Herk\u00f6mmliche Bremsscheiben bestehen aus Gusseisen mit eingelagertem Graphit. Zwar haben sie einige Vorteile. Dazu geh\u00f6ren eine gute Temperaturleitf\u00e4higkeit sowie ein gutes W\u00e4rmespeicherverm\u00f6gen. Zudem sind sie einigerma\u00dfen g\u00fcnstig. Doch ihr Nachteil ist: Sie neigen zu starker Korrosion sowie hohem Materialverschlei\u00df im Betrieb. Und genau dieses f\u00fchrt zu betr\u00e4chtlichen Feinstaubemissionen und einer immensen Umweltbelastung.<\/p>\n
Das k\u00f6nnte sich bald \u00e4ndern. Denn in einem Gemeinschaftsprojekt des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Lasertechnik ILT<\/a> sowie dem Lehrstuhl Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University<\/a> entwickelten Wissenschaftler ein spezielles Beschichtungsverfahren, das diese Faktoren erheblich reduziert. Matthias Brucki, M.SC vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Lasertechnik ILT erl\u00f6rt die Hintergr\u00fcnde:<\/p>\n “Bauteile vor Verschlei\u00df und Korrosion zu sch\u00fctzen, ist keine einfache Angelegenheit. Die \u00fcblichen Verfahren, wie das Hartverchromen und das thermische Spritzen, warten mit Nachteilen auf. Das Laserauftragschwei\u00dfen konnte sich bislang in diesem Bereich nur vereinzelt durchsetzen. Dadurch lassen sich die treibenden Kr\u00e4fte beschreiben, die den Bedarf nach einer breit anwendbaren L\u00f6sung weckten. Mit dem extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschwei\u00dfen EHLA haben wir nun ein alternatives, patentgesch\u00fctztes Verfahren entwickelt, das die Defizite der herk\u00f6mmlichen Verfahren in den Bereichen der Beschichtungstechnik und Reparatur beseitigt.”<\/p><\/blockquote>\n Bei dem sogenannten Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschwei\u00dfen (EHLA) werden erstmals schnell und wirtschaftlich Verschlei\u00df- und Korrosionsschutzschichten auf die Bremsscheiben aufgebracht. Dazu Thomas Schopphoven, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Teamleiter \u00bbProduktivit\u00e4t und Systemtechnik\u00ab in der Gruppe Laserauftragschwei\u00dfen am Fraunhofer ILT:<\/p>\n \u201eDas EHLA-Verfahren eignet sich besonders f\u00fcr die Automobilindustrie \u2013 z. B. f\u00fcr die Beschichtung von Bremsscheiben, die bisher wegen der gro\u00dfen Belastungen und hohen Anforderungen an Wirtschaftlichkeit sowie Umweltfreundlichkeit nur schwierig beschichtet werden konnten. Durch EHLA lassen sich erstmalig gut haftende Schichten auf Bremsscheiben auftragen, die fest mit dem Grundstoff verbunden, im Gegensatz zu den mit herk\u00f6mmlichen Verfahren erzeugten Schichten, nicht abplatzen k\u00f6nnen.\u201c<\/p><\/blockquote>\n W\u00e4hrend die Schichten herk\u00f6mmlicher Verfahren Poren und Risse aufweisen, sind die mit dem EHLA-Verfahren erzeugten Schichten dicht. Somit sch\u00fctzen sie das Bauteil wesentlich effizienter und langfristiger. Dies erh\u00f6ht die Lebensdauer und verhindert fr\u00fchzeitige Ausf\u00e4lle durch Oberfl\u00e4chensch\u00e4den der Reibfl\u00e4chen. Brucki betont:<\/p>\n “Die Entwicklung der Beschichtungen auf Bremsscheiben hat unter \u00f6kologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten den Verschlei\u00df- und Korrosionsschutz zum Ziel. Mit EHLA k\u00f6nnen hochqualitative, poren- und rissfreie Schichten mit metallurgischer Anbindung und geringer Aufmischung aus einer gro\u00dfen Werkstoffpalette hergestellt werden. Dabei sollten die Funktionseigenschaften der Bremsscheibe durch die Beschichtung nicht reduziert werden.”