Fabrieksbezoek Elko König
Drie termen slechts – gieten, bewerken en coaten – beschrijven de werkzaamheden van het bedrijf Elko König in het Oostenrijkse Rankweil. Achter deze vage omschrijving gaat een divers product- en bewerkingsportfolio schuil dat alles omvat wat motoren qua zuigers nodig hebben. Van eencilinder tot multicilinder.
“Hebben jullie een chemicus of metaalexpert die de ingrediënten samenstelt voor de legeringen” vragen we Andreas Mathies. Halverwege de vraag onderbreekt hij ons al: “Ik ben de smelter”, zegt hij vriendelijk maar ferm. Mathies is verantwoordelijk voor de juiste samenstelling en de stipte levering van de vijf aluminiumlegeringen die König smelt en daarna tot verschillende motoronderdelen giet. Kort ervoor goot Mathies een van deze legeringen uit een smeltoven over in een met verwarmingselementen beklede smeltkroes. Alles gebeurt vanzelfsprekend zorgvuldig verborgen achter een beschermend schild en met de afstandsbediening van de giettrechter in zijn hand. Een vorkheftruck transporteert de smeltkroes naar een van de vele gietstations. Daar wordt het vloeibare materiaal geschept en ingegoten, of het wordt van onder naar boven door de geprepareerde vormen geperst. Logisch om het zo te doen, warme lucht ontsnapt naar boven. Mathies legt me vervolgens uit waarom hij en zijn collega’s zonder speciale beschermende pakken werken. Vloeibare aluminiumdruppels hebben de eigenschap om zich aan elk soort stof te hechten en er doorheen te branden. Het klinkt paradoxaal, maar je komt weg met minder brandwonden als je deze druppels direct van de huid kunt kloppen met gehandschoende handen.
Ondertussen zijn Christian König, die ons door het bedrijf leidt en fotograaf Markus Jahn doorgelopen naar een van de stations waar het bedrijf tweetaktcilinders giet voor een Rotax sneeuwscootermotor. Zoekend naar dat station kijk ik rond me en zie dat Mathies me de weg wijst. “De smelter moet altijd de hele hal in de gaten houden,” legt hij uit.
Bij het station kijken we met z’n drieën hoe een werknemer het vormzand verwijdert van een net gestold gietstuk. Hij verwijdert tegelijk het eerste overtollige materiaal dat ontstaat als vloeibaar metaal een stukje in de ontluchtingsopening stroomt. Eerder in het proces werden de nu onbruikbare gietkernen nauwgezet samengesteld uit verschillende stukken gietzand. Het zijn zeer complexe structuren en in het geval van de kernen voor KTM-tweetaktmotoren met watermantels en overloopkanalen. Het levert fascinerende technische sculpturen op die nu als minachtend zandafval in de vuilnisbak verdwijnen.
De gegoten of gesmede onderdelen – zuigers, cilinders of behuizingen – staan pas aan het begin van een lange keten van bewerkingsstappen die König met uiterste precisie moet uitvoeren om uiteindelijk een perfect onderdeel te produceren. Mechanische bewerking neemt het grootste deel van de toegevoegde waarde voor haar rekening. Op dit gebied investeert het Oostenrijkse bedrijf het meest. Het is waarschijnlijk ook hier waar het merendeel van de König-competenties de industriële standaard van boren, draaien en frezen overtreft. Vooral bij de productie van motorfietsonderdelen – een tak van sport die de hoogste litervermogens bereikt door motoren die moeiteloos 15.000 tpm draaien – is een zuiger een hightech onderdeel. Gewicht wordt tot op de gram nauwkeurig bespaard. Het uitzetgedrag van zuigers onder bedrijfswarmte wordt vooraf zo nauwkeurig mogelijk bepaald door de legering, de vorm van de zuiger en de inbouwtoleranties. Elko König zorgt ervoor dat de sterkte zelfs in de zones met de hoogste temperaturen gegarandeerd is. Door de zuigerpennen uit het midden te plaatsen of de offset van de cilinders te minimaliseren is het contact van de zuigers met de cilinderwanden zodanig dat – ondanks de korte zuigerhemden – het gevreesde kantelen van de zuiger en daarmee voortijdige slijtage en mechanische ruis wordt voorkomen.
De zuigers van moderne viertaktmotoren zijn gebaseerd op gesmede vormstukken. Die hebben een fijnere structuur en ze hebben een hogere sterkte dan gegoten zuigers. Duitse en Italiaanse bedrijven leveren de gesmede vormstukken aan. Er worden pogingen gedaan om meertraps smeedprocessen te introduceren bij serieproductie om nog beter uitgangsmateriaal te creëren. Laten we er een extreem voorbeeld van geven: de zuigerveren voor Formule 1-motoren worden in zes persbewerkingen gevormd.
