Ein „überentwickeltes" Bauteil

Das Batteriepack wird auf der Montagelinie immer wieder angehoben, positioniert und abgesetzt. Die zentrale Tragebuchse ist ein hohles Aluminiumteil mit Flansch: außen die Anlagefläche am Gehäuse, oben ein präzises Innengewinde für das Hebezeug, oben eine glatte Stirnfläche für die Positionierung. Die klassische Lösung war die reine Zerspanung aus 6061-Vollmaterial. Das Teil funktioniert, kostet aber rund 50 RMB (etwa 7 US-Dollar) pro Stück und 20 Minuten Taktzeit. Auf einer einzigen Linie werden mehrere Tausend Stück benötigt – die Kosten summieren sich schnell.

Das Problem liegt nicht in der CNC-Genauigkeit, sondern in der „Über-Bearbeitung": Aus dem Vollmaterial wird etwa die Hälfte des Metalls abgedreht, Späne fliegen umher, Material und Maschinenzeit werden mit dem Span entsorgt. Genau an dieser Stelle lohnt sich ein Prozesswechsel, weil die Geometrie für die Umformung geradezu prädestiniert ist. Hinzu kommt, dass die Späne-Entsorgung, der Späne-Transport und die Kühlschmierstoff-Aufbereitung in der täglichen Fertigung einen nicht sichtbaren Kostenblock bilden, der bei einer reinen CNC-Fertigung schnell einmal 10–15 % des Stückpreises ausmacht. Kaltfließpressen umgeht diesen Block fast vollständig.

Geometrie-Revision: eine Form für das Kaltfließpressen

Neu betrachtet ist die Buchse ein rotationssymmetrisches Hohlteil mit Flansch, ohne komplizierte Innenkavität. Genau diese Form ist ein natürlicher Anwendungsfall für das Kaltfließpressen (Kaltumformen): Bei Raumtemperatur wird das Metall im Werkzeug plastisch verformt, statt Schicht für Schicht abgetragen. Statt 50 % des Materials aus einem Vollen herauszubohren, wird der Rohling in einem Hub fast fertig in die gewünschte Gestalt gepresst. Die Materialausnutzung steigt auf nahezu 98 %, Späne fallen kaum noch an.

Der zweistufige Prozess

Der neue Prozess trennt „Umformung" und „Präzision" in zwei klar abgegrenzte Schritte:

1. Kaltfließ-Vorformung: Auf einer Mehrstationen-Kaltfließpresse werden Flansch, Grundkörper und die Sechskant-Anlagefläche in einem Arbeitsgang vorgeformt. Hohe Taktleistung, extrem hohe Wiederholgenauigkeit, Materialausnutzung etwa 98 %.
2. Fein-Zerspanung nur an den Funktionsflächen: Nur das präzise Innengewinde am Kopf und die fein bearbeitete Anlagefläche werden in wenigen schnellen CNC-Operationen fertiggestellt. Alle übrigen Maße trägt der Kaltfließ-Rohling bereits.

Kosten, Taktzeit, Festigkeit: drei Rechnungen

Die Kostensenkung hat zwei klare Quellen: Erstens steigt die Materialausnutzung von etwa der Hälfte auf 98 %, das spart direkt beim Einkauf des Vormaterials. Zweitens sinkt die Maschinenzeit von 20 auf unter 4 Minuten – und Maschinenzeit ist der größte Block in der Kostenstruktur. Die fünffache Tagesleistung bedeutet, dass dieselbe Linie die fünffache Menge ausliefern kann, ohne zusätzliche Maschinen oder Fläche zu belegen. In der Batterie-Serienfertigung, wo jedes Kilogramm und jeder Yuan zählt, ist das ein Hebel, der direkt im BOM ankommt.

Der Festigkeits-Vorteil durch die durchgehende Fließlinie

An einem Hebe-Punkt des Batteriepacks gibt es bei der Festigkeit keinen Verhandlungsspielraum. Reine Zerspanung aus 6061-Vollmaterial durchtrennt die innere Korn-Fließlinie des Aluminiums. Wo die Fließlinie durchschnitten ist, entstehen Schwachstellen, die unter wiederholter Hebe-Belastung zu Spannungsrissen neigen. Kaltfließpressen wirkt genau entgegen: Unter hohem Druck wird das Metall entlang der Bauteil-Geometrie gezwungen, die Fließlinie verläuft kontinuierlich um Flansch, Grundkörper und Sechskant-Fläche herum und wird nicht unterbrochen.

Im Zugvergleich zeigt die kaltfließgepresste Variante eine höhere Spannungsriss-Festigkeit als die zerspante. An einem sicherheitsrelevanten Hebe-Punkt eines schweren Batteriepacks ist das keine „Zugabe", sondern eine echte Sicherheitsreserve – das Bauteil wird also im gleichen Zug mit der Kostenreduktion auch noch fester. In der Praxis bedeutet das: Der Konstrukteur bekommt ein günstigeres Bauteil, und der Sicherheitsingenieur bekommt eine höhere Reserven. Diese Kombination ist der eigentliche Grund, warum Kaltfließpressen in der E-Mobilität so schnell an Bedeutung gewinnt. Es lohnt sich, diesen Aspekt bereits im Lastenheft zu erwähnen: Wer auf die durchgehende Fließlinie hinweist, begründet die Umstellung auf Kaltfließpressen nicht nur mit Kosten, sondern auch mit nachweisbarer Bauteilsicherheit.

DFM-Checkliste zum Nachlesen

• Rotationssymmetrisch, hohl, mit Flansch, Absatz oder Stufe? Je symmetrischer, desto besser eignet sich Kaltfließpressen.
• Ist die Stückzahl groß genug, um die Werkzeug-Kosten zu verteilen? Ab einigen Tausend Stück rechnet sich das Kaltfließ-Werkzeug in der Regel schnell. Bei kleineren Losgrößen lohnt es sich dagegen, zuerst einen Prototypen auf dem CNC aufzubauen und die Serie dann auf Kaltfließpressen umzustellen, sobald der Bedarf feststeht.
• Welche Flächen haben wirklich Pass-Toleranzen? Die CNC ist nur für Gewinde und Anlageflächen zu reservieren. Alles andere wird über die Kaltfließ-Geometrie sauber abgebildet, um Maschinenzeit und Kosten konsequent zu sparen.
• Handelt es sich um ein tragendes Bauteil? Die durchgehende Fließlinie des Kaltfließens hebt zusätzlich die Dauerfestigkeit und die Spannungsriss-Festigkeit. Bei Batterie-Hebe-Punkten und Fahrwerksbauteilen ist dieser Effekt nicht optional, sondern ein sicherheitsrelevantes Argument für das Umformverfahren.