Mahle

40 komplexe Komponenten in Rekordzeit für Sicherheits- und Härtestes hergestellt

Nicolas Edel arbeitet als Vorentwicklungsingenieur bei Mahle. Er betreut derzeit die Entwicklung einer neuen Generation von Hochspannungsheizungen, die mit der 800-Volt-Architektur rasch ladender Elektrofahrzeuge kompatibel sind.

Er beauftragte Protolabs kürzlich mit der dringenden maschinellen Fertigung von zwei Chargen komplexer Aluminiumteile, mit denen etwa zwanzig Prototypen für neue Gehäuse produziert werden sollten. Diese Prototypen waren für die Konzept- und Designvalidierung sowie für umfassende Härte- und Sicherheitstest vorgesehen, weshalb deren mechanische Leistung und dielektrische Eigenschaften denen der aus vakuumgegossenem Aluminium bestehenden Teile dieser Serie so ähnlich wie möglich sein mussten.

Protolabs arbeitete mit dem original CAD-Modell und stellte sich trotz der durchschnittlichen Fertigungszeit von 20 Stunden der zweifachen Herausforderung, hochqualitative Produkte innerhalb kürzester Zeit herzustellen. Die ersten 10 Teile wurden innerhalb von sechs Tagen geliefert und die restlichen 30 Teile standen nach 3 Wochen zur Verfügung.

Eine neue Generation der Hochspannungsheizungen für 800-Volt-Fahrzeuge

Der kontinuierliche Spannungsanstieg in der elektrischen Fahrzeugarchitektur bedingt die Anpassung der Klimasteuerungen im Fahrzeuginneren. Es gibt derzeit nur wenige elektrische Hochspannungsheizungen (beispielsweise die von Mahle angebotenen), die direkt mit der 800-Volt-Architektur der neuen, rasch ladenden Elektrofahrzeuge verbunden werden können. Der Grund hierfür ist, dass verringerter Energieverbrauch und geringeres Leitergewicht zwar Vorzüge bieten, jedoch wesentliche Einschränkungen bezüglich Bauform und Sicherheit beachtet werden müssen.

Mahle hat es geschafft, diese Einschränkungen zu überwinden, und kann aufgrund deren weitreichender Fachkenntnisse die vom Hersteller auferlegten Grenzwerte einhalten. Dies geschieht mithilfe von integrierten Lösungen, die keine Kabel oder zusätzlichen Schnittstellen erfordern.

Ein Gehäuse, vier Funktionen

Das von Mahle gestaltete Aluminiumgehäuse (deren erste Prototypen von Protolabs hergestellt wurden) führt vier Funktionen gleichzeitig aus: Es schützt elektronische Komponenten vor Staub und Feuchtigkeit, fungiert als Faradayscher Käfig, ermöglicht Wärmeübertragung zwischen Elektronik und Umgebungsluftströmen und stellt mechanischen Schutz für die Kundenschnittstellen bereit.

Die einzelnen Funktionen wirken sich auf die Auswahl der verwendeten Aluminiumlegierung aus.

„Wir konnten bei der maschinellen Herstellung der Prototypen nicht die Legierung für die Serie verwenden“, erklärt Nicolas Edel. „Wir haben uns für die Legierung 6082 entschieden, die Protolabs uns für ein vorheriges Projekt mit den gleichen Einschränkungen empfohlen hatte, denn sie liefert ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen thermischer Leitfähigkeit, mechanischer Stärke und Bearbeitungsgenauigkeit.“

Vom CAD-Design zum fertigen Teil

Wie zuvor erwähnt wurden beide Gehäuseteile für den Vakuumguss entworfen. Trotz der Komplexität wurde das DFM unter Verwendung der urheberrechtlich geschützten Software von Protolabs mit nur einigen wenigen Änderungen validiert.

„Diese Teile haben eine sehr geringe Wandstärke und äußerst kleine Flächen zwischen den mit dem Guss verbundenen Wänden und Ecken, was die maschinelle Bearbeitung erschwert“, so Nicolas Edel. „Die Experten von Protolabs waren für die Modifizierung der nicht maschinell bearbeitbaren Teile verantwortlich. Wir haben bereits 24 Stunden nach dem Einsenden unserer Teile ein überarbeitetes DFM erhalten und dieses sofort akzeptiert. Wenn wir unsere Teile neu hätten gestalten müssen, wären uns mehrere Tage verloren gegangen.“

Nicolas Edel fügt hinzu: „Wir haben eine anfängliche Charge von fünf Einheiten jedes Teils bestellt, damit wir deren korrekte Montage prüfen konnten. Wir mussten nur sehr geringe Anpassungen vornehmen. Das DFM wurde von Protolabs aktualisiert und wir konnten mit der zweiten Charge loslegen. Die erforderliche Bearbeitungszeit für die einzelnen Teile betrug durchschnittlich je 20 Stunden und uns wurde vom Vertrieb zugesichert, dass die Fristen eingehalten werden konnten. Wir waren zuversichtlich, was die Produktionskapazität von Protolabs anbelangt, da wir das Unternehmen bereits mit einem ähnlichen Teil auf die Probe gestellt hatten. Die 30 Teile der zweiten Charge wurden innerhalb von 3 Wochen geliefert, wie vereinbart.“

Nicolas Edel hat den Service von Protolabs für uns in zwei Worten zusammengefasst: fristgerecht und effizient. Weiter gab er an: „Deren Verfahren sind zuverlässig und die Vertriebs- und Technikteams stehen immer zur Verfügung, wenn man sie braucht. Die digitale Schnittstelle gefällt mir sehr gut und spart eine Menge Zeit. Wenn mein DFM korrekt ist, erhalte innerhalb von 10 Minuten ein Angebot und kann umgehend direkt eine Bestellung aufgeben. Außerdem behalte ich die Kontrolle über meine Komponenten.“