Fertigung im magischen Dreieck
Dass ein Automotor und sein Einspritzsystem 250000 Kilometer oder 15 Jahre halten, ist keine Selbstverständlichkeit. Dahinter steckt die Expertise von Bosch-Ingenieuren. Sie meistern die Herausforderung ständig steigender Bauteilbeanspruchung, indem sie Werkstofftechnik, Bauteilkonstruktion und Fertigungstechnik ganzheitlich betrachten.
Kfz-Bauteile werden kleiner, trotzdem soll ihre Leistungsfähigkeit nicht ab-, sondern eher zunehmen. Dadurch werden sie immer stärker belastet. Da reicht ein „genialer“ Trick in der Konstruktion meist nicht mehr aus. Vielmehr müssen Materialwissenschaft, Fertigungstechnik und Konstruktion eng ineinander greifen. Diese Gesamtsicht als „magisches Dreieck“ macht die Produktentwicklung und -herstellung aber äußerst komplex: Denn oft gibt es eine Vielzahl an aussichtsreichen Materialien, eine Palette an geeigneten Fertigungsverfahren und natürlich jede Menge Designideen. Doch zwei Hürden sind in jedem Fall zu nehmen: Das Bauteil muss seine Funktion zuverlässig erfüllen und wirtschaftlich zu fertigen sein.
Beispiel Dieseldirekteinspritzung: Im Markt eingeführt sind Common-Rail-Systeme mit Drücken von 1600 bar. Für die nächsten Jahre geplant sind 1800 bar. Selbst höhere Drücke haben die Entwickler schon im Visier, um den Motorbetrieb noch sparsamer und sauberer zu machen. Doch schon jetzt stößt die Belastbarkeit des Stahls an ihre Grenze. Höchste Belastungen treten etwa in hochdruckführenden Bohrungen auf, und insbesondere dort, wo zwei Bohrungen sich treffen – an einer so genannten Bohrungsverschneidung. Dort ist die Gefahr groß, dass das Material anreißt. Das Bauteil wird fehlerhaft. Bosch-Forscher optimieren alle Parameter, damit es nicht dazu kommt. Erstens den Werkstoff: Ein optimaler Reinheitsgrad ist gefordert. Nichtmetallische Einschlüsse, wie Oxide und Sulfide, die jeder Stahl aufweist, müssen drastisch reduziert werden, da sie zum Bauteilversagen führen. Zweitens die Konstruktion: Der Winkel, unter dem die Bohrungen sich treffen, bestimmt die Spannungen im Material.
Dank Simulationen kann er so gewählt werden, dass Spannungsspitzen minimiert sind. Drittens die Fertigung: Schon der kleinste Grat, den ein Bohrer zurücklässt, führt zu fehlerhaften Bauteilen. Für hundertprozentiges Entgraten und Verrunden der Kanten ist Sorge zu tragen.
Bosch-Forscher machen sich auch zu Nutze, dass die gewählte Fertigungstechnik das Werkstoffverhalten beeinflusst. Das Abschrecken von der Härtetemperatur oder das Zerspanen erzeugen Verspannungen im Werkstoff. Je nach Prozessführung entstehen Zug- oder Druckeigenspannungen. Nur letztere steigern die Schwingfestigkeit eines Bauteils.
Beispiel Dieseldirekteinspritzung: Im Markt eingeführt sind Common-Rail-Systeme mit Drücken von 1600 bar. Für die nächsten Jahre geplant sind 1800 bar. Selbst höhere Drücke haben die Entwickler schon im Visier, um den Motorbetrieb noch sparsamer und sauberer zu machen. Doch schon jetzt stößt die Belastbarkeit des Stahls an ihre Grenze. Höchste Belastungen treten etwa in hochdruckführenden Bohrungen auf, und insbesondere dort, wo zwei Bohrungen sich treffen – an einer so genannten Bohrungsverschneidung. Dort ist die Gefahr groß, dass das Material anreißt. Das Bauteil wird fehlerhaft. Bosch-Forscher optimieren alle Parameter, damit es nicht dazu kommt. Erstens den Werkstoff: Ein optimaler Reinheitsgrad ist gefordert. Nichtmetallische Einschlüsse, wie Oxide und Sulfide, die jeder Stahl aufweist, müssen drastisch reduziert werden, da sie zum Bauteilversagen führen. Zweitens die Konstruktion: Der Winkel, unter dem die Bohrungen sich treffen, bestimmt die Spannungen im Material.
Dank Simulationen kann er so gewählt werden, dass Spannungsspitzen minimiert sind. Drittens die Fertigung: Schon der kleinste Grat, den ein Bohrer zurücklässt, führt zu fehlerhaften Bauteilen. Für hundertprozentiges Entgraten und Verrunden der Kanten ist Sorge zu tragen.
Bosch-Forscher machen sich auch zu Nutze, dass die gewählte Fertigungstechnik das Werkstoffverhalten beeinflusst. Das Abschrecken von der Härtetemperatur oder das Zerspanen erzeugen Verspannungen im Werkstoff. Je nach Prozessführung entstehen Zug- oder Druckeigenspannungen. Nur letztere steigern die Schwingfestigkeit eines Bauteils.
Bestimmt Form und Verhalten des Werkstücks: Fräsprozess in der Simulation.
