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Spankontrolle durch Hochdruck-Innenkühlung

: Paul Horn


Bei KS Kolbenschmidt gehört das Stechen der Nuten für Kolbenringe zur essenziellen Standardoperation. Nutenbearbeitung ist aber auch für P. Horn, in Österreich vertreten durch Wedco, das Betätigungsfeld, in dem das Unternehmen traditionell seine besondere Stärke beweisen kann. Keine Frage, dass sich hier zwei Partner gefunden haben, die mit ihrem Wissen, ihrer Erfahrung und neuen Ideen die Technik des Nutenstechens immer wieder einen Schritt nach vorne bringen.

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Vor- und Fertigstechen der Kolbenringnuten mit f = 0,25 mm/U und gezieltem Kühlmittelstrahl mit 80 bar Hochdruck aus dem Spannfinger sorgt für kurze Späne und hohe Prozesssicherheit.

Vor- und Fertigstechen der Kolbenringnuten mit f = 0,25 mm/U und gezieltem Kühlmittelstrahl...

Das zum Automobilzulieferer KSPG AG gehörende Unternehmen KS Kolbenschmidt GmbH in Neckarsulm (D) fertigt Kolben mit Durchmessern zwischen 160 mm und 640 mm. Eingesetzt werden sie z. B. in stationären Dieselmotoren, Schiffen, Powerstationen und Lokomotiven. Bis zu 2.000 kW pro Zylinder fordern höchste Fertigungsqualität bei den Kolben. Verwendete Werkstoffe und Werkstoffpaarungen sind Alu, Alu/Stahl, GGG70/Stahl oder Stahl/Stahl. In modernen Motoren werden heute immer „gebaute“ Kolben verwendet. Die Werkstoffpaarung richtet sich dabei nach den jeweiligen Anforderungen. Außer bei reinen Aluminiumkolben ist das Oberteil immer aus Stahl. KS Kolbenschmidt verwendet hierfür den Stahlwerkstoff 42CrMo4V mit einer Zugfestigkeit bis 1.200 N/mm². Ein schwierig zu bearbeitender Werkstoff – zäh, hart und schwer zerspanbar.

Niedriger KSS-Druck machte Probleme

Die Nuten für die Kolbenringe im Kolbenoberteil sind je nach Ausführung 3 bis 10 mm breit und bis zu 25 mm tief. Sie werden in der ersten Operation ins Volle vorgestochen. In der zweiten Operation folgt das Fertigstechen der Flanken und des Nutgrunds.

Seit zwölf Jahren ist P. Horn Werkzeugpartner für das Nutenstechen. Anfänglich verursachte das Stechen der Kolbenringnuten auf älteren Maschinen ohne Hochdruck-KSS-Pumpe und ohne Innenkühlung einige Probleme. Lange Späne im Arbeitsraum verhinderten die gewünschte Prozesssicherheit. Immer wieder musste die Maschine angehalten werden, um
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Der Klemmhalter vom Typ 218 am VDI-Halter, bestückt mit Wendeschneidplattentyp S229 mit Geometrie „.L“, kommt beim Vorstechen zum Einsatz.

Der Klemmhalter vom Typ 218 am VDI-Halter, bestückt mit Wendeschneidplattentyp...

mit dem Haken die störenden Späne zu entfernen. Der Werkzeugpartner Horn entwickelte für diese schwierige Applikation spezielle Geometrien, die zwar zu einer verbesserten Spankontrolle führten, aber nur mit ganz exakt eingestellter KSS-Düse. Die acht bis zehn bar Kühlmitteldruck waren aber einfach zu wenig für einen optimalen Stechprozess.

KSS mit Hochdruck-IK führte zur Problemlösung

Als dann in leistungsstarke WFL-Dreh-Fräs-Zentren mit Hochdruck-Innenkühl-Einrichtung bis 80 bar investiert wurde, trat Wolfgang Köhler, für das Toolmanagement bei KS Kolbenschmidt zuständig, mit einer anspruchsvollen Forderung an den zuständigen Horn-Außendienstmitarbeiter Armin Jaud heran. Um die technologischen Möglichkeiten der neuen Drehbearbeitungszentren auszunutzen, sollte Horn ein durchgängiges innengeführtes KSS-System entwickeln – von der Maschinenschnittstelle durch den Grundhalter bis an die Schneide – ohne externe KSS-Führung.

