Schmieden von Magnesium in der Serienproduktion

Galvanisch abgeschiedene Lote auf hochreiner Aluminiumoxidkeramik

Mechanical Plating – Korrosionsschutz für hochfeste Verbindungselemente www.wotech-technical-media.de

WOKompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche | 07 / 2013

MagBAND 2

ISSN 2195-5905

Hochleistungskeramik für Medizin- und Dentalanwendungen

Funkenerosion – Fortschritt durch Einsatz einer Deionisiereinheit

Laserschneiden von Werkstoffen für die Elektrotechnik

NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen

Markwiesenstraße 5572770 Reutlingen, GermanyTelefon +49 7121 51530-0Telefax +49 7121 51530-16 www.nmi.de

Oberflächen

Tatort Oberfläche:Wir lassen Sie nicht allein.Ob Werkzeuge, Maschinen- oder Motorenteile, ob Leichtbau oder Instrumente für die Medizintechnik:

Innovative und multifunktionale Produkte können nur durch intelligente Kombinationen von Werkstoffen, Oberflächentechnik, Klebtechnik und begleitender Analytik realisiert werden.

Verbinden

Sicherheit durch anwendungsgerechte Kleb-systeme und Beratung.

Ansprechpartner Dr.-Ing. Astrid WagnerTel. +49 7121 51530-477astrid.wagner@nmi.de

Beschichten

Schutz vor Angriff und Belastung durch maßge-schneiderte Oberflächen.

Ansprechpartner Prof. Volker BucherTel. +49 7121 51530-838volker.bucher@nmi.de

Der Täter hinter- lässt immer Spuren. Wir finden sie.

Sichere Verbindungen. Wir schaffen das.

Harte Schale für weichen Kern. Wir machen dicht.

Analysieren

Spurensuche mit unserer Grenzflächen-, Mikro- struktur- und Nanoanalytik.

Ansprechpartner Dipl.-Phys. Werner DreherTel. +49 7121 51530-59werner.dreher@nmi.de

Wir s ind der

r icht ige Partner für die großen und kle inen Tei le

Als Inhabergeführtes Unternehmen mit über 60 Jahren Markterfahrung bieten wir in dritter Generation umfassende Dienst-leistungen im Bereich der Hartverchro-mung sowohl von Einzelteilen für den Maschinenbau als auch von Großserien der Automobilindustrie an.

65 motivierte Mitarbeiter und unsere moderne Anlagentechnik gewährleisten höchste Qualität unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Anforderungen un-serer Kunden.

Additive Verfahren wie z.B. Strahlen, Beizen, Mehrschichtverchromungen, Strukturverchromungen oder Korro-chrom500-Verchromung runden unser Produktportfolio ab.

Gerne unterstützen wir unsere Kunden schon in der Planungsphase beratend rund um das Thema Hartverchromung.

Abmessungen: Serienverchromung : 2 – 50 mm Ø; bis 450 mm lg.; Einzelteilverchromung: bis 900 mm Ø; bis 4500 mm lg.; bis 2 to Stückgewicht.

Chrom-Schmitt GmbH & Co. KGVimbucher Straße 1776534 Baden-BadenTelefon: 07223 9696-36Telefax: 07223 9696-536E-Mail: schmitt.j@chrom-schmitt.de

ww

w.c

hro

m-s

chm

itt.

de

Editorial

Seit vielen hundert Jahren erfreuen vor allem Haushalts-waren aus unterschiedlichen Keramiken die Menschen. Auch wenn sie relativ empfindlich gegen Schlagbean-spruchungen waren, haben sie doch aufgrund der un-gewöhnlichen Beständigkeit gegen viele Chemikalien, Licht oder auch reibende Beanspruchungen eine von den meisten Metallen kaum erreichbare Beständigkeit. Dadurch können wir uns heute noch an den Gegenstän-den erfreuen, die bereits einige hundert Jahre ohne die geringste Beeinträchtigung überstanden haben.

Vor einigen Jahren hat nun die Industrie Keramiken als Alternative zu Metallen entdeckt. Durch Weiterentwick-lung ist es gelungen, auch schlagfeste keramische Werk-

stoffe herzustellen und der Formenvielfalt sind aufgrund moderner Herstelltechnologien kaum Grenzen gesetzt. Mit modernen Werkzeugen können Keramiken zum Teil in der sel-ben Art und Weise bearbeitet werden, wie wir das von Metallen oder Holz gewohnt sind.

