Wenn Automobilhersteller die Aluminiumoberfläche der Laufbuchsen thermisch beschichten, anstatt konventionelle Gussbuchsen zu verbauen, und somit eine Zylinderlauffläche erzeugen, können Motoren leichter und effizienter gestaltet werden. Gühring hat ein Aufrauwerkzeug für dieses Verfahren entwickelt, mit dem die Schicht optimal haftet und die Fertigung dieser Motorkomponenten zudem kostengünstiger gelingt.
Immer leichtere und leistungsstärkere Motoren bei immer geringerem Kraftstoffverbrauch und verbesserter CO2-Bilanz – die Zukunft der Automobilindustrie steht im Zeichen des Leichtbaus und Downsizings. In diesem Spannungsfeld suchen Ingenieure ihr Heil in neuen Architekturen des Motors. 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.
Innovationstreiber Gühring: Der Aufrauprozess
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. Für eine optimale Schichthaftung sorgt dabei das 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/-CBN-Werkzeuge bei Gühring.
Optimale Schichthaftung durch kundengerechte Konstruktion
Gühring entwickelte ein PKD-Werkzeug, um die Zylinderlaufflächen vor der Beschichtung mit einem patentierten Schwalbenschwanzprofil aufzurauen. Bis zu 5.000 Bohrungen macht die Gühring-Platte beim Kunden in Serie und garantiert eine optimale 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 Gühring-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 Aufrauplatte von Gühring wird unter Berücksichtigung des Verfahrens, der Profiltiefe und den Vorschüben konstruiert.
Aufrauen versus Wasserstrahlschneiden
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 Wasserstrahlschneiden.
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.
Goekmen Sanuk von Gühring gibt einen Ausblick auf kommende Entwicklungen im Bereich der Vorbearbeitung der Zylinderlaufflächen: „Immer mehr Automobilhersteller werden das Hochdruck-Wasserstrahlverfahren 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.”