Een lastige kwestie is het ontwerp en de bewerking van wat de ontwerpers de naaf van de zuiger noemen: het is het gebied dat de zuigerpen vasthoudt. Zuigerpennen die strak in twee perfect cilindrische boringen liggen zijn al lang niet langer state of the art. De reden hiervoor ligt in de spanningen op de zuigerpen. Onder volledige verbrandingsdruk na ontsteking van het mengsel buigt hij aan de uiteinden tot vier honderdste millimeter naar beneden. De mechanische belasting in het dode punt is alleen al voldoende voor de helft hiervan naar boven en naar beneden. De resulterende minimale uitlijnfout in een ronde boring kan ervoor zorgen dat de overgang van de zuigernaaf naar de zuigerkop voortdurend lichtjes heen en weer buigt. Dit kan leiden tot scheuren in dit gebied. Daarom zijn de boringen van de zuigerpennen voorzien van trechtervormige of ovale verlengstukken; groeven op het contactvlak van zuigerpen en zuiger zorgen voor een betere smering. “Dat is in principe niet lastig om te doen”, zegt Christian König. “Maar de machines die dit snel en betrouwbaar doen in serieproductie moeten eerst ontwikkeld en aangeschaft worden.”
Omdat de eisen aan de documentatie van processen steeds strenger worden en de processen zelf steeds complexer, heeft König zijn intrek genomen in een grote bedrijfshal. Die zet het geleidelijk vol met meer en meer bewerkingscentra. Momenteel installeert het er nog vier; machines van € 850.000,- per stuk. Wanneer de overeenkomstige hoeveelheid vormstukken beschikbaar is, kunnen de nieuwste machines 22 uur autonoom werken, inclusief het regelmatig wisselen van gereedschap. Vanaf het allereerste frezen tot het plaatsen van de slechts 0,8 millimeter smalle zuigerveren wordt een onbewerkte vorm drie keer opgespannen. Dit gebeurt vanaf de onderkant.
Het is misschien niet speciaal meer voor de medewerkers, maar we waren zeer verrast dat de bewerkingscentra zichzelf voortdurend in de gaten houden. Bijvoorbeeld door hun eigen uitzettingsgedrag te bepalen bij de overgang van koele nachttemperaturen naar warme middagtemperaturen en de verwerking van de losse zuigers daarop af te stemmen.
Het gebruik van een datamatrixcodesysteem, afgekort DMC, wordt binnenkort uitgebreid. Daardoor kan König voor elk individueel geproduceerd onderdeel een datarecord opslaan. Die bevat informatie over de afmetingen, de productietijd of de temperatuur tijdens de verwerking. Dit maakt het eenvoudiger om patronen te herkennen die anders vaak pas na gedetailleerd speurwerk aan het licht komen als de oorzaak van een defect onderdeel.
Ondanks het meest nauwkeurige productieproces meet volledig automatische meetapparatuur elke zuiger. Dit bepaalt alle relevante afmetingen in verschillende stations en slaat ze op via DMC. Wanneer König zuigers en cilinders produceert, zoals die van de BMW R18r, voorziet het de zuigers van zuigerveren en plaatst ze voor levering in de zuigers. Tijdens de assemblage van de motor hoeven de cilinder en de zuiger dan alleen nog maar op de tapeinden te worden geplaatst.
Niet alleen gesmede zuigerveren worden aan König geleverd, maar bijvoorbeeld ook de cilinderblokken voor de 890-motoren van KTM. Deze worden elders geproduceerd volgens het spuitgietprocédé, een proces dat König niet toepast. De buitenkant van de blokken is dan al gepoedercoat. De blokken voor KTM zijn grijs, die voor Husqvarna zwart. Als König de zuigerwand van deze tweecilinders coat met het al tientallen jaren oude dompelcoatingproces, komen de blokken in totaal veranderde onaantrekkelijke kleuren uit het elektrolytbad. König heeft daarom voor het modernste van de drie processen gekozen; de zogenaamde ELKOsil-coating of overstroomproces.
De in de cilinders geplaatste anoden zijn hol en hebben uitsparingen aan de bovenkant die lijken op de kantelen van een kasteel. Van onderaf wordt de elektrolytvloeistof continu door de anodes geperst, de vloeistof loopt over bij de kantelen en vult de opening tussen de anodes en de zuigerwand. Bij dat proces worden nikkel-siliciumcarbide deeltjes in een elektrolytisch proces op de zuigerwand afgezet en vervolgens gehoond in het bekende kruisslijppatroon. Dit zorgt ervoor dat de olie beter op de cilinderwand blijft liggen. In combinatie met perfect ontworpen en gefabriceerde zuigers is een zuigerspeling van slechts twee honderdsten van een millimeter mogelijk zonder dat de zuigers vastlopen. En de buitenste poedercoating blijft onberispelijk.