Mit galvanotechnischen Verfahren gelingt es darüber hinaus, den Keramiken eine me-tallische Hülle zu verschaffen. Solche Beschichtungen sind von Keramikleiterplatten her schon bekannt. Dort sorgt das Keramiksubstrat für die Stabilität, vor allem bei hoher Um-gebungstemperatur. Eine neue Anwendung ist Herstellung von Haftunterlagen für das Löten als Verbindungstechnik zwischen Bauteilen aus Keramik oder Metall. Umgekehrt lassen sich aber auch auf Metallen wie Aluminium, Titan oder Magnesium – beziehungs-weise Legierungen solcher Metalle – durch elektrochemische oder Plasmaverfahren sehr beständige Oxidschichten erzeugen; und solche Oxidschichten sind nichts anderes als Ke-ramiken. Durch diese Art eines Verbundwerkstoffs kann die Verschleiß- und Korrosions-beständigkeit stark erhöht werden. In der vorliegenden Ausgabe werden einige Beispie-le für die Herstellung oder den Einsatz von Keramiken vorgestellt. Sie geben Anregungen für neue Anwendungen oder auch für Lösungen von Herausforderungen, die bisher noch nicht zufriedenstellend gelöst sind.

Solche Beispiele zeigen aber auch, dass Entwicklungen im Bereich der Werkstoff- und Oberflächentechnik auch in Zukunft sehr gefragt sind. Die Perspektiven für diesen tech-nischen Fachbereich sind außerordentlich gut und werden durch die Bemühungen zur Einsparung von Energie und Rohstoffen weiter verbessert. Darüber hinaus sind wir bei-spielsweise in Deutschland in der glücklichen Situation, unserem Nachwuchs ein breites Spektrum an Ausbildungsstätten für die Arbeit mit Werkstoffen anbieten zu können. Ein-blicke in die Ausbildungsmöglichkeiten und guten Berufsaussichten sind in diesem und den nächsten Ausgaben zu finden. Vielleicht überzeugen diese den einen oder anderen Schulabgänger für eine technische Richtung – auf jeden Fall wäre dies eine gute Basis für den Start in ein erfülltes Arbeitsleben!

Charlotte Schade Dipl.-Ing. (FH) WOTech GbR

Keramik – alter Werkstoff mit neuem Einsatzpotenzial

Energiesparende Kälteanlage bei der Aluminiumanodisation 34

Fügen von Magnesium 8 Galvanisch abgeschiedene Lote 21

Hochleistungskeramik: Mikrospritzguss für Medizin- und Dentalanwendungen 4

Energieeffiziente und wirtschaftliche Funkenerosion mit Deionisiereinheit 6

Fügen von Magnesium 8

Turbinen robotergestützt reparieren 10

Flugzeuge nachhaltiger bauen 11

Verlustarmes Laserstrahlschneiden von Elektroband 12

Super-Nanofasern für den Leichtbau 12

Stapel von monoatomaren Materialien mit überraschenden Eigenschaften 13

Erfurter Rapic.Tech 15

Weniger Reibungsverluste 17

Serienproduktion von Magnesiumbauteilen 18

Titanwerkstoffe für Implantate 20

Galvanisch abgeschiedene Lote auf hochreinen Aluminiumoxidkeramiken 21

Oberflächentechnik für Rapid-Prototyping-Bauteile 23

Mechanical Plating: Korrosionsschutz für hochfeste Verbindungselemente 24

Aktuelle Trends bei Modernisierung und Neubau galvanotechnischer Anlagen 26

Wertschöpfung in der Praxis 28

Leistungssteigerung bei bewährten Oberflächen – Aluminiumoxidation mit Laserunterstützung 30