<\/p><\/blockquote>\n Da mit dem Verfahren eine gro\u00dfe Materialpalette verarbeitet werden kann, wird eine anwendungsangepasste Beschichtung mit umweltfreundlichen Materialien m\u00f6glich.<\/p>\n Die Innovation von EHLA basiert auf dem schon bekannten Laserauftragschwei\u00dfen. Dieses wird zum Beispiel erfolgreich als Reparaturverfahren f\u00fcr Turbinenschaufeln eingesetzt. Doch EHLA bietet entscheidende Vorteile: Denn bei diesem Verfahren werden die Pulverpartikel des Beschichtungswerkstoffes direkt im Laserstrahl aufgeschmolzen. Bei herk\u00f6mmlichen Verfahren geschieht dies erst im Schmelzbad auf der Oberfl\u00e4che des Bauteils. Da durch EHLA fl\u00fcssige Materialtropfen statt feste Pulverpartikel in das Schmelzbad gelangen, kann die Prozessgeschwindigkeit von bisher 0,5 bis 2 Metern pro Minute um mehrere Gr\u00f6\u00dfenordnungen auf bis zu 500 Meter pro Minute gesteigert werden.<\/p>\n Die gro\u00dfe Prozessgeschwindigkeit f\u00fchrt dazu, dass die W\u00e4rmeeinwirkung auf das zu beschichtende Material deutlich sinkt. W\u00e4hrend beim herk\u00f6mmlichen Laserauftragschwei\u00dfen das Material bis in den Millimeterbereich thermisch beeinflusst wird, wird durch EHLA das Material nur im Mikrometerbereich thermisch beeinflusst. Dieses macht vollkommen neue Materialkombinationen m\u00f6glich. Dazu geh\u00f6ren die Beschichtungen von Aluminium- oder Gusseisenlegierungen \u2013 wie nun bei den Bremsscheiben. Doch das ist nicht alles, wie Brucki anmerkt:<\/p>\n Durch tolerante Verfahrensbedingungen kann mit EHLA eine Vielzahl an Werkstoffen verarbeitet werden. Dem Anwender bietet sich damit ein breites Spektrum an Beschichtungswerkstoffen, die gegen Verschlei\u00df und Korrosion eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p><\/blockquote>\n Beim herk\u00f6mmlichen Auftragschwei\u00dfverfahren l\u00f6st sich der Kohlenstoff aus der Bremsscheibe in der Schmelze. Dadurch entstehen spr\u00f6de Phasen, Poren, Bindefehler und Risse in der Beschichtung bzw. der Anbindungszone. Beim EHLA wird dies durch das besondere Verfahren vermieden. So k\u00f6nnen Bremsscheiben aus Grauguss erstmalig effektiv mit stoffschl\u00fcssig angebundenen Schichten gesch\u00fctzt werden.<\/p>\n Noch ein weiterer Vorteil kommt hinzu. Beim Auftragschwei\u00dfverfahren k\u00f6nnen nur dicke Schichten ab einem halben Millimeter hergestellt werden. Dies ben\u00f6tigt viel Material. Zudem ist die Nachbearbeitung sehr aufw\u00e4ndig. Durch das EHLA-Verfahren ist es nun m\u00f6glich, sehr d\u00fcnne Schichten mit Dicken von 25 bis 250 Mikrometern aufzutragen. Die Schicht wird reiner und glatter. So konnte die Rauheit auf etwa ein Zehntel bisheriger Werte reduziert werden. Au\u00dferdem werden beim neuen EHLA-Verfahren rund 90 Prozent des Materials genutzt. Dadurch ist das Verfahren extrem ressourcenschonend und wirtschaftlich. Die Voraussetzungen f\u00fcr den serienm\u00e4\u00dfigen, industriellen Einsatz sind damit gegeben.