Mit geringeren Prozess- und Investitionskosten punktet das Spiralgleithonen gegenüber dem Laserstrukturieren. Die Ergebnisse sind mindestens gleich gut.
Dr.-Ing. Uwe-Peter Weigmann ist Entwicklungsleiter bei der Nagel GmbH in Nürtingen
Lange Zeit galt das Laserstrukturieren als das Verfahren der Zukunft, wenn es darum ging, Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren feinzubearbeiten. Es ermöglicht einen reduzierten Ölverbrauch und Verschleiß sowie eine geringere innere Reibung der Motoren. Ein optimiertes Honverfahren, das Spiralgleithonen, macht den Einsatz teurer Lasersysteme jetzt überflüssig. Systematische Untersuchungen und Praxiseinsätze haben gezeigt, dass durch den für dieses Verfahren charakteristischen steileren Honwinkel der Ölverbrauch sogar um etwa 10 % geringer ausfällt als bei laserstrukturierten Motoren. Und das ohne Nachteile hinsichtlich Lebensdauer oder Reibwerten.
Die Gründe dafür liegen in den typischen Qualitätsproblemen, die sich beim Laserstrukturieren ergeben. Bei mikroskopischer Betrachtung zeigen sich an den Rändern und in den Tiefen der Taschen Unregelmäßigkeiten in der Struktur und Härte der Oberflächenrandzone. Deren Auswirkungen auf den Ölverbrauch und Verschleiß, zeigen Vergleichstests an Pkw- und Lkw-Motoren (siehe Grafiken). Nach einer Laufzeit von 700 h war der Verschleiß an laserstrukturierten Zylinderlaufflächen um etwa 30 % höher als bei spiralgleitgehonten Laufflächen. Ein weiterer Vorteil des optimierten Honens ist eine hohe Konstanz der Oberflächenrauheit. Dagegen ist beim Laserstrukturieren zur Absicherung der Maschinenfähigkeit eine automatische 3D-Inspektion oder eine visuelle Nachkontrolle unabdingbar, was zu einer weiteren Erhöhung der Prozesskosten führt.
Bei der weltweit wachsenden Zahl von Unternehmen, die das optimierte Honen bereits einsetzen, zeigen sich die finanziellen Vorteile. Da der aufwändige Arbeitsgang Laserstrukturieren überflüssig ist, reduzieren sich die Prozesskosten um mindestens 15 %. Die wichtigsten Vorteile liegen jedoch im investiven Bereich. Spiralgleithon-Maschinen sind zwischen 20 und 25 % günstiger als Anlagen zum Laserstrukturieren. Das Verfahren funktioniert sogar auf bereits vorhandenen Honmaschinen. Dies gilt selbst für Anlagen, in denen eine Einrichtung zum Laserstrukturieren integriert ist. Lediglich die Werkzeuge und Prozessdaten müssen an das optimierte Honen angepasst werden. Das überflüssig gewordene Lasermodul wird abgeschaltet. Dadurch reduzieren sich auch die relativ hohen Wartungskosten.
„Spiralgleithonen reduziert Prozesskosten deutlich“
Nachgefragt
Herr Dr. Weigmann, das Spiralgleithonen ist ja schon länger bekannt. Was ist beim optimierten Verfahren anders?
Grundsätzlich funktioniert´s noch genauso. Der Trick sind nach wie vor die steilen Honwinkel. Allerdings erreichen wir heute deutlich kürzere Honzeiten. Waren sie früher zwei bis drei Mal so lang, sind sie heute auf dem Niveau des klassischen Honens.
Was war der Grund für die bisher lange Honzeit?
Um die steilen Winkel zu erreichen, musste das Werkzeug sehr langsam drehen. Das konnten wir nur zum Teil durch höhere Hubgeschwindigkeiten ausgleichen. Ein optimierter Prozess erlaubt jetzt die gleiche Abtragsleistung wie beim klassischen Honen.
Was ist der Vorteil der steilen Honstruktur?
Zum einen erreichen wir damit sehr glatte Oberflächen. Und weil sich die Dicke der Ölschicht auf der Zylinderlaufbahn reduziert, sinkt der Ölverbrauch des Motors. Außerdem bewirken die feinen Strukturen – sie sind lediglich 20 Mikrometer breit –, dass die Kapillarwirkung das Öl in den Riefen hält. Der Effekt ist jenem vergleichbar, der durch die Mikrodruckkammern von Laserstrukturen entsteht. Neben einem geringeren Ölverbrauch ist die reduzierte innere Reibung ein weiterer Vorteil.
Beeinflussen diese Aufhärtungen das Verschleißverhalten?
Unsere Erfahrungen haben gezeigt, dass der Verschleiß an laserstrukturierten Zylinderlaufflächen rund 30 Prozent höher ist als bei optimiert gehonten. Das muss nicht immer so sein, aber er ist auf keinen Fall kleiner. Der Hauptvorteil des Spiralgleithonens liegt jedoch in den Kosten. Gegenüber dem Laserstrukturieren sind die Prozesskosten um mindestens 15 Prozent geringer und das Investitionsvolumen für eine Neuanlage um bis zu 25 Prozent.
Für welche Einsatzfelder eignet sich das Spiralgleithonen?
Es eignet sich fürs Feinbearbeiten der Zylinder aller Viertakt-Diesel- und Ottomotoren, die Grauguss-Laufbahnen haben. Versuche mit anderen Laufflächenwerkstoffen laufen derzeit. hw
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