Horn und KS Kolbenschmidt gingen zur Entwicklung einer integrierten Innenkühlung eine Entwicklungspartnerschaft ein – mit KS Kolbenschmidt als Pilotkunden für das inzwischen standardisierte IK-System, basierend auf dem Standard-Haltersystem 218 mit Wendeschneidplattentyp S229.

Zwei Systeme – gleicher Vorteil

Zwei Systeme von Horn nutzt
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Die Partnerschaft zwischen KS Kolbenschmidt und P. Horn bei der Bearbeitung der Kolbenringnuten für Großkolben führte zur Entwicklung der Hochdruck-Innenkühlung.

Die Partnerschaft zwischen KS Kolbenschmidt und P. Horn bei der Bearbeitung...

KS Kolbenschmidt seither zum Stechen der Nuten: einen HSK-100-Grundkörper mit Kassettensystem Typ 220 an der Dreh-Bohr-Fräs-Einheit sowie einen VDI-Halter mit Klemmhalter Typ 218 für die Adaption am Revolver.

Beim Klemmhalter 218 sorgt ein fester Anschlag für die KSS-Übergabe und stützt beim radialen Schnitt zusätzlich den hohen Schnittdruck ab. Sowohl beim HSK-100-Halter als auch beim VDI-Halter, kommen Wendeschneidplatten des Typs S229 zum Einsatz. Beim Vorstechen ins Volle hat sich die Geometrie „.L“ als optimale Ausführung bewährt. Vorschübe von f = 0,25 mm/U sorgen in allen Breitenbereichen für kurze und kontrollierte Späne. Zum Fertigstechen der Flanken und des Nutgrundes zeigte die Geometrie „.5“ die besten Ergebnisse. Bei ap = 0,5 mm und f = 0,25mm/U entstehen nur ganz kurze Kommaspäne. Beschichtet sind beide Schneidplattenvarianten mit der bewährten Horn-Beschichtung AS66.

Sichere Spankontrolle durch Hochdruck-IK

Der innengeführte KSS tritt bei beiden Varianten – HSK 100, als auch VDI – mit gezieltem Strahl aus der Düse im Spannfinger aus und trifft mit kräftigen 80 bar direkt auf die Wirkzone der Schneide, dort wo die größte Reibung und höchste Temperatur entsteht. Gleichzeitig hebt der Hochdruckstrahl den Span an und fördert zusätzlich – auch durch Abschreckung
– den Spanbruch.



Die Ergebnisse konnten sich sehen lassen: Kurze, kontrollierte Späne führten zur geforderten Prozesssicherheit und ermöglichten einen automatisierten Arbeitsablauf. Die Verjüngung des abrollenden Spans verhindert Flankenbeschädigung. Die Standmenge pro Schneide erhöhte sich durch die effektive Kühlung um 50 Prozent.

Durch die Einführung der Innenkühlung im Hochdruckbereich hat KS Kolbenschmidt nun die Möglichkeit, bei gleichen Schnittparametern höhere Standmengen zu erzielen oder durch höhere Schnittparameter die Produktivität zu steigern – bei Beibehaltung der bisherigen Standmenge. Die durch Innenkühlung gewonnene Prozesssicherheit gilt dabei für beide Alternativen.


Vor- und Fertigstechen der Kolbenringnuten mit f = 0,25 mm/U und gezieltem Kühlmittelstrahl mit 80 bar Hochdruck aus dem Spannfinger sorgt für kurze Späne und hohe Prozesssicherheit.
Der Klemmhalter vom Typ 218 am VDI-Halter, bestückt mit Wendeschneidplattentyp S229 mit Geometrie „.L“, kommt beim Vorstechen zum Einsatz.
Die Partnerschaft zwischen KS Kolbenschmidt und P. Horn bei der Bearbeitung der Kolbenringnuten für Großkolben führte zur Entwicklung der Hochdruck-Innenkühlung.
Zwei Systeme mit IK: Der HSK-100-Grundkörper mit Kassettensystem ist adaptiert an der Dreh-Bohr-Fräs-Einheit, der VDI-Halter am Revolver. Beide sorgen für kurze kontrollierte Späne.
Armin Jaud (links) von P. Horn und Wolfgang Köhler, verantwortlich für das Toolmanagement in der Großkolbenfertigung bei KS Kolbenschmidt, haben mit der Hochdruck-Innenkühlung das Nutenstechen einen großen Schritt nach vorne bewegt.



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Schmierung/Kühlung, Einstechwerkzeuge, Nutenfräser

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