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Masse mit 100% Klasse Für reibungslose und effiziente Abläufe im Motor

Düsennadeln in Common-Rail-Systemen von Dieselmotoren sind nur wenige Millimeter klein, spielen aber eine grosse Rolle für die reibungslosen und effizienten Abläufe im Motor. Vitesco Technologies, die Antriebssparte von Continental, lässt diese Nadeln mit BALINIT DLC beschichten. Wie aber garantiert man, dass die Beschichtungsqualität mehrerer Millionen dieser kleinen Bauteile stimmt?


Fahrzeughersteller und Endkunden erwarten von modernen Motoren, dass der Kraftstoff so effizient wie möglich verbrannt wird – aus Leistungs-, Kosten- und Umweltgründen. Nur 43 mm lang und gerade 4 mm breit, spielen Düsennadeln dabei eine wesentliche Rolle, denn sie sorgen für die korrekte Einspritzung des Kraftstoffes vom Injektor in den Brennraum. Ihre Geometrie, die fertigungstechnische Präzision zusammen mit dem Düsenkörper, und die räumlich genaue Position sind entscheidend für die optimale Vernebelung des Kraftstoffes, damit dieser effizient verbrannt wird.


Testumgebung
Kleinste Fehler können zum Totalausfall führen
Die Bautoleranzen für die Düsennadeln liegen im einstelligen µm-Bereich. Um sie vor Verschleiss zu schützen, setzt Vitesco Technologies auf BALINIT® DLC von Oerlikon Balzers. Die nur wenige Mikrometer dünne Schicht ist extrem hart und sorgt für geringere Reibung. Dadurch kann der Motor seine Leistung voll entfalten, bei weniger Verbrauch und geringeren Emissionen. Allerdings nur, wenn die Qualität der Beschichtung 100 % stimmt. »Selbst kleinste Produktionsfehler können den Gegenkörper im tribologischen System – den Düsenkörper – beschädigen. Das führt dann zu einer Leckage, höheren Einspritzmengen, höherem Kraftstoffverbrauch und im schlimmsten Fall zum kompletten Ausfall des Systems«, erklärt Harald Schröder, Global Account Manager bei Oerlikon Balzers.

Bisher wurde die Oberflächenqualität der beschichteten Düsennadeln von Mitarbeitenden im Oerlikon Balzers Kundenzentrum Stollberg, Deutschland, stichprobenartig unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) geprüft. Eine sehr zeitaufwändige Arbeit, bei der zudem die Gefahr von subjektiven Ergebnissen nicht ausgeschlossen werden konnte.


Objektive Messbarkeit dank Prüfalgorithmus
Gemeinsam mit dem Vitesco Technologies-Standort in Limbach-Oberfrohna und dem Prüfanlagenhersteller GPP aus Chemnitz initiierte Oerlikon Balzers ein anspruchsvolles technisches Projekt. »Wir wussten zwar, wo wir hinwollten, aber nicht, wie wir dahin kommen«, beschreibt Harald Schröder die grosse Herausforderung. Diese lautete: Wie können wir Beschichtungsfehler im µm-Bereich ausfindig und ihre Häufigkeit objektiv messbar machen – und dies unter Serienbedingungen an jeder einzelnen Düsennadel? Ziel war es, eine vollautomatisierte Anlage zu entwickeln, die täglich mehrere Tausend Düsennadeln mit Kameraunterstützung prüft und eindeutig klassifiziert.

Nach zwei Jahren engster Entwicklungszusammenarbeit konnte die Prüfanlage vor kurzem in Betrieb genommen werden – und prüft seither eine komplette Charge in der gleichen Zeit, in der zuvor sechs Nadeln manuell kontrolliert werden konnten. »Das System erkennt Grösse und Anzahl der Oberflächendefekte in einem festgelegten Prüffenster. Ein Prüfalgorithmus errechnet daraus einen Dichtewert. Wird dieser von einem Bauteil überschritten, wird es aussortiert«, erklärt Patrick Donner, technischer Projektleiter bei Oerlikon Balzers in Stollberg.


»Das System erkennt Grösse und Anzahl der Oberflächendefekte in einem festgelegten Prüffenster. Ein Prüfalgorithmus errechnet daraus einen Dichtewert.
Wird dieser von einem Bauteil überschritten, wird es aussortiert.«

Patrick Donner, Projektleiter, Oerlikon Balzers

Patrick Donner, Projektleiter, Oerlikon Balzers

Olaf Schulz (Vitesco), Harald Schröder (Oerlikon Balzers), und Dr. Ulrich Dietel (Geschäftsführer GPP) vor der neu konzipierten Prüfanlage.

Olaf Schulz (Vitesco), Harald Schröder (Oerlikon Balzers), und Dr. Ulrich Dietel (Geschäftsführer GPP) vor der neu konzipierten Prüfanlage.

Sauberkeit ist das A und O
Die Beschichtungsqualität – und damit die Ausschussquote – wird massgeblich beeinflusst von der Sauberkeit, sowohl des Bauteils selbst als auch allgemein in der Produktionsumgebung. Einen wesentlichen Beitrag hierzu liefert die spezielle Chargier-Einheit, die die Beschichtungsgestelle automatisiert mit den Düsennadeln bestückt. Ebenso wie die automatisierte Prüfung und Verpackung in Transport-Trays geschieht dies wegen der hohen Qualitätsanforderungen in einem eigens für das Projekt aufgebauten Sauberraum.

»Wir sind begeistert von dem Projektergebnis und der Performance der neu konzipierten Prüfanlage. Damit können wir nun auf die bisherigen Inhouse-Prüfungen verzichten. Die Zusammenarbeit der beteiligten Partner in diesem Projekt war vorbildlich«, urteilt Olaf Schulz, Projekteinkauf Injektor bei Vitesco Technologies. Die Erkenntnisse, die die drei Unternehmen beim Bau der Prüfanlage gewonnen haben, werden bereits für die Entwicklung eines weiteren Projekts für Injektor-Bauteile mit ähnlich anspruchsvoller technologischer Zielsetzung eingesetzt.

Vitesco Technologies GmbH

  • 40 000 Mitarbeitende an über 50 Standorten
  • Hauptsitz: Hannover, Deutschland
  • Umsatz: 7.7 Mrd. (2018)
In Vitesco Technologies bündelt Continental sein umfassendes Know-how im Bereich Antriebstechnik für Fahrzeuge aller Art. Bis Oktober 2019 firmierte das Unternehmen mit Headquarter in Regensburg als Division Powertrain von Continental. Vitesco Technologies hat das Ziel, innovative und effiziente Technologien für die Elektrifizierung aller Fahrzeuge zu entwickeln. Das Portfolio umfasst Antriebslösungen für die 48-Volt-Elektrifizierung, Elektromotoren sowie Leistungselektronik für hybridangetriebene und rein batterieelektrische Fahrzeuge. Darüber hinaus zählen zum Leistungsangebot elektronische Steuerungen, Sensoren und Aktuatoren sowie Lösungen zur Abgasnachbehandlung.

 

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