Feinstbearbeitung Modular aufgebaute Honanlagen gewinnen im Automotive-Bereich am Bedeutung

Autor / Redakteur: Tobias Abeln, Gerhard Flores und Ulrich Klink / Bernhard Kuttkat

Durch die immer höher werdenden Beanspruchungen der Bauteile in Verbrennungsmotoren bei gleichzeitiger Forderung nach Verbrauchs- und Emissionsoptimierung gewinnen innovative Fertigungsverfahren und modularisiert aufgebaute Bearbeitungslösungen an Bedeutung.

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Die hohe Dynamik der Honeinheit Powertrain mit Hubgeschwindigkeiten bis 60 m/min und Umkehrbeschleunigungen bis 3 g wird durch moderne Antriebstechnik erreicht. Bilder: Gehring
Die hohe Dynamik der Honeinheit Powertrain mit Hubgeschwindigkeiten bis 60 m/min und Umkehrbeschleunigungen bis 3 g wird durch moderne Antriebstechnik erreicht. Bilder: Gehring
( Archiv: Vogel Business Media )

Durch die aktuelle Diskussion der CO2-Emissionen gewinnt die Gestaltung der Makroform als Teilaspekt der innermotorischen Optimierungsmöglichkeiten von Zylinderbohrungen an Gewicht [1]. Die Zylinderbohrungen heutiger Hubkolbenverbrennungsmotoren werden innerhalb geringer Toleranzen ideal-zylindrisch bearbeitet. Jedoch zeigen Untersuchungen an Motoren nach der Endmontage und bei Betriebstemperatur starke Abweichungen der Zylinderrohre von der zylindrischen Form. Daraus kann also der Ansatz definiert werden, jegliche Verspannungen des Zylinderrohrs, seien dies Montageverspannungen oder dynamische und thermische Verformungen durch den Betrieb des Motors, mittels einer speziellen Unrundbearbeitung des Zylinderrohrs vorzuhalten.

In der aktuellen Serienfertigung werden Zylinderblöcke mit einer sogenannten Honbrille verspannt, um zumindest ansatzweise die Montagedeformationen durch den Zylinderkopf nachzubilden. Untersuchungen zeigen, dass damit nur unzureichend die tatsächliche Verformung im Betrieb dargestellt werden kann. Zudem erfordern die Anlagen zum Handling und zur Montage der Honbrillen sowie die Betriebskosten erhöhte finanzielle Aufwände.

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Ein alternativer fertigungstechnischer Ansatz besteht darin, gezielte Vorhaltekonturen in die Zylinderbohrung einzubringen. Dies geschieht nicht durch die Verspannung des kompletten Zylinderkurbelgehäuses unter der Honspindel, sondern durch intelligente Maschinen- und Werkzeugtechnik, die es ermöglicht, entsprechende Vorhaltekonturen direkt beim Honen einzubringen. Das Honen ist für diese Art der Bearbeitung prädestiniert, weil es den letzten Schritt in der Prozesskette zur Fertigung von Zylinderlaufbahnen darstellt und damit sowohl die Mikroform (Oberflächeneigenschaften) als auch die Makroform (Zylinderform) der Bohrung bestimmt.

Basis der Freiformbearbeitung ist die Kontur der Bohrung

Die Anforderung, eine definierte Unrundform auf einer Honmaschine herstellen zu können, setzt neue Maßstäbe hinsichtlich der Werkzeugtechnik und Steuerungstechnik. Basis für eine Freiformbearbeitung ist dabei immer eine durch Simulation oder Versuche ermittelte Kontur der zu bearbeitenden Bohrung. Beispielhaft ist eine solche Kontur in Bild 1a als abgewickelte Rundheitsmessungen der einzelnen Messebenen und als 3D-Messschrieb (Bild 1b) aufgeführt.

Im Gegensatz zu konventionellen Honwerkzeugen, bei denen gleichzeitig immer alle Honleisten radial zugestellt werden, um eine möglichst runde Bohrung zu erzeugen, wird zum Bearbeiten einer Freiform ein Werkzeug mit mehr Freiheitsgraden benötigt. So müssen alle Honleisten individuell den zugrundeliegenden Konturdaten, abhängig von der Lage der einzelnen Honleisten, aber innerhalb der Bohrung unabhängig voneinander zustellbar sein. Maßgebliche Parameter der Freiformbearbeitung sind der lokale radiale Zustellweg und die lokale Anpresskraft der Honleisten, in Abhängigkeit von der vorgegebenen Kontur gegen die Bohrungswand. Durch Veränderung dieser beiden Parameter kann der lokale Abtrag gesteuert werden.

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