Honen EMO zeigt konkurrierende Verfahren

Frankfurt am Main (si) – Mit der Diskussion um den Treibhauseffekt rückt auch das Honen wieder in den Vordergrund: Es verringert die Reibung zwischen Kolben und Zylinder in Verbrennungsmotoren, berichtet der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW). Sowohl Laser-Honen als auch Spiralgleithonen verheißen deutliche Vorteile. Welche Potenziale sie bieten, soll die EMO Hannover 2007 zeigen.

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Eine Verringerung der Schadstoffemissionen verspricht das so genannte Laser-Honen, eine Kombination aus Laserstrukturieren und Honen. Dabei werden in die Zylinderlaufbahnoberfläche mittels Laserstrahlen Mikrostrukturen eingebracht. Dies sind mikroskopisch kleine Taschen, in denen sich das Öl sammelt und so auch unter extremen Bedingungen für einen sicheren Schmierfilm sorgt.

Dr.-Ing. Tobias Abeln, Leiter Forschung & Entwicklung im Technologiezentrum der Gehring GmbH & Co. KG in Ostfildern, erklärt: „Die Kolbenringe schwimmen auf wie ein Reifen bei Aquaplaning. Dadurch werden der Ölverbrauch und damit die Emissionen reduziert sowie die Reibungsverluste vermindert. Das führt zu geringerem Verschleiß und Kraftstoffverbrauch.“ Bis zu 85% weniger Ölverbrauch, weniger Schadstoffe und weniger Kraftstoffverbrauch sind das Ergebnis.

Das Laser-Honen ist, sagt Abeln, bedeutend wirtschaftlicher als andere Laserprozesse zur Bearbeitung von Zylinderoberflächen und zudem deutlich schneller. Der erste Entwicklungsschritt im Hause Gehring war die Bearbeitung der Zylinderlauffläche im Bereich des oberen Kolbenumkehrpunktes. Die Weiterentwicklung sieht die komplette Bearbeitung der gesamten Zylinderlauffläche vor. Dadurch steige das Einsparpotenzial nochmals beträchtlich.

Durch die weiter verringerte Reibung können auch die Kolbenringe angepasst werden, was zu einem noch leichteren Motorenlauf führt. Prüfungen der Universität Hannover an einem Versuchsmotor ergaben bei optimaler Auslegung Kraftstoffeinsparungen von über 6%.

Zahlreiche weitere Anwendungsfelder in der Erprobung

Opel beispielsweise setzte das Laser-Honen seit 2002 bisher nur in der Serienfertigung von Dieselmotoren ein. Bei Laufleistungen von rund 160000 km wurden 70 bis 85% weniger Öl verbraucht und 50 bis 60% weniger Verschleiß gegenüber nicht strukturierten Vergleichsmotoren gemessen.

Seit Anfang 2006 wird die der Laserstrukturierung auch in der Produktion von Benzinmotoren angewendet. Abeln betont: „Die Bearbeitungszeit liegt innerhalb der Taktzeit der gesamten Fertigungslinie.“

Jetzt auch Einsatz im Flugzeugbau

Seit neuestem können durch die Bearbeitung mit hochpräzisen Honmaschinen nun auch die Reibeigenschaften besonders belasteter Flugzeugkomponenten, insbesondere Triebwerksteile, deutlich verbessert werden. „Darüber hinaus bietet sich das von uns entwickelte Laser-Honen beispielsweise auch für die Bearbeitung von Flugzeug-Kolbenmotoren an“, sagt Abeln.

Gleichzeitig werde dieses Verfahren auch für andere Anwendungsbereiche erprobt. Dabei handelt es sich längst nicht nur um Motorenteile wie die Kurbelwelle, die Stirnfläche des großen Pleuelauges oder die Axialgleitlager. Auch die produktionstechnisch vorgelagerten Werkzeuge zum Formen und Stanzen sowie Ziehwerkzeuge stehen im Fokus der Optimierung mit Blick auf den Vorteil der Hontechnologie für höhere Standzeiten und effizientere Produktion.

Die Entwicklungsziele bei Gehring bis 2010 sehen unter anderem vor, das Laserstrukturieren auch für zahlreiche andere Anwendungsbereiche einzusetzen, das Honen hochverschleißfester Werkstoffe und Beschichtungen zur Serienreife zu entwickeln und das Mikrohonen (Bohrungen unter 1 mm) zu einem neuen Standard zu entwickeln.

Spiralgleithonen „macht Laser überflüssig“

Mit dem Laser-Honen konkurriert das Spiralgleithonen. „Lange Zeit wurde das Laserstrukturieren zur Bearbeitung von Zylinderlaufbahnen favorisiert, um Ölverbrauch, Verschleiß und Reibung zu reduzieren“, sagt Dr.-Ing. Uwe-Peter Weigmann, Leiter Hontechnologie-Entwicklung der Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik in Nürtingen. Sein neues Honverfahren mache den Einsatz eines teueren Lasersystems jedoch überflüssig. Untersuchungen und der Einsatz in der Praxis hätten gezeigt, „dass die Zukunft im Gleithonen liegt“.

Beim Spiralgleithonen führt ein vergrößerter Honwinkel dazu, dass sich im Vergleich zum Laserstrukturieren der Ölverbrauch nicht erhöht. Dies müsse auch nicht mit Nachteilen in der Lebensdauer oder den Reibwerten erkauft werden. Weigmann gibt zu bedenken, dass laserstrukturierter Flächen bei mikroskopischer Betrachtung an den Rändern und in der Tiefe der Strukturen eine Reihe von Unstetigkeiten und Unregelmäßigkeiten in der Struktur und Härte der Oberflächenrandzone zeigen.

Vergleichstests an PKW- und LKW-Motoren hätten laut Weigmann gezeigt, dass bei einer Laufzeit von 700 Betriebsstunden an den laserstrukturierten Zylinderlaufflächen der Verschleiß um etwa 30% höher sei als bei den Laufflächen, bei denen das optimierte Spiralgleithonen angewandt wurde. Zudem seien gegenüber dem Laserstrukturieren die Prozesskosten um mindestens 15% geringer und das Investitionsvolumen für eine Neuanlage sogar um bis zu 25%.

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