(openPR) Zwei Köpfe, doppelte Effizienz
Viele Laser schweißen, manche schneiden und einige drucken sogar Bauteile. Doch unter der Vielzahl von möglichen Anwendungen zählt das Laseraufrauen eher zu den seltenen. Vielleicht liegt es ja auch an der Effizienz, sagte sich die Firma Nagel und entwickelte eine Laseraufrauanlage mit zwei Laserköpfen für die Bearbeitung von Motorblöcken.
Die Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH in Nürtingen hat sich einen Namen gemacht mit Produktionstechnik für die Bearbeitung von Zylinderkurbelgehäusen. Der Trend geht hier hin zu kleinen, kompakten und leichten Motorblöcken mit hoher Leistung. Bewährt haben sich wegen des geringen Gewichts und der guten Wärmeleiteigenschaften hochfesten Aluminiumlegierungen, die sich aber nicht als Werkstoffe für die Lauffläche für Kolben und Kolbenringe eignen. Als Gegenmaßnahme kommen daher oft Stahllaufbuchsen zum Einsatz.
Doch wie entsteht u.a. aus Stahllaufbuchsen und Aluminiumgrundkörper in zuverlässiger Hybridbauweise ein Motorblock, der über Tausende von gefahrenen Kilometern hinweg zuverlässig den extrem hohen mechanischen und thermischen Belastungen eines heutigen Autolebens standhält? Das Erfolgsgeheimnis besteht in einer prozesssicheren Kombination unterschiedlicher Verfahren. „Früher wurden Stahlbuchsen eingepresst oder eingegossen, die Siliziumschichten für die Lauffläche besaßen“, blickt Konstruktionsleiter Dr. Günther Roth zurück. „Heute geht der Trend hin zu besonders dünnen Stahlschichten, die zum Beispiel mit Plasmatechnik aufgetragen werden.“ Abschließend folgt das Honen der Stahlschichten.
Vor dem Auftragen muss die Zylinderbohrung aufgeraut werden, damit eine zuverlässige, formschlüssige Verbindung entsteht. Statt für herkömmliche Verfahren wie Sandstrahlen und Drehen von Haltenuten entschieden sich die Nürtinger für das Laseraufrauen, das sich bereits bei einem namhaften Hersteller der Automobilindustrie bewährt hat, der in eigener Regie eine Anlage entwickelt und gebaut hat.
Anlagen zum Laseraufrauen gibt es zwar bereits, doch Nagel entschied sich für eine Eigenentwicklung, bei der das Unternehmen auf die Zusammenarbeit mit leistungsfähigen Partnern setzt: Unterstützung erhielt das Unternehmen von dem bekannten, großen Automobilhersteller mit der langjährigen Expertise beim Laseraufrauen, den Laserkopf hat das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) entwickelt, das 2-KW-Festkörper-Lasersystem (Ytterbium) stammt von IPG Laser und das Absaugsystem von Keller. „Ohne diese Technologiepartner wären wir bei der Entwicklung nicht so gut und schnell vorangekommen“, meint Dr. Roth. „Wir konnten dank unserer Erfahrung beim Bau von Honmaschinen eine völlig neue Anlage mit zwei Laserköpfen realisieren.“ Im Gegensatz zu sonst üblichen Maschinen mit einem Laserkopf entstand eine Anlage mit zwei Laserköpfen. Die sehr schmalen Laserköpfen können mit einem minimalen Abstand von 150 mm angeordnet werden, denn das ist der Standardabstand für Nagel-Honspindeln, der laut Dr. Roth zum Honen von allen üblichen Motorblöcken ausreicht.
Ein Glasfaserkabel leitet den Laserstrahl aus der Ytterbium-Strahlquelle auf das Laserkopf-Duo, das mittels Axialschlitten und Rotationseinheit spiralförmig über die Bohrung geführt wird. „Weil wir mit zwei Laserköpfen arbeiten, läuft das gleichmäßige, spiralförmige Aufrauen im Prinzip doppelt so schnell wie mit einer Einzelkopfmaschine ab“, erklärt der Konstruktionsleiter. „Diese Arbeitsweise ist uns sehr vertraut, weil wir diese Strategie auch in unseren Honmaschine erfolgreich seit Jahren anwenden.“ Nach dem Aufrauen besitzen die Zylinderbohrungen eine „Sägezahn“- strukturierte Oberfläche mit einer gemittelten Rautiefe von mindestens 30 µm, die das Auftragen von wenige hundert µm dünnen thermischen Spritzschichten erlaubt, die anschließend per Honen den letzten Schliff erhalten. „Das Laseraufrauen gilt als der Königsweg beim Beschichten, weil es für eine sehr gute innige Verbindung der Aluminiummatrix mit der Laufschicht sorgt.“ Die Sägezahnstruktur lässt sich dabei sehr genau einstellen um die Haftzugfestigkeit der Spritzschicht auf dem Aluminium zu gewährleisten.
Nagel demonstriert anhand einer Versuchsanlage, wie sich mit zwei neuen Laserköpfen Zylinderbohrungen von Motorblöcken nahezu doppelt so schnell wie mit konventioneller Einkopf-Technik aufrauen lassen.
