Aus einer Kooperation des Werkzeugmaschinenherstellers MAG IAS und den Beschichtungsexperten der Sturm-Gruppe ist eine Turn-Key-Anlage für die Serienfertigung von Zylinder-Kurbelgehäusen mit thermischer Laufbahnbeschichtung entstanden. In einer Linie werden darin das Beschichtungszentrum ACCS TWS mit Specht Bearbeitungszentren verknüpft.
Zur weiteren Optimierung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend, anstelle von eingegossenen Grauguss-Buchsen, die Laufflächen der Zylinder mit Eisenwerkstoff thermisch beschichtet. Diese Beschichtung bewirkt eine Reduzierung der Reibungswerte, eine höhere Korrosionsbeständigkeit und führt zu einer besseren Wärmeableitung. Weitere Vorteile sind eine erhebliche Gewichtseinsparung, extrem robuste Zylinderlaufflächen, eine höhere Verschleißfestigkeit und thermische sowie mechanische Belastbarkeit, ein geringerer Ölverbrauch und niedrigere Blow-by-Werte. Zudem bieten die beschichteten Laufflächen eine sehr gute Verträglichkeit gegenüber neuen aggressiveren Kraftstoffen.
Um für das thermische Laufbahnbeschichten eine serienreife Fertigungslösung darstellen zu können, wurde das langjährige Prozess-Knowhow der Partner Sturm und MAG gebündelt. Gerade die Serienfertigung stellte die Anlagenlieferanten vor neue Aufgaben: Kosteneffizienz, Qualitätssicherung, Platzeinsparung und Produktivität sind dabei die wesentlichen Anforderungen für die Herstellung der beschichteten Zylinder-Kurbelgehäuse. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten für die Bearbeitungsstrategie: Für bestehende Linien kann die Beschichtungslösung als By-Pass konfiguriert und für neu geplante Fertigungslinien kann der Prozess auch voll in eine Linie integriert werden.
Verschiedene Verfahren sorgen für Flexibilität
Zusätzlich bietet die Kooperation die Möglichkeit, auf den gleichen Maschinen neben dem RSW-Verfahren (Rotating Single Wire) alternativ auch auf das APS-Verfahren (Atmosphärisches Plasmaspritzen) zurückzugreifen und bietet damit eine hohe Flexibilität. Innovationen gibt es ebenfalls im Bereich der Aktivierung bzw. des Aufrauens, nachdem MAG dazu mit verschiedenen Werkzeugherstellern Aufrauverfahren getestet und weiterentwickelt hat. Mit dieser Technologie wird die Wirtschaftlichkeit u. a. gegenüber dem Hochdruckwasserstrahlen deutlich verbessert.
Automatische Kontrolle der beschichteten Oberfläche
Die kompakte Beschichtungsanlage braucht kaum mehr Produktionsfläche als ein Bearbeitungszentrum und zeichnet sich durch hohe Flexibilität aus. In die Maschine ist ein Cylinder-Inspector (CI) integriert, der hauptzeitparallel die Oberfläche vor und nach dem Beschichten scannt. Damit wird der Prozess in einem angestrebten Closed-Loop-Verfahren geregelt bzw. werden NIO-Teile automatisch ausgeschleust. Die Informationen des Sensors sollen die Parameter des Beschichtungsprozesses korrigieren und bei Bedarf sogar auf den vorgelagerten Aufrauprozess im Bearbeitungszentrum berichtigend Einfluss nehmen können. Das Ziel dabei ist, nach rund fünf gleichen Motorenblöcken ein optimales Beschichtungsergebnis zu erzielen.
Kernkomponente des CI ist ein Bildverarbeitungssystem, das basierend auf unterschiedlichen Beleuchtungstechniken die Zylinderinnenwände mit einer Auflösung von etwa 90 μm scannt, die Oberfläche analysiert und schritthaltend auswertet. Das System erkennt damit sowohl zweidimensional ausgeprägte Fehler, als auch topografische Fehler. Die Fehlercharakteristiken und IO/NIO-Schwellen für Einzelfehler wie auch für Fehlerhäufungen sind kundenspezifisch einstellbar. Optional sind eine zusätzliche Analyse des Höhenprofils der Zylinderinnenwände und die relative Bestimmung des Farbverlaufs entlang einer Messlinie über die gesamte Zylinderhöhe.
Das Bildverarbeitungssystem ermöglicht eine 100 Prozent-Kontrolle der Oberfläche, während Profil- und relative Farbbestimmung statistische Verfahren, bezogen auf den gesamten Zylinder, darstellen. Der CI arbeitet inline und schritthaltend zum Fertigungsprozess innerhalb der aktuell bekannten, typischen Taktzeiten. Er kann als Einfach- oder auch als Mehrfachsystem ausgelegt werden.
Innovative Fertigbearbeitung
Auch für die Fertigbearbeitung nach dem Beschichten bieten sich neue Ansätze. Hier spielt z. B. die Hontechnologie auf dem Bearbeitungszentrum eine entscheidende Rolle, da auf dem BAZ in einer Aufspannung gleich der Honfreigang und die Fase bearbeitet sowie die Zylinderbohrung schruppgehont werden. Dieses Verfahren läuft bereits seit gut einem Jahr mit großem Erfolg in der Serienproduktion. Alternativ ist auch das Feinbohren der Beschichtung mit anschließendem Fertighonen auf dem BAZ möglich.
Mit der Integration der Hontechnologie auf der Specht Baureihe kommt eine Verstellspindel mit elektromechanischer Zugstange zum Einsatz, mit der mittels Schneidenkompensation neben dem Honen auch bei vielen anderen verstellbaren Werkzeugen durch definiertes Aussteuern höchste Präzision erreicht werden kann. MAG bietet hierbei eine vollwertige Alternative zur konventionellen Honmaschine mit In-Prozess-Messung der Werkstückgeometrie. Optionen für die Honmaschine: Linearantriebe, Messen während der Bearbeitung, Software zur Generierung des messgesteuerten Bearbeitungsprozesses und die Verstellspindel zur Werkzeugschneiden-Aussteuerung.
MAG IAS GmbH www.mag-ias.com
Sturm-Gruppe www.sturm-gruppe.com
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