanten in dit gebied vervaardigen zeer grote hoeveelheden, dus het is daarom belangrijk dat de gereedschappen voor verspanen op een zeer economische manier kunnen worden gebruikt", voegt Bolz eraan toe.

MAPAL heeft de afgelopen decennia uitgebreide ervaring opgedaan met het verspanen van kleine motorbehuizingen van zowel aluminium als magnesium. “De kleine behuizingen zijn altijd al gebruikt voor bijvoorbeeld kettingzagen, bromfietsen of grasmaaiers, maar met elektrificatie zijn de nauwkeurigheidseisen weer toegenomen”, legt Leander Bolz uit.

En dus heeft MAPAL zijn programma voor de complete bewerking van kleine behuizingen aangepast aan de gewijzigde omstandigheden. In eerste instantie zijn PCD- en volhardmetalen gereedschappen ideaal voor het bewerken van beide materialen. In sommige gevallen adviseren gereedschapsexperts droogbewerking. Gepolijste spaanruimten en bijzonder gladde oppervlakken op de gereedschappen voorkomen vervuiling. Ze maken het bewerkingsproces betrouwbaar, zelfs zonder koelsmeermiddel.
 "Wanneer we de gereedschappen ontwerpen voor het bewerken van een magnesiumbehuizing, is de eerste stap altijd om naar de bovenste tolerantielimiet te gaan", legt Bolz uit. Door spanningen in het inwendige van het werkstuk, verschillende laagdiktes of de vervormbaarheid van het materiaal, dat door warmteontwikkeling bij de bewerking krimpt, ontstaan er maatafwijkingen. "Pas na een proefboring met aansluitende maatcontrole op het onderdeel bepalen we de benodigde gereedschapsdiameters."

Meest economische oplossing dankzij combinatiegereedschappen
Om de bewerking van de motorbehuizing zo economisch mogelijk te maken en de niet-productieve tijden laag te houden, worden in de afzonderlijke gereedschappen meerdere bewerkingsstappen gecombineerd.

PCD-gereedschapsmachines met lager- en positieboringen
 
Een voorbeeld hiervan is het gereedschap voor het bewerken van de lage zitting van een magnesiumbehuizing. “Tijdens dit proces hadden we te kampen met sterke trillingen, aangezien het onderdeel extreem dunwandig is, vooral in het gebied van de derde lage boring”, herinnert Leander Bolz zich. Het gereedschap moet 0,6-1 mm materiaal uit de voorgegoten gaten verwijderen. De klant stelde hoge eisen:

•    Rondheid < 0,01 mm
•    Diameter tolerantie IT7
•    Gemiddelde ruwheid Rz < 10 µm

MAPAL heeft hiervoor een complex PKD-combinatietool ontworpen met meerdere fasen. "We gebruiken het om de drie lagerboringen en de positieboring van de lagerzitting in één keer te bewerken - betrouwbaar binnen de vereiste toleranties", zegt Bolz.

Boren en frezen gecombineerd in één gereedschap
 
Een ander gereedschap combineert frezen en boren. Terwijl boorfasen de lagerboring en de positieboring verwerken, wordt een freestrap gebruikt om de afdichtingsgroef te produceren. “Ook met dit gereedschap was het onze belangrijkste taak om trillingen te voorkomen en de snijdruk te verminderen”, legt Bolz uit. De gereedschapsexperts bereikten dit door het aantal tanden en de geometrie van de freesstap optimaal op elkaar af te stemmen. “Op deze manier vermijden we ook spanen in de groef en zorgen we ervoor dat het freesproces betrouwbaar verloopt”, zegt Bolz.

Het frees gedeelte op het gereedschap werkt met de volgende snijgegevens:
•    Toerental 8000 min-1
•    Voedingssnelheid 7.200 mm/min
•    Voeding 0,15 mm

MAPAL ontwierp ook de andere gereedschappen voor de complete bewerking van de behuizing als combinatiegereedschap. “Voor een van onze klanten bewerken we de hele behuizing met slechts acht verschillende gereedschappen”, zegt Bolz. Dit aantal varieert echter afhankelijk van de component, het materiaal en de vereisten. Een andere klant met een veel complexere behuizing heeft 31 tools. “Tegenwoordig bieden we het allround pakket voor het bewerken van kleine behuizingen van aluminium of magnesium. Afhankelijk van de eisen en complexiteit ontwerpen we het juiste gereedschapsconcept ”, besluit Bolz.

Meer informatie:

tools@laagland.nl

Tel. 010 - 2922 233

Terug naar overzicht