<\/p>\n Und dieser steht kurz bevor. Denn in ersten erfolgreichen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass das EHLA-Verfahren die Herstellung beschichteter Bremsscheiben auf der Basis konventioneller Grauguss-Scheiben mit unterschiedlichen Materialkombinationen erm\u00f6glicht. Eine serientaugliche Anlagentechnik mit angepasster Endbearbeitung durch Schleifen wird gerade in Aachen durch die Firma HPL Technologies aufgebaut.<\/p>\n Doch Brucki sieht auch noch weitere Einsatzbereiche:<\/p>\n “Neben den gro\u00dfen Herausforderungen der Automobilindustrie, Beschichtungen auf Bremsscheiben mit gro\u00dfen Belastungen und Anforderungen herzustellen, sind Beschichtungen von Bauteilen der Offshore-Industrie mit h\u00f6chsten Korrosions-und Verschlei\u00dfbedingungen wie Hydraulikzylindern weitere Anwendungen f\u00fcr das EHLA-Verfahren. \u00dcber den Korrosions- und Verschlei\u00dfschutz hinaus k\u00f6nnen mit EHLA Beschichtungen mit definierter Oberfl\u00e4chentopografie aufgetragen werden und dem Bauteil damit zus\u00e4tzliche Funktionen verleihen.”<\/p><\/blockquote>\n Und er erg\u00e4nzt:<\/p>\n Auch \u00fcber die Beschichtung hinaus bietet das EHLA-Verfahren vielversprechende M\u00f6glichkeiten, z. B. bei dem hybrid-additiven Ansatz zur Herstellung von Volumenelementen auf bereits vorhandenen, konventionell hergestellten Bauteilen. Bisherige Prozessketten sind meist von einem subtraktiven Vorgehen gepr\u00e4gt, bei dem h\u00e4ufig bis zu 90 Prozent des urspr\u00fcnglichen Bauteils zerspant werden. EHLA kann hier Abhilfe schaffen: Die spanende Fertigung von Flanschen und Dichtsitzen aus einem Rohling auf einer Welle beispielsweise kann mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Das gleiche Bauteil hybrid-additiv mit EHLA hergestellt dauert lediglich einige Minuten und die finale Nachbearbeitung durch Drehen ist ebenfalls nach wenigen Minuten abgeschlossen.”<\/p><\/blockquote>\n EHLA erhielt mittlerweile drei renommierte Innovationspreise: Das Verfahren wurde mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2017, den Berthold Leibinger Innovationspreis 2018 und als umweltfreundliche Laser-Alternative zur Chrom(VI)-Beschichtung mit dem 2. Preis des Stahl-Innovationspreises in der Kategorie \u00bbStahl in Forschung und Entwicklung\u00ab ausgezeichnet.<\/p>\n \u00dcbrigens sind Details zum EHLA-Verfahren sowie weitere aktuelle Themen aus Forschung und Entwicklung vom 12. bis zum 22. September auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand C12 in Halle 4.1 auf der Internationalen Automobil-Ausstellung 2019 in Frankfurt zu erfahren. Weitere Informationen zum Verfahren gibt es hier.<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Herk\u00f6mmliche Bremsscheiben bestehen aus Gusseisen mit eingelagertem Graphit. Zwar haben sie einige Vorteile. Dazu geh\u00f6ren eine gute Temperaturleitf\u00e4higkeit sowie ein gutes W\u00e4rmespeicherverm\u00f6gen. Zudem sind sie einigerma\u00dfen g\u00fcnstig. Doch ihr Nachteil ist: Sie neigen zu starker Korrosion sowie hohem Materialverschlei\u00df im Betrieb. Und genau dieses f\u00fchrt zu betr\u00e4chtlichen Feinstaubemissionen und einer immensen Umweltbelastung. 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