Bugatti: Der erste additive Titan-Bremssattel

Digital, automatisiert und intelligent war die EMO hauptsächlich, aber auch additive Komponenten und Werkzeuge standen im Rampenlicht: Highlight war sicherlich der erste komplett aus Titan additiv gefertigte Bremssattel, den die Projektpartner Bugatti, Benz, Haimer, Bionic Production und Vogt erstmals in Hannover ausstellten. „Mit diesem Fräskopf von Benz konnten konnte unser Partner für die spanende Fertigung, die Firma Vogt aus Braunschweig, die Bearbeitungszeit unseres ersten additiv hergestellten Bremssattels aus Titan nicht nur von 11 auf 4 Stunden senken, sondern vor allem auch vernünftige Oberflächenqualitäten auf den Funktionsflächen erzeugen“, fasst Bugatti-Technologieleiter Frank Götzke die großen Pluspunkte der groß angelegten Kooperation zusammen.

Gedruckt wurde der Titan-Bremssattel vom Lüneburger Technologieunternehmen Bionic Production. „Unterm Strich ist unser Titan-Bremssattel gut 43% leichter als der momentan noch eingesetzte Serien-Bremssattel - ohne dabei irgendwelche Einbußen in punkto Festigkeit oder Steifigkeit hinnehmen zu müssen. Im Gegenteil“, betont Frank Götzke, der für Ende 2020 mit ersten Einsätzen im Bugatti Chiron rechnet. Bis dahin sollen noch weitere Optimierungen folgen. Momentan wird der Bremssattel auf einer SLM 500 in rund 36 h gefertigt. „Die SLM 500 ist mit ihren gleichzeitig agierenden vier Lasern dafür prädestiniert und von uns gut abgestimmt“, berichtet Patrick Folkert, kaufmännischer Leiter bei Bionic Production, der dem Ausgangsteil eine sehr gute Materialqualität attestiert. „Wir haben ein sehr feinkörniges Gefüge. Auch im entscheidenden Überlappbereich der vier Laser konnten wir die Feinkörnigkeit gewährleisten und letztlich eine Materialbefüllung von 99,97% durch das ganze Bauteil hindurch realisieren“, berichtet Patrick Folkert.

In Summe muss Bugatti künftig sechs verschiedene Bremssättel fertigen. Dabei, so Frank Götzke, geht es aber nicht nur um ein paar Modifikationen für den Bremssattel vorne oder hinten, links oder rechts. „Wenn Sie ein Auto wie den Chiron bei Bedarf aus über 400 km/h voll runterbremsen wollen, ist natürlich auch am Bremskolben Höchstleistung und Präzision gefragt, da beispielsweise die Temperatur der Bremsscheibe bei Austritt aus dem zupackenden Bremssattel rund 1.100°C hat und eine halbe Umdrehung weiter beim Eintritt nur noch knapp 700°C. Es kommt also auf jedes Detail, jede Passung und jede Dichtfläche an.“ Deswegen, so Frank Götzke, sei dieser Bremssattel tatsächlich das ultimative Beispiel dafür, was die additive Technologie und die erzeugten Bauteile heute schon leisten können. Wenn der Bremssattel im Bugatti Chiron zum Einsatz kommt, wird demnach nicht nur das momentan weltweit größte additiv aus Titan gefertigte Bauteil bei bis zu 490,5 km/h, dem jüngst von Bugatti neue aufgestellten Geschwindigkeitsweltrekord, an Bord sein, sondern damit erhebliche Sicherheitsaufgaben übernehmen müssen. Zum Finish der Funktionsflächen, der Kolbenräume, Dichtungssitze und Endlagen für Kolben und Beläge entwickelten die fünf Projektpartner einen speziellen Fräskopf mit Duo-Lock-Schnittstelle, der theoretisch und praktisch bis zu 8.000 min-1 leisten kann. „Momentan ist der Fräskopf auf maximal 3.000 Umdrehungen ausgelegt. Das ist für den Einsatz bei Bugatti und für die Bearbeitung der Funktionsflächen am Additivteil aus Titan ausreichend. Die Standfestigkeit des Fräskopfes bei 8.000 Umdrehungen haben wir aber natürlich schon ausgiebig in unserem Entwicklungslabor in Haslach überprüft“, versichert Benz-Prokurist Christoph Zeller.

Die Kollegen von Volkswagen haben das gute Stück schon einmal getestet. Video: Volkswagen Group

Frästechnisch am schwierigsten realisierbar gewesen sei es, die trapezförmigen Nuten zu fräsen. „Damit wir die Applikation überhaupt realisieren und etwa die Passbohrungen für die Bremskolben im Inneren fräsen konnten, mussten wir aber zunächst unseren Fräskopf von rund 50 mm Bauhöhe auf unter 40 mm reduzieren, was nicht so trivial ist, wenn Sie dabei ein bewährtes und ausgeklügeltes Hochleistungs-Winkelgetriebe nochmal optimieren sollen und weiter funktionsfähig halten müssen“, schildert Christoph Zeller die Aufgabe. Zudem musste die thermische Stabilität während des gesamten Zerspanvorgangs gewährleistet sein.

Auch Haimer musste seinen Beitrag zur reduzierten Bauhöhe des Fräskopfes leisten. Das Innenspannsystem der Duo-Lock-Schnittstelle musste bauhöhenminimiert werden, damit Benz mit der reduzierten Form und Höhe des Fräskopfes zwischen die Flanken des Bremssattels passte. „In Summe fahren die Fräser mit maximal 1 mm Luft in den Bremssattel und fräsen dann die Funktionsflächen mit sehr beachtlichen Geschwindigkeiten. Mit regelmäßigen Videokonferenzen bekommen Sie das allerdings nicht hin. Ohne regelmäßige Abstimmung, auch vor Ort auf der Maschine, hätten wir dieses Ergebnis nicht erreicht. Optimal ist es dann natürlich, wenn dann starke Technologiefirmen schon mehrere Projekte miteinander erfolgreich absolviert haben“, unterstreicht Frank Götzke die Auswahl seiner Projektpartner. Die Fräser samt Schnittstelle zum Fräskopf entwickelte der Werkzeugspann-Spezialist Haimer. „Unsere Aufgabe war es, die momentan am Markt stabilste und genaueste Schnittstelle, unsere Vollhartmetall-Duo-Lock-Kupplung, in den Winkelkopf von Benz einzupassen.“

Entscheidend dabei war laut Haimer-Key-Account- und Produktmanager Stephan Wangler, dass vor allem die Bauhöhe minimal dimensioniert wurde, um mit dem Fräser samt Fräskopf zwischen die Wangen des Bremssattels zu gelangen und dort auch noch fräsen zu können. „Auch die Geometrien unserer Fräser wurden speziell nach den Anforderungen des Bauteils ausgelegt. In Summe werden momentan drei verschiedene Duo-Lock-Sonderfräser am Bremssattel eingesetzt, mit denen die Funktionsflächen, Radien, Einstiche und diverse Sonderformen überarbeitet werden“, berichtet Stephan Wangler. Wichtig sei dabei, dass die Fräser an der Schneide im eingebauten Zustand mit einer Rundlaufgenauigkeit von kleiner 3 µm unterwegs sind und auch deren Längenwiederholgenauigkeit unter 10 µm garantiert werden kann, unterstreicht Stephan Wangler die Vorgaben. Zudem wurde auf den additiven Werkstoff eingegangen. Haimer hat für das additive Titan spezielle Schneidengeometrien entwickelt und mit einer noch spezielleren PVD-Schicht versehen.