Kopfarbeit für den letzten Diesel

In die Produktion des neuen Motors, für die bis zu 160 hochqualifizierte Mitarbeiter im Dreischicht-Betrieb tätig sein werden, hat MAN rund 220 Millionen Euro investiert. Die technische Kapazität erlaubt eine Produktion von rund 50.000 Motoren pro Jahr. „Die tatsächliche Produktionsmenge orientiert sich am Bedarf. Ob das tatsächlich ausgelastet wird, entscheiden letztendlich die Kunden“, erläutert Marco Singer. Die waren in den vergangenen Jahren eher etwas zurückhaltend. Wie im PKW-Bereich haben Diskussionen über die Transformation hin zum Elektroantrieb auch bei den Nutzfahrzeugen für Verunsicherung gesorgt. Beim Hochlauf der Produktion wird zunächst in einer Schicht gearbeitet.

MAN arbeitet bereits seit Jahrzehnten mit MAPAL zusammen. Als es 2019 beim Projektstart für den D30 zu Ausschreibungen kam, erhielt der Werkzeughersteller aus Aalen wieder den Zuschlag für die Feinbearbeitung der Ventilführungs- und Ventilsitzgrundbohrung. Die jahrelangen gemeinsamen Erfahrungen trugen ebenso dazu bei wie eine Empfehlung des Maschinenherstellers Grob, der für den kompletten Prozess und damit auch für die Werkzeugauslegung zuständig ist.

Die sechs Zylinder des Motors haben jeweils zwei Ein- und Auslassventile, in die Zylinderkopfbank müssen also 24 Bohrungen eingebracht werden. Da die Durchmesser von Ein- und Auslass variieren, sind für deren Bearbeitung Werkzeuge unterschiedlicher Größe erforderlich. Die Bearbeitung findet auf einer Doppelspindelmaschine statt. Sie ist eingebettet in eine verkettete Anlage mit Einzelmaschinen von Grob, die durch Linearportale beladen werden.

In der Anfangsphase des Projekts wurde noch ein weiterer Werkzeughersteller mit der Feinbearbeitung betraut. Da mit dessen Tools aber ein stabiler und wirtschaftlicher Prozess nicht gelang, konzentrierte man sich bei MAN schließlich wieder ganz auf die Zusammenarbeit mit MAPAL. Die Aalener waren zunächst mit dem Feinbearbeitungssystem ins Rennen gegangen, das bei MAN seit Jahren in zwei Produktionshallen auf vielen Maschinen läuft. In enger Absprache mit dem Kunden entwickelten die Partner das System aber weiter und konnten entscheidende Fortschritte erzielen.

Singer würdigt das Erreichte: „Die Bearbeitung hatte sich grundlegend geändert. Wir haben zum Beispiel einen Semischnitt eingespart und konnten auf eine Pilotreibung verzichten. Stattdessen fuhren wir mit dem Wendeschneidplattenwerkzeug nur noch auf unsere vorbearbeiteten Durchmesser, sicherten uns einen guten Bohrungseintritt für die Reibahle und haben dann im Endeffekt einmal durchgerieben. Aus den Erfahrungen heraus konnte der Prozess bestmöglich ausgelegt werden.“ Das Fertigungskonzept erreichte sowohl eine gute Bearbeitungsqualität als auch die vorgegebene Taktzeit von insgesamt rund fünf Minuten für die Fertigbearbeitung von Ventilsitz und Ventilführung, der gewünscht stabile und wirtschaftliche Prozess stand. „Und das, obwohl mit dem neuen Motor die Qualitätsanforderungen in der Fertigung erhöht wurden“, betont Markus Meyer, der als technischer Berater von MAPAL eng mit MAN zusammenarbeitet. Für die Ventil- und die beiden Ventilsitzgrundbohrungen liegen die Toleranzen bei kleiner 20 µm. Beim Lauf vom Sitz zur Führung müssen rund 50 µm eingehalten werden. Zwischen Ventilsitz und Ventilführung darf kein Versatz auftreten, der zu unerwünschten Scherkräften führen könnte. Die verlangten Oberflächengüten liegen bei einem Rz kleiner 20 µm. Die Zylinderkopfbank besteht aus GJV 450 Gusseisen, in das für die Ventile verschleißfestere Materialien in Form eines Rings und einer Führung eingepresst werden.

However, a series of joint workshops had further improvements in its sights, particularly with regard to unit costs. The aim was to reduce them further before series production began. MAPAL and MAN achieved significant improvements together through their professional partnership.

Simplifying tool handling provided the necessary leverage to lower costs per part – specifically the reduction of configuration time, making things simpler for the operator. For this purpose, MAPAL brought its EA (EasyAdjust) system into play. It was installed for the valve seat tool. In this system, the back taper on the blade is already integrated into the cassette, which acts as the connection for the insert. This feature completely eliminates the need to set the back taper on the minor cutting edge. Only the diameter needs to be adjusted. Thomas Teuber, Head of Product and Application Management Fineboring at MAPAL, summarises the practical benefit: “The operator no longer needs to keep an eye on two dial gauges. They can focus on just one dial gauge, which they can use to adjust the insert’s protrusion compared to the guide pads. That’s much faster.” The EA system also involves an improvement in the inserts: The TEC indexable inserts used in the EA system have four cutting edges, i.e. twice as many as a conventional ­MAPAL reaming inserts. An optimised cutting material and innovative coating increase tool life and ensure an even more reliable process.

The modifications proved effective: In comparison to the original machining concept, valve seat and valve guide machining costs were reduced by around 40%. “I’m very happy with the milestone that has been achieved”, says Singer, singling out the effective partnership with MAPAL for praise. The ambitious process planner aims to keep pushing forward with the continuous process of improvement.