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TiAlN-Schicht vervierfacht Standzeit von Bohrwerkzeugen

24.02.2010
Auf tausendstel Millimeter genau müssen Einspritzöffnungen in massive Verteilerleisten von Common-Rail-Motoren gebohrt werden. Eine mehrlagige Spezialschicht aus Titanaluminiumnitrid schützt die Werkzeuge wirksam vor Verschleiß und sorgt für deutlich längere Standzeiten.

Jährlich verlassen das Volkswagenwerk Salzgitter rund 1,2 Mio. Motoren aller Art und werden zum Einbau in Fahrzeuge rund um die Welt transportiert. Für jedes Teil gelten Bearbeitungstoleranzen von oft nur tausendstel Millimetern – insbesondere für ein Produkt, das in Zeiten steigender Energiepreise Konjunktur hat, den Common-Rail-Motor.

Seinen Namen hat das verbrauchsarme und laufruhige Diesel-Einspritzaggregat von seinem Herzstück, der gemeinsamen Verteilerleiste. Diese Common Rail speichert den zugeführten Kraftstoff und presst ihn mit geregeltem Druck von bis zu 2200 bar in die einzelnen Zylinder. Erst solch hohe Einspritzdrücke ermöglichen eine optimale Kraftstoffausnutzung und verbesserte Abgaswerte.

Nachschliff und Präparation der Schneidkanten übernimmt werkseigene Schleiferei

Angesichts der enormen Belastungen wird die Verteilerleiste in einem Stück aus hochfestem Stahl (18MnVS6) gefertigt. Dabei verlangt die nötige absolute Dichtigkeit des Systems extrem genaue Bohrungen für die Einspritzöffnungen im schwer zerspanbaren Material – und das reproduzierbar über die gesamte Standzeit der Bohrwerkzeuge hinweg.

Für diese anspruchsvolle Aufgabe suchte man eine passende Beschichtung als Verschleißschutz für die Vollhartmetall-Sonderwerkzeuge. Die zwingenden Vorgaben: Die beschichteten Werkzeuge sollen auch nach mehrfacher Wiederaufbereitung die Leistungsfähigkeit von Neuprodukten erreichen. Den dafür nötigen Nachschliff und die Präparation der Schneidkanten soll die werkseigene Schleiferei übernehmen, die Wiederbeschichtung ein externer Partner.

Nach der Vorauswahl verschiedener Beschichtungsanbieter und intensiven Tests erzielte man die besten Ergebnisse mit der Schicht Balinit Futura inklusive speziell entwickelten Top-Finishs von Oerlikon Balzers. Die mehrlagige und mikrometerdünne Titanaluminiumnitridschicht ist speziell auf Bohroperationen zugeschnitten, hat eine Mikrohärte (HV 0,05) von 3300 und eine maximale Anwendungstemperatur von 900 °C. Bei Versuchen am Werkstück einer Verteilerleiste erreichte sie nach der Wiederaufbereitung des Werkzeugs eine viermal höhere Standzeit als ein Neuwerkzeug.

Schleiferei bringt Erfahrung in der Schneidkantenpräparation ein

Entscheidend bei diesem Erfolg waren die gemeinsame Entwicklungsarbeit und das beiderseitige Spezial-Know-how: Die Schleiferei brachte ihre große Erfahrung in der Schneidkantenpräparation ein, Oerlikon Balzers die Beschichtungskompetenz sowie eine spezielle Vor- und Nachbehandlung der Werkzeuge. Diese Oberflächenaktivierung sorgt für die Beseitigung von Aufschmierungen an den Führungsfasen der Werkzeugschneiden wie auch für die Glättung von Schichtresten und -porositäten, so dass die mehrfache Wiederbeschichtung ohne vorherige Entschichtung problemlos möglich wird. Anschliff, Kantenpräparation, Vorbehandlung und Beschichtung sind genau abgestimmt auf den Anwendungsprozess und erreichen auch nur als Gesamtpaket ihre optimale Wirkung.

Jeden Monat werden durchschnittlich 1000 Werkzeuge im Beschichtungszentrum wiederaufbereitet

Die fruchtbare Partnerschaft drückt sich auch in Zahlen aus: Während etwa im Januar 2008 noch 250 Werkzeuge mit der Balinit-Schicht wiederaufbereitet wurden, sind es jetzt monatlich im Durchschnitt 1000 Werkzeuge. Dies ermöglichte nicht zuletzt der 24-Stunden-Service des Beschichtungszentrums von Oerlikon Balzers in Hildesheim, der inzwischen fünf Mal pro Woche nach Salzgitter und zurück pendelt.

Klare Vorteile für Volkswagen: Die Beschichtungskosten amortisieren sich bereits beim ersten Werkzeugeinsatz, es sind weniger Werkzeugwechsel nötig, die Ausbringung steigt und die Werkzeugkosten sinken.

Gerhard Peyerl ist Vertriebsleiter bei der Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH, 55411 Bingen.

Gerhard Peyerl | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/zerspanungstechnik/articles/251495/

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