Zerspanungslösungen für Verbrennungsmotoren

Fokuskomponenten aus dem Bereich ICE

Zylinderkopf

Zylinderkopf

Im Pkw-Bereich wird der Zylinderkopf in der Regel aus Aluminiumlegierungen gegossen, wobei sich je nach Motorkraftstoff der Aufbau und die zu bearbeitende Merkmale leicht unterscheiden. Er wird auf das Zylinderkurbelgehäuse aufgesetzt und ist für die Kraftstoff- und Frischluftversorgung zuständig. Der Zylinderkopf ist aufgrund seiner extrem hohen Qualitäts- und Toleranzanforderungen die anspruchsvollste zu zerspanende Komponente in der Motorenfertigung. Durch die präzise Ventilsteuerung im Ventiltrieb oder auch durch minimale Reibungsverluste der Nockenwellenlagerung wird der Kraftstoffverbrauch und somit auch der Emissionsausstoß bereits vor dem Verbrennungsvorgang verringert.

Highlightbearbeitungen:

• Ventiltrieb
• Injektorbohrung
• Nockenwellenlagerbohrung
• Wasserstopfenbohrung 

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Zylinderkurbelgehäuse

Zylinderkurbelgehäuse

Das Zylinderkurbelgehäuse oder auch Motorblock genannt ist das zentrale Element jedes Verbrennungsmotors. Je nach Fahrzeugmodell und Motorgröße gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Bauarten und Größen, vom 2-Zylinder Reihenmotor bis zur 12-Zylinder V-Anordnung. Aufgrund des Gewichtsvorteils kommen im Automobilbereich heutzutage überwiegend Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Dies zwingt die Automobilhersteller speziell bei der Zylinderbohrung zur Verwendung von Gussbuchsen oder verschleißfesten Beschichtungen, um eine hohe Laufleistung zu garantieren. Dadurch treffen Werkzeughersteller bei der Zerspanung vermehrt auf Mischbearbeitungen oder äußerst abrasive Beschichtungen. Durch die erhöhten Verbrennungsdrücke moderner Motoren steigen auch die mechanischen und thermischen Belastungsanforderungen, was unter anderem zu steigenden Qualitätsanforderungen der zu bearbeitende Merkmale führt. 

Highlightbearbeitungen:

• Zylinderbohrung 
• Wasserpumpenbohrung 
• Kurbelwellenlagerbohrung 

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Pleuel

Pleuel

Bei den wechselhaft stark beanspruchten Pleuelstangen kommen hochfeste Stahlwerkstoffe wie 70MnVS4 oder C70 zum Einsatz. Die lineare Bewegung der Kolben wird in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgewandelt. Um die bewegte Masse während des Motorbetriebs zu reduzieren, wird das Gewicht der Bauteile auf ein Minimum reduziert. So entstand über die Jahre eine enorme Variantenvielfallt mit zum Beispiel Parallel-, Trapez- oder Stufenformen, die speziell bei der Bearbeitung des kleinen Pleuelauges unterschiedlichste Anbohrsituationen mit sich bringen. Aufgrund der enormen Produktionsstückzahlen steht in der Serienfertigung die Wirtschaftlichkeit im besonderen Fokus der Hersteller.

Highlightbearbeitungen:

• Großes Auge
• Kleines Auge
• Schraubenlochbohrung

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Turbolader

Turbolader

Um die Effizienz und die Leistung moderner Verbrennungsmotoren zu steigern, werden heutzutage vermehrt Abgasturbolader eingesetzt. Durch die komprimierte Luftzufuhr über den Turbolader wird der Wirkungsgrad von Motoren gesteigert und zugleich der Emissionsausstoß verringert. Bei Drehzahlen von bis zu 300.000/min  müssen die Qualitätsanforderungen speziell an Koaxialität und Rundheit zwingend eingehalten werden. Extrem abrasive, hochlegierte Werkstoffe speziell auf der Abgasseite verlangen bei der Werkzeugauslegung höchste Verschleißfestigkeit der Zerspanungswerkzeuge. Werden hierfür die Werkzeugstandmengen bei den unterschiedlichen Bearbeitungen auch nur um wenige Bauteile erhöht, hat dies für die Hersteller einen enormen Kostenvorteil. 