Kleines Beschichtungsunternehmen mit Technologievorsprung 31

Energiesparende Kälteanlage für glän-zende Oberflächen von Kfz-Zierteilen 34

WERKSTOFFE OBERFLÄCHEN

Mechanical Plating 24

Organische Moleküle – Tarnung

durch falschen Knick im Licht 35

Keramisierung von Leichtmetall für

extreme Oberflächenanforderungen 36

Produktionsprozesse – Anforderungen

und aktuelle Entwicklungen

Bericht vom 35. Ulmer Gespräch 38

Werkstoffbearbeitung –

ein Thema mit Zukunft 40

OBERFLÄCHEN

Keramisierung von Leichtmetallen 36

WOMag2 07 2013

INHALT

Schmieden von Magnesium in Serie 18

Hochleistungskeramik 4

Flammspritzen für Brennstoffzellen 33

Unternehmensticker News

Erster berufsbegleitender Weiter- bildungsmaster für die Windenergie 44

Studien – Zukunft der Automobilindustrie im Fokus 44

HZB stärkt Aktivitäten zur Forschung an solaren Brennstoffen 44

Neue Normen 45

Patente 47

Inserentenverzeichnis 49

Serie – Kleine Werkstoffkunde – Werkstoffe als Basis für Bauteile 49

Zum Titelbild: Forscher des Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik optimieren das Laserstrahlschneiden von Elektroband; Kurzbeitrag auf Seite 12

RUBRIKEN

Fortschritt bei Funkenerosion durch Deionisiereinheit 6

SONDERTHEMAParallele Herausforderungen 41

Zentralverband Oberflächentechnik e.V. (ZVO) 42

Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e.V. (DGO) 42

Verein Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) 42

VERBÄNDE

INHALT

WOMag – Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche –Internationales Fachmagazin in deutscher und (auszugsweise) englischer Sprachewww.womag-online.de ISSN: 2195-5891 (Print), 2195-5905 (Online)

Erscheinungsweise12 x jährlich, jeweils zum 10. des Monats

Herausgeber und VerlagWOTech – Charlotte Schade – Herbert Käszmann – GbR Am Talbach 2 79761 Waldshut-Tiengen Telefon: 07741/8354198 www.wotech-technical-media.de

VerlagsleitungCharlotte Schade Mobil 0151/29109886 schade@wotech-technical-media.deHerbert Käszmann Mobil 0151/29109892 kaeszmann@wotech-technical-media.de

Redaktion/Anzeigen/Vertrieb/Abosiehe Verlagsleitung

BezugspreiseJahresabonnement Online-Ausgabe: 149,– E, inkl. MwSt. Die Mindestbezugszeit eines Abonnements beträgt ein Jahr. Danach gilt eine Kündigungsfrist von zwei Monaten zum Ende des Bezugszeitraums.

Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 02 vom 1. Januar 2013

InhaltWOMag berichtet über: – Werkstoffe, Oberflächen – Verbände / Institutionen– Unternehmen, Ausbildungseinrichtungen– Veranstaltungen, Normen, Patente

Leserkreis: WOMag ist die Fachzeitschrift für Fachleute des Be-reichs der Produktherstellung für die Prozesskette von Design und Konstruktion bis zur abschließenden Ober-flächenbehandlung des fertigen Produkts. Im Vorder-grund steht die Betrachtung der Werkstoffe und deren Bearbeitung mit Blickrichtung auf die Oberfläche der Produkte aus den Werkstoffen Metall, Kunststoff und Keramik.

WOMag-BeiratWOMag wird von einem Kreis aus etwa 20 Fachleuten der Werkstoffbe- und -verarbeitung sowie der Oberflä-chentechnik beraten und unterstützt.

BankverbindungBW-Bank, BLZ 60050101, Konto 2344238

Das Magazin und alle in ihm enthaltenen einzelnen Bei-träge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Bei Zusendung an den Verlag wird das Einverständnis zum Abdruck vorausgesetzt. Nachdruck nur mit Geneh-migung des Verlages und ausführlicher Quellenangabe gestattet. Gezeichnete Artikel decken sich nicht unbe-dingt mit der Meinung der Redaktion. Für unverlangt eingesandte Manusikripte haftet der Verlag nicht.

