Hochleistungsbohrer für Automobilindustrie Effiziente Serienfertigung von Abgasturbolader

Wie sich die Wirtschaftlichkeit bei der Serienfertigung von Abgasturboladern (ATL) für Ottomotoren erhöhen lässt, zeigt ein neuer Hochleistungsbohrer. Gemeinsam mit Herstellern aus der Automobilindustrie entwickelt, erreicht dieser bei der Bearbeitung von hochwarmfestem Edelstahl einen bis zu dreimal höheren Standweg.

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Karl-Heinz Müller Präzisionswerkzeuge GmbH

Seit Jahren ist das „Downsizing“ ein prägender Trend in der Automobilindustrie: Mit Blick auf die Umweltgesetzgebung setzen Automobilhersteller vermehrt auf Ottomotoren mit kleinem Hubraum und großer Leistung sowie geringem Verbrauch. Ermöglicht werden die sparsamen Downsizing-Motoren durch die neue Abgasturbolader-Generation mit verstellbarer Turbinengeometrie (VTG). Sie sorgt für ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und eine deutliche Effizienzsteigerung, vergleichbar mit einem Dieselmotor.

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Herausforderung Abgastemperaturen

Abgasturbolader mit VTG sind bei Dieselmotoren schon lange Standard. Bei Benzinmotoren scheiterte eine effektive und wirtschaftliche Bearbeitung in Großserienfertigung bis dato allerdings an Abgastemperaturen von über 900 °C, die ein hochtemperaturbeständiges Materialgefüge aus Chrom, Nickel und Silicium erfordern. Die hitzebeständigen Edelstähle besitzen auch bei über 600 °C noch eine hohe Zunderbeständigkeit gegenüber oxidierender und reduzierender Atmosphäre, neigen aber zum Aufbau beziehungsweise sind besonders zäh. Dieser Herausforderung stellt sich Müller Präzisionswerkzeuge mit dem Croniplus, einem speziell für die wirtschaftliche Serienfertigung von Abgasturboladern mit VTG für Ottomotoren entwickelten Hochleistungsbohrer.

Seit 35 Jahren produziert Müller Präzisionswerkzeuge VHM-Sonderwerkzeuge zum Bohren, Fräsen und Senken in Großserienfertigung – ausschließlich in Deutschland. Der Spezialist für Sonderwerkzeuge unterstützt dabei vor allem Automobilzulieferer, Maschinenbauer, Lohnfertiger und andere Metall bearbeitende Unternehmen, die regelmäßig oder in großer Stückzahl Bauteile und andere Werkstücke fertigen.

Die Ingenieure bei Müller Präzisionswerkzeuge sind stets gefordert, ihre technischen Kenntnisse einzubringen und weiterzuentwickeln, um mit innovativen Lösungen eine Antwort auf aktuelle Problemstellungen in der Großserienfertigung zu haben – Stichwort Effektivität und Wirtschaftlichkeit bei der Serienfertigung von Abgasturboladern. Gemeinsam mit namhaften Kunden aus der Automobilindustrie hat Müller Präzisionswerkzeuge deshalb den Hochleistungsbohrer Croniplus entwickelt und in der Serienfertigung intensiv getestet.

Geringe Aufbauschneidenbildung

Der Hochleistungsbohrer verfügt über eine neu entwickelte Stirngeometrie, ein innovatives Spanraumdesign sowie über eine speziell geglättete Oberflächenstruktur für höchste Schärfe. Er ist speziell auf die rationelle Bearbeitung von hochwarmfesten Edelstählen und zähen Stählen ausgelegt. Größter Pluspunkt dabei ist die geringe Aufbauschneidenbildung und die geringere Temperatur im Bauteil, welche die Prozesssicherheit der Folgebearbeitung verbessert. So wird zudem verhindert, dass der Span mit der Hauptschneide verklebt und beim prozessbedingten Abreißen dieser Partikel Ausbrüche an der Schneidkante entstehen. Damit lässt sich der im Prozess der Großserienfertigung entstehende Span kontrollieren und dem Werkzeugverschleiß entgegenwirken.

Verschiedene Tests in der Abgasturbolader-Fertigung bei Automobilzulieferern zeigen die hohe Leistungsfähigkeit des Croniplus bei praktischen Anwendungen. Der Hochleistungsbohrer wurde unter anderem für die Bohrbearbeitung verschiedener Turboladergehäuse und Nozzel-Ringe eingesetzt.

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Für das Turbinengehäuse eines Turboladers kam für den Werkstoff 1.4848 (hitzebeständiger Edelstahl) ein Croniplus-Stufenbohrer mit 8,0 auf 12,0 mm Durchmesser zum Einsatz. Der Croniplus erreichte bei dieser Aufgabe eine Schnittgeschwindigkeit von v_c = 40 m/min und einen Vorschub von f = 0,2 mm pro Umdrehung. Das entsprach einer Standmenge von 60 Teilen und einem Standweg von 7,2 m. Der zum Vergleich eingesetzte marktübliche Bohrer kam bei gleicher Schnittgeschwindigkeit und gleichem Vorschub auf eine Standmenge von nur 35 Teilen und einem Standweg von 4,2 m. Ähnliche Ergebnisse zeigen auch die Daten von Bohrungen mit dem Croniplus (12 mm Durchmesser) an einem Turboladergehäuse aus dem Werkstoff 1.4849. Die Standmenge betrug bei marktüblichen Bohrern 600 Teile – was einem Standweg von 5,1 m entspricht. Das Sonderwerkzeug Croni­plus erreichte hingegen einen fast verdoppelten Standweg von 9,35 m und kam damit auf eine deutlich größere Menge bearbeiteter Teile (Standmenge 1100).

Noch deutlicher sind die Ergebnisse bei einem Bauteil: dem Nozzel-Ring – für die verstellbare Turbinengeometrie (VTG), das Herzstück des Abgasturboladers. Er verleiht dem Ottomotor ein hohes Drehmoment und eine deutliche Effizienzsteigerung. Für den zu bearbeitenden Werkstoff Pleuco mit 19 % Chrom und 19 % Nickel kam ein Croniplus-Stufenbohrer mit 4,3 auf 8,0 mm Durchmesser zum Einsatz. Marktübliche Bohrer erzielten hier eine Schnittgeschwindigkeit von v_c = 40 m/min bei einem Vorschub von f = 0,1 mm pro Umdrehung – ein Standweg von lediglich 8 m (1000 Bohrungen). Zum Vergleich: Der Croniplus kommt auf einen Standweg von 28 m mit einer Schnittgeschwindigkeit von v_c = 53 m/min und einem Vorschub von f = 0,14 mm pro Umdrehung. Er konnte den Standweg also mehr als verdreifachen und mit 3500 Bohrungen eine deutlich höhere Menge bearbeiteter Teile abhandeln.

Als Sonderwerkzeug konzipiert, lässt sich der Croniplus speziell an die Gegebenheiten anpassen. Anwender erhalten durch den Bohrer eine geringe Aufbauschneidenbildung und einen bis zu dreimal höheren Standweg. Sie reduzieren dadurch Fertigungskosten sowie die Takt- und Bearbeitungszeiten deutlich.

*Mathias Schmidt ist Geschäftsführer der K.-H. Müller Präzisionswerkzeuge GmbH in 55758 Sien, Tel. (0 67 88) 97 98-0, info@mueller-sien.de

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