Aufrauwerkzeug optimiert Fertigung von Aluminiummotoren Motorenbau: Beschichtung erfordert neues Verfahren

Redakteur: Matthias Böhm

Wenn Automobilhersteller die Aluminiumoberfläche der Laufbuchsen thermisch beschichten, anstatt konventionelle Gussbuchsen zu verbauen, und somit eine Hochleistungs-Zylinderlauffläche erzeugen, können Motoren leichter und effizienter gestaltet werden. Mitentscheidend für den Erfolg ist die Zylinder-Vorbearbeitung vor dem Beschichten. Gühring hat ein Aufrauwerkzeug für dieses Verfahren entwickelt, mit dem die Schicht optimal haftet und die Fertigung dieser Motorkomponenten zudem kostengünstiger gelingt.

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Hohe Standzeiten sind enorm wichtig, damit der Prozess wirtschaftlich ist. Bis zu 5000 Bohrungen schafft eine PKD-Aufrauplatte.
Hohe Standzeiten sind enorm wichtig, damit der Prozess wirtschaftlich ist. Bis zu 5000 Bohrungen schafft eine PKD-Aufrauplatte.
(Bild: Gühring)

Immer leichtere und leistungsstärkere Motoren bei immer geringerem Kraftstoffverbrauch und verbesserter CO2-Bilanz – die Zukunft der Automobilindustrie steht im Zeichen des Leichtbaus und Downsizings.

Weniger ist mehr

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In diesem Spannungsfeld suchen Ingenieure kontinuierlich nach Optimierungen von Motoren. Downsizing hat sich dabei in den vergangenen Jahren als erfolgreiches Mittel gegen ansteigende Verbrauchswerte etabliert. Nach dem Motto «weniger ist mehr» verkleinern Ingenieure bei Diesel- und Ottomotoren den Hubraum und reduzieren die Zylinderanzahl durch die Verwendung von Turboaufladungen.

Eine weitere Operation steht im Zeichen der Gewichtsreduktion. Dem Motor wird eine komplett neue Architektur verpasst. Wo früher galt: «Hubraum ist durch nichts zu ersetzen, ausser durch mehr Hubraum», üben sich die Automobilhersteller heute in Bescheidenheit und entwickeln innovative Technologien, welche den Leichtbau vorantreiben.

Moderne Zylinderbeschichtungen

Hier setzt Gühring als Innovationstreiber an und ermöglicht Automobilherstellern und Zulieferern, ihre Motoren leichter und effizienter zu konstruieren. Konventionelle Gussbuchsen werden durch beschichtete Zylinderlaufflächen ersetzt. Diese neuartigen thermischen Schichten binden sich aber nicht metallurgisch zu 100 % an der Zylinderlauffläche. Sie benötigen eine raue Oberflächenstruktur oder noch besser eine Art formschlüssige Oberfläche, um eine optimale Haftung zu erreichen. Über die metallurgische Struktur und Zusammensetzung der Beschichtungen sind nur die groben Eckwerte bekannt. Auf Nachfragen der SMM-Redaktion bei einem Schweizer Unternehmen, das diese Beschichtungstechnologie beherrscht, wäre dies ein Technologie-Know-how, das man nicht veröffentlichen dürfe.

Für eine optimale Schichthaftung sorgt dabei ein Aufrauwerkzeug von Gühring. Die Strategie «Beschichtung statt Buchse» bringt eine deutliche Gewichts- und Energieeinsparung beim Motorblock mit sich. Die Beschichtung ist verschleissfester, senkt die Reibung, resultierend läuft der Motor sparsamer und emissionsärmer.

Dieses Verfahren ist zudem kostengünstiger als konventionelle Gussbuchsen in Motoren. «Um die Kosten zusätzlich weiter zu senken, fordern die Automobilhersteller eine möglichst dünne thermische Schicht bei hervorragender Schichthaftung. Die Vorbearbeitung mit unserem Aufrauwerkzeug wird diesem Anliegen gerecht», sagt Goekmen Sanuk, Produktmanager für PKD- und CBN-Werkzeuge bei Gühring.

Optimale Schichthaftung durch formschlüssige Konstruktion

Gühring entwickelte ein PKD-Werkzeug, um die Zylinderlaufflächen vor der thermischen Beschichtung mit einem patentierten Schwalbenschwanzprofil aufzurauen. Das Schwalbenschwanzprofil sorgt für den oben erwähnten Formschluss. Bis zu 5000 Zylinder-Bohrungen bearbeitet die PKD-Platte beim Kunden in Serie und garantiert eine optimale definiert strukturierte Oberflächenrauigkeit für das anschliessende thermische Beschichten.

Für die innovative Technologie der thermisch gespritzten Zylinderlaufflächen im Motorbau ist eine Vorbearbeitung der Zylinderlaufflächen notwendig. Die Zylinderlaufflächen werden mit dem PKD-Werkzeug aufgeraut, um eine optimale Schichthaftung zu gewährleisten.

Eine optimale Schichthaftung ist abhängig von der geforderten Zugfestigkeit. Die Mindestzugfestigkeit der thermischen Schicht beträgt 40 MPa. Um diese Mindestzugfestigkeit zu erreichen, werden Profiltiefen zwischen 0,06 mm und 0,12 mm verwendet. Jede PKD-Aufrauplatte wird unter Berücksichtigung des Verfahrens, der Profiltiefe und der Vorschübe konstruiert.

Aufrauen versus Wasserstrahl

Da beim Aufrauen mit dem Gühring-PKD-Aufrauwerkzeug eine definierte Struktur mit geometrisch bestimmter Schneide ins Bauteil eingebracht wird, ergibt sich eine erhöhte Prozesssicherheit im Gegensatz zum abrasiven Aufrauhen per mit Sand versetztem Hochdruck-Wasserstrahlverfahren.

Neben geringeren Anschaffungs- und Folgekosten des mechanischen Aufrauens steht ein geringerer Energieaufwand. Somit ist das Gühring-Verfahren nicht nur günstiger, sondern auch umweltverträglicher. Ausserdem sind die Taktzeiten wesentlich kürzer. Das thermische Spritzen von Zylinderlaufflächen wird sich laut Prognosen aufgrund seiner zahlreichen Vorteile gegenüber dem Einbau von Gussbuchsen durchsetzen.

PKD-Werkzeug ersetzt Hochdruck-Wasserstrahl

G. Sanuk gibt einen Ausblick auf kommende Entwicklungen im Bereich der Vorbearbeitung der Zylinderlaufflächen: «Immer mehr Automobilhersteller werden das Hochdruck-Wasser-Sand-Strahlverfahren ersetzen und den Aufrauprozess stattdessen mechanisch vollziehen. Gühring punktet hier mit einer Aufrauplatte, die im Vergleich mit dem Wettbewerb einen höheren Standweg erreichen kann. Neben dem Aufrauwerkzeug bietet die Firma Gühring zukünftig ein Werkzeugkonzept an, welches das Schrupp-Honen nach dem thermischen Beschichten ersetzt.» <<

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