Laufruhige Kunststoff-Lüfterräder für Elektromotoren

Die Elektromobilität stellt die Spritzgießindustrie vor neue Herausforderungen. Neben neuen Anwendungen ändern sich auch die Anforderungen an etablierte Fahrzeugkomponenten. Ein Beispiel für derartige Bauteile sind Lüfterräder aus Kunststoff für Elektromotoren. Bei Verbrennern stand bisher eine größtmögliche Kühlleistung im Vordergrund. Aufgrund der fast geräuschlosen Elektromotoren spielt nun auch die Laufruhe der Lüfterräder eine gewichtige Rolle. Bereits kleinste Unwuchten und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche können eine störende Geräuschentwicklung während der Fahrt verursachen. Früher konnten Unwuchten bei den größeren Lüftermodellen noch mit Klammern ausgeglichen werden. Heute muss die Spritzgießmaschine die benötigte Präzision liefern.

„Die Anforderungen an die Laufruhe der Lüfter sind über die letzten drei Jahre deutlich gestiegen. Reproduzierbarkeit und Maßhaltigkeit sind inzwischen die wichtigsten Kriterien, wenn wir in neue Spritzgießmaschinen investieren.“

Rüdiger Braun, Geschäftsführer bei Kunststofftechnik Krug GmbH in Deutschland

Die Krug GmbH gehört zu den größten Herstellern von PKW-Lüftersystemen in Europa. Produziert wird für OEMs genauso wie für die großen Automobilkonzerne. Bei dem hier betrachteten Anwendungsbeispiel handelt es sich um das Kunststoff-Lüfterrad für den Elektromotor des Porsche Taycan. Die spezifischen Anforderungen für das Bauteil dieses Elektroautos waren wie folgt:

• absolut homogene Materialverteilung für maximale Laufruhe
• hohe Abformpräzision für glatte Oberflächen und gerade Bauteil-Kanten zur Vermeidung von Luftverwirbelungen
• verlässliches Plastifizieren und Einspritzen von Kunststoffen mit hohem Glasfaseranteil
• hohe Prozess-Stabilität für einen maximalen Anteil an Gutteilen
• hoher Output, um die Wirtschaftlichkeit der Produktion am Standort Breidenbach in Deutschland sicherzustellen

Auf der Suche nach einer geeigneten Spritzgießanlage kontaktierte Krug ENGEL. Als passende Grundmaschine wurde eine Zweiplatten-Spritzgießmaschine der duo Baureihe mit 9000 kN Schließkraft ausgelegt. Die breit gefächerte und eng abgestufte Größenpalette der duo ermöglichte dabei die zielgerichtete Wahl der exakt zur Anwendung passenden Maschinengröße. Ein Über-Invest in eine größer als notwendige Schließkraftklasse wurde vermieden. Darüber hinaus vereint die duo Baureihe durch ihre moderne Servo-Hydraulik präzise Maschinenbewegungen mit einer hohen Effizienz. Der Energieverbrauch der Anlage wurde vor der Kaufentscheidung eingehend analysiert. Aufgrund der hohen Effizienz qualifizierte sich die duo für ein staatliches Förderprogramm. Erste Spritzversuche auf der Maschine folgten mit Kundenwerkzeugen, in welche für jede Schaufel des Lüfterrads Druck- und Temperatursensoren integriert wurden. Die Ergebnisse hinsichtlich Wiederholgenauigkeit und Prozess-Stabilität waren vielversprechend, so Jochen Krug, CEO der Krug Gruppe:

„Wir haben gesehen, dass die duo Spritzgießmaschinen von ENGEL beides sehr gut hinbekommen.“

Es waren jedoch nicht nur die grundlegenden Eigenschaften der duo, welche den Ausschlag für die Wahl von ENGEL als Lieferanten gaben, ergänzt Krug:

„Wir sehen, dass wir mit der anwendungstechnischen Beratung von ENGEL und mit den angebotenen Schulungen wirklich mehr aus der Maschine rausholen. Oft können die Maschinen mehr, als man mit ihnen macht. Das wollen wir ändern, um qualitativ wirklich das Maximum zu erreichen.“