Highlightbearbeitungen Turboladergehäuse:

• Innenkonturbearbeitung
• Anschlussbearbeitung Abgaskrümmer
• Steuerbolzenbohrung
• Anschlussfläche Turboladergehäuse
• Eckfräsen der Flächen

Highlightbearbeitungen Impeller / Flügelrad:

Heissseite:

• Achsbohrung 
• Wuchtfläche 

Kaltseite:

• Achsbohrung
• Wuchtfläche
• Flügelbearbeitung 

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Kipp-/Rollenschlepphebel

Kipphebel / Rollenschlepphebel

Wichtig für die Leistung und die Effizienz von Verbrennungsmotoren ist die hochpräzise Steuerung der Ventile für Ein- und Auslass. Im Automobilbereich werden in der Regel vier Ventile pro Zylinder angesteuert, wobei zwei den Einlass für Frischluft oder Luft-Kraftstoffgemisch und die anderen zwei den Abgasauslass steuern. Je nach Motorauslegung werden bei OHV- und SOHC-Ventilansteuerungen verschiedene Kipphebel oder Rollenschlepphebel eingesetzt, um die Reibung und den damit verbundenen Verschleiß der beweglichen Teile auf ein Minimum zu reduzieren. Zudem kann über die integrierten Einstellscheiben das Ventilspiel ein- und nachgestellt werden, um einen optimalen Verbrennungsprozess zu garantieren und möglichen Motorschäden vorzubeugen.

Highlightbearbeitungen:

• Passbohrung
• Lagerbohrung

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Rail

Rail

In Dieselmotoren bekannt als Common Rail, wird inzwischen auch in jedem zweiten Benziner-Neuwagen der Kraftstoff über effiziente Direkteinspritzungen in den Brennraum eingespritzt. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wir hier erst im Brennraum gebildet . Dies ermöglicht leistungsstärkere Ottomotoren bei reduziertem Kraftstoffverbrauch und niedrigere Abgas-Emissionen. Die steigenden Druckanforderungen von bis zu 2.500 Bar sind ausschlaggebend für die Verwendung von mäßig bis schwer zerspanbarer Werkstoffe wie Stahlguss oder Edelstahl.

Highlightbearbeitungen:

• Hochdruckanschluss
• Injektorbohrung
• Endenbearbeitung
• Anschlussbearbeitung 
• Zentrale Railbohrung

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Kurbelwelle

Kurbelwelle

Die grundlegende Bauform der Kurbelwelle wird maßgeblich durch die Anzahl der Zylinder und der Motorauslegung vorgegeben. Allerdings müssen die meist geschmiedeten Stahlwellen zur Emissionsreduzierung immer gewichtsärmer werden. So sind bei der Herstellung der ohnehin aufwendigen Komponenten zusätzliche Bearbeitungsoperationen nötig. Zudem wird aufgrund der steigenden Verbrennungsdrücke moderner Motoren die Kurbelwelle stets erhöhten Biegungs- und Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt, was erhöhte Qualitätsanforderungen mit sich bringt.

Highlightbearbeitungen:

• Flansch- und Zapfenfläche
• Ölbohrung
• Zentrale Erleichterungsbohrung
• Stirnlagerbohrung

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Plan- und Dichtflächen

Plan- und Dichtflächen

Die Bearbeitung ebener Dichtflächen im Verbrennungsmotor erfordert höchste Maßhaltigkeit, Ebenheit und Oberflächengüte – oft unter trockenen Bedingungen. MAPAL bietet dafür leistungsstarke Planfräswerkzeuge mit maximaler Zähnezahl, stabiler Werkzeugauslegung und optimaler Spanabfuhr. Ob Schruppen oder Schlichten: Die Lösungen sind auf Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und Bauteilqualität ausgelegt.

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