DISKUS WERKE Schleiftechnik – Diskusschleifen statt Fräsen

Was die Automobilhersteller in der Fachsprache Zylinderkurbelgehäuse nennen, ist gemeinhin auch als Mo­torblock bekannt. Das massive Bauteil hat unterschiedliche Aufgaben zu be­wältigen, wie beispielsweise die dy­namischen Teile des Kurbeltriebes zu lagern oder als Aggregate-Träger für Wasserpumpe oder Lichtmaschine zu dienen. Um dem Verschleiß vorzubeu­gen werden die Zylinderlaufbuchsen eines Motorblocks sehr oft aus Gussei­sen gefertigt und noch in der Gießerei mit dem Aluminium-Motorblock ver­bunden. Aufgrund der unterschied­lichen Materialbeschaffenheit ist die übliche Fräs-Bearbeitung der oberen Planfläche anspruchsvoll und auf Werkzeugseite sehr kostenintensiv. Mit der Planschleif-Technologie der DISKUS WERKE Schleiftechnik GmbH, dem DVS-Unternehmen mit dem größ­ten Erfahrungsschatz bei der Schleif­bearbeitung von Motorenkomponen­ten, konnten diese Kosten signifikant reduziert werden. Dabei übertrafen die Bearbeitungsergebnisse deutlich die Erwartungen.

Früher stellten die Automobilbauer die Motorblöcke komplett aus Grauguss her. Heute dagegen nutzen sie in modernen Kraftfahrzeugen aus Gewichtsgründen den Werkstoff Aluminium-Druckgruß. Bei Zylinderlaufbuchsen ist Grauguss bei vie­len Herstellern nach wie vor das Material der Wahl. Denn nur wenige schaffen es, die Pendants aus Leichtmetall verschleiß­fest zu beschichten. Reines Aluminium ist dafür schlichtweg ungeeignet. Die Lauf­buchsen aus GGG (globularer Grauguss) werden bereits in der Gießerei in den Alu­minium-Motorblock eingegossen. In die­sem Schritt stecken jedoch die berühmten zwei Seiten einer Medaille: Für die spätere Bearbeitung des Zylinderkurbelgehäuses ist er von Nachteil, für die Lebensdauer hingegen von Vorteil.

Zwei Materialien, zwei Herausforde­rungen

Kniffelig wird es bei der Weiterverarbei­tung. Denn beim Fräsprozess treffen zwei Materialien und ein einziges Werkzeug aufeinander: Das relativ weiche Alumini­um Druckguss-Gehäuse und die relativ harten Laufbuchsen. Beim diesem Zer­spanungsschritt liegt die Schwierigkeit im optimalen Keilwinkel der einzusetzenden Werkzeuge und deren Materialien. Für optimale Bedingungen unterscheiden sich die Keilwinkel der verschiedenen Materia­lien um 5 bis 8 Grad. Auch die Härte der Schneiden variiert. Da beim Planfräsen der Brennraumdichtfläche zwei verschiedene Materialien zeitgleich zerspant werden müssen, ist die einzige Lösung bestenfalls ein Kompromiss zwischen Keilwinkel und Schneidplattenmaterial. In der Praxis bedeutet das, dass die ge­wählten Paarungen aus Keilwinkel und Schneidenmaterialien weder für das eine noch für das andere Material, dauerhaft zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Als Konsequenz reduziert sich die Schnittleis­tung des Fräswerkzeuges. An den Schnitt­kanten baut sich Material auf, es entste­hen leichte Verrundungen. Diesen Effekt, der Blechmantelbildung, kennt man auch bei falsch ausgelegten Schleifscheiben. Die Folge: Die Einsatzdauer des Fräswerkzeu­ges verringert sich. Je nach Schneidstoff­material wie Hartmetall oder CBN (cubic boron nitride) lassen sich 500 bis 1.200 Werkstücke bearbeiten, ehe ein Schwes­terwerkzeug eingewechselt werden muss.

Planschleifen statt Fräsen

Der Pionier im Schleifen, die DISKUS WERKE Schleiftechnik GmbH, kennt diese Problematik. Seit über 100 Jahren beschäf­tigt sich das Dietzenbacher Unternehmen mit Planseiten-Schleifen und Doppel-Plan­seiten-Schleifen. Der Technologieführer zeigte sich in diesem Fall äußert erfinderisch: Er ersetzte das Fräsen durch die Planschleif- Technologie. Mit einer richtig ausgelegten, konventionellen Schleifscheibe ist es nun möglich, circa 10.000 Motorblöcke ohne Zwischenabrichten zu bearbeiten. Beim Vergleich der Werkzeugkosten stellte sich heraus, dass das Schleifwerkzeug auf­grund der hohen Standzeit mit ca. 0,018 € pro Werkstück nur zehn Prozent der Kosten verursacht, die beim Fräsvorgang entstehen. Außerdem sind die Werkstücke so präzise geschliffen, dass deren Toleran­zen nur zu einem Drittel genutzt werden.

90% weniger Werkzeugkosten

Die geforderten Toleranzen der Brenn­raumdichtfläche sind entsprechend der späteren Funktion im Zusammenspiel mit Zylinderkopf und Dichtung zwischen bei­den Bauteilen klein gehalten. Die in der Tabelle in der Galerie ersichtlichen Toleranzen sind diesbezüglich kritisch zu bewerten. Besonderes Augenmerk liegt auf Wellig­keit und Ebenheit, da diese Toleranzen direkten Einfluss auf die Lebensdauer der Zylinderkopfdichtungen haben. Die Paral­lelität zur Kurbelwellenachse beziehungs­weise Ölwannenfläche gewährleistet einen problemlosen Antrieb der Nocken­wellen und gleichgroße Brennräume, im Zusammenspiel mit dem Zylinderkopf. Bei der Parallelität zur Ölwannenfläche ist zu berücksichtigen, dass die Toleranzen aus der Vorfertigung, dem Fräsen der Öl­wannenfläche, einbezogen werden. Diese Fertigungsabweichungen minimieren die vorgegebene Toleranz beim Schleifen der Brennraumfläche. Bei Bedarf kann die Kur­belwellengasse auch als Bezugsebene ge­nommen werden.

Fazit: Verglichen zur konkurrierenden Frästechnologie können die angegebenen Fertigungstoleranzen bei deutlich geringe­ren Werkzeugkosten prozesssicher erreicht werden.