Aufgrund der Summe an günstigen Eigenschaften erhielt ENGEL mit der duo 900 den Zuschlag von Krug. Nach Installation der Anlage bewies die duo 900 im laufenden Produktionsbetrieb das Vertrauen des Kunden. Die Produktion der Kunststoff-Lüfterräder für die Elektromotoren des Porsche Taycan läuft effizient und reibungslos. Die Umsetzung der eingangs definierten Anforderungen wurde folgend gelöst:

• absolut homogene Materialverteilung für maximale Laufruhe
  Die präzisen Maschinenbewegungen der duo ermöglichen eine exakte Steuerung des Prozesses und eine hohe Wiederholgenauigkeit. Das Material wird gleichförmig in der Kavität verteilt. Die sehr engen Toleranzen der Bauteile werden verlässlich eingehalten.
• hohe Abformpräzision für glatte Oberflächen und gerade Bauteil-Kanten zur Vermeidung von Luftverwirbelungen
  Die hohe Präzision der Spritzgießmaschine ermöglicht auch die exakte Abformung und eine glatte. homogene Oberfläche der Kunststoff-Lüfterräder für die Elektromotoren. Die per 3D-Scan überprüften Bauteile entsprechen der Referenzgeometrie.
• verlässliches Plastifizieren und Einspritzen von Kunststoffen mit hohem Glasfaseranteil
  Für die verwendeten Kunststoffe mit hohem Glasfaseranteil bietet ENGEL spezielle Schnecken. Diese ermöglichen eine konstant hohe Schmelzequalität. Die Standzeit der Plastifizierkomponenten ist trotz des sehr abrasiven Kunststoff-Glasfasergemischs hoch. Mit Laser aufgeschweißte Carbid-Schichten schützen die Schnecke vor den hohen mechanischen Belastungen.
• hohe Prozess-Stabilität für einen maximalen Anteil an Gutteilen
  Die präzisen Maschinenbewegungen und die speziell angepassten Plastifizierkomponenten ermöglichen eine hohe Wiederholgenauigkeit. Zusätzlich sorgt das digitale Assistenzsystem iQ weight control für einen vollautomatischen Ausgleich von Prozessschwankungen, noch bevor ein Schlechtteil produziert wird.
• hoher Output, um die Wirtschaftlichkeit der Produktion am Standort Breidenbach in Deutschland sicherzustellen
  Die Vermeidung von Ausschuss trotz enger Toleranzen ermöglichen einen hohen Ausstoß. Der niedrige Energiebedarf der Gesamtanlage hält darüber hinaus die Betriebskosten gering. Die besonders kompakte Stellfläche der duo Baureihe erhöht außerdem die Flächenproduktivität.

Am Stammsitz Breidenbach ist die ENGEL duo für die Produktion großer Bauteile inzwischen die vorherrschende Maschinentype. Weitere duo Maschinen stehen in den Produktionswerken in Meerane in Sachsen und Felsőzsolca im Nordosten Ungarns

Das Beispiel der Kunststoff-Lüfterräder für Elektromotoren zeigt, dass insbesondere bei bewegten Bauteilen das Verhindern von Geräuschentwicklung ein entscheidender Faktor für die Bauteilqualität ist. Bei fast lautlosen Elektromotoren besteht die Gefahr, dass störende Geräusche während des Betriebs bis in die Fahrgastzelle durchdringen. Hierzu müssen die Bauteile innerhalb wesentlich engerer Toleranzen in Bezug auf Maßhaltigkeit und Rundlauf gefertigt werden. Dies wird erreicht durch:

• besonders präzise Spritzgießmaschinen
• einer hohen Prozessqualität
• digitale Assistenzprogramme für die Spritzgießmaschine
• umfangreicher Qualitätskontrolle
• sorgfältiger Auswahl der Materialien
• angepasstem Design der Bauteile für den Einsatz in Elektroautos

Besonders bei teuren Produktionsstandorten wie Deutschland muss eine durch die wesentlich gestiegenen Anforderungen bedingte höheren Ausschussquote unbedingt kompensiert werden, um Wirtschaftlichkeit nicht zu gefährden. Dies wird erreicht durch besonders präzise und energiesparende Maschinen.