Putting heads together for the last diesel engine

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.

Eine Reihe gemeinsamer Workshops hatte weitere Optimierungen im Blick, insbesondere in Sachen Stückkosten. Sie sollten vor dem Anlauf der Serienfertigung weiter gesenkt werden, und in partnerschaftlicher, professioneller Zusammenarbeit konnten MAPAL und MAN signifikante Verbesserungen erzielen.

Als Hebel für niedrigere Cost per Part erwies sich die Vereinfachung des Werkzeughandlings – konkret die Reduzierung der Einstellzeit und dadurch eine Vereinfachung für den Bediener. MAPAL brachte dafür sein EA-System (EasyAdjust) ins Spiel, das für das Ventilsitzwerkzeug verbaut wurde. Bei diesem System ist die Verjüngung der Schneide bereits in die Kassette, die als Aufnahme für die Schneide dient, integriert. Damit entfällt der Einstellvorgang für die Verjüngung der Nebenschneide komplett, es muss lediglich der Durchmesser justiert werden. Thomas Teuber, Leiter Produkt- und Anwendungsmanagement Feinbohren bei MAPAL, bringt den Praxisnutzen auf den Punkt: „Der Bediener muss nicht mehr zwei Messuhren im Blick haben. Er konzentriert sich auf nur eine Messuhr, mit der er den Überstand der Schneide zu den Führungsleisten einstellt. Das geht wesentlich schneller.“ Mit dem EA-System geht auch eine Verbesserung bei den Schneiden einher: Die im EA-System verwendeten TEC-Wendeschneidplatten weisen vier, und damit doppelt so viele, Schneidkanten auf wie eine herkömmliche MAPAL Reibschneide. Ein optimierter Schneidstoff und eine innovative Beschichtung steigern die Standzeit und sorgen damit für einen noch stabileren Prozess.

Die Modifikationen zeigten Wirkung: Gegenüber dem ursprünglichen Bearbeitungskonzept konnten die Kosten der Bearbeitung von Ventilsitz und Ventilführung um rund 40 Prozent gesenkt werden. „Mit dem erreichten Meilenstein bin ich sehr zufrieden“, sagt Marco Singer und lobt ausdrücklich die kompetente Zusammenarbeit mit MAPAL. Den kontinuierlichen Verbesserungsprozess will der ehrgeizige Prozessplaner weiter vorantreiben.

Bei MAN geht man davon aus, dass der D30 der letzte vollständig neu entwickelte Diesel-Nutzfahrzeugmotor des Unternehmens sein wird – nach mehr als 100 Jahren Dieselmotorenbau am Standort Nürnberg. 2030 soll jedes zweite Fahrzeug, das an Kunden ausgeliefert wird, einen emissionsfreien Antrieb haben.