Gerichtsstand und ErfüllungsortGerichtsstand und Erfüllungsort ist Waldshut-Tiengen

HerstellungWOTech GbR

DruckSCHMID Druck + Medien GmbH & Co. KG

© WOTech GbR, 2013

IMPRESSUM

07 20134

WERKSTOFFE

WOMag

Technische Feinkeramik hat sich in den letz-ten Jahren in nahezu allen Branchen als zu-kunftsweisendes Material etabliert. CIM bietet gerade für miniaturisierte, komplexe Teile die Möglichkeit, alle Vorteile dieses neuen Werkstoffs optimal zu nutzen und Lö-sungen für die Medizin- und Dentalbranche bereitzustellen. Um die Vorteile des Verfah-rens optimal auszuschöpfen, bedarf es aber eines breiten Know-hows der gesamten Pro-zesskette, von der Materialherstellung über den Spritzgusswerkzeugbau, den eigent-lichen CIM-Prozess bis hin zur Nacharbeit und der Qualitätskontrolle. Nur so sind die Produktqualität und eine Reproduzierbar-keit über verschiedene Lose gewährleistet.

In der Medizin- und Dentalindustrie wird speziell auf die Bioverträglichkeit, Trans-parenz, Farbe, Oberflächengüte und Repro-duzierbarkeit Wert gelegt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Reinheit der Materia-

lien, die Prozesssicherheit, Qualitätssiche-rung sowie die Rückverfolgbarkeit aller ver-wendeten und aufgezeichneten Parameter in den jeweiligen Prozessschritten. All die-sen Anforderungen werden der Werkstoff Keramik und das CIM-Verfahren gerecht. Bekannte Keramikanwendungen sind zum Beispiel Gehäuse, Verschleißteile von medi-zinischen Geräten, Implantate, Führungen, Zahnhalterungen (Abutments) für die Zahn-restauration, Zahnklammern (Brackets), Instrumente und Insulatoren für die Endo-skopie sowie Düsen und Pipetten für DNA- und Blutanalysen.

Generell lässt sich sagen, dass sich das Ce-ramic Injection Molding speziell ab mittle-ren Stückzahlen mit komplexen Geometri-en, hohen Toleranzanforderungen, dünnen Wandungen oder kleinsten Bohrungen (bis 15 µm realisiert) als wirtschaftliche und pro-zessstabile Fertigungstechnologie anbietet.

Entscheidend ist dabei das richtige Material für die jeweilige Anwendung.

In der Medizintechnik kommt in erster Linie Zirkonoxid (ZrO2) aufgrund seiner tribologi-schen Eigenschaften, seiner Biegefestigkeit, der Bruchzähigkeit und seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz. Teilweise wird auch Aluminiumoxid (Al2O3) eingesetzt. Dieses Material zeichnet sich durch Festig-keit und Härte sowie Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Darüber hinaus verfügt es über gute Wärmeleitfä-higkeit, hohes elektrisches Isolationsver-mögen und Hochtemperaturbeständigkeit.

Die SPT Roth Ltd., Lyss/Schweiz, kann den zum Spritzen benötigten Materialfeedstock betreffend Mischverhältnis, Korngröße und Binder individuell aufbereiten und herstel-len. Das schafft die Voraussetzungen dafür, die Materialeigenschaften an die Anforde-rungen des Fertigteils anzupassen. Eine sta-bile Qualität über die Produktionslose ist dabei eine zentrale Vorgabe, die der CIM-Prozess erfüllt (CIM – Computer integrated manufacturing/computerunterstützte Ferti-gung). Um die Qualität der Endprodukte be-reits in der Konstruktionsphase zu sichern, sollten bei der Gestaltung der Bauteile fol-gende Punkte berücksichtigt werden:

Hochleistungskeramik: Mikrospritzguss für Medizin- und Dentalanwendungen – Freie Formwahl für alle Teile Von Martin Sutter, Lyss/Schweiz

Ceramic Injection Molding (CIM) ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von ultrapräzisen, oxidkeramischen Mikroteilen. Dabei bietet das Verfahren hohe gestalterische Freiheiten, was die Geometrie und Materialeigenschaften betrifft – Eigenschaften, die dem Einsatz in der Medizintechnik zu Gute kommen.

High-Performance Ceramics for Medical and Dental Applications – with no Shape Restrictions for Components

Ceramic Injection Moulding (CIM) allows cost-effective manufacture of high-precision micro-components from oxide ceramics. As such, the process offers almost unlimited degrees of freedom in terms of component geometry and the properties of material used. Such properties, not least in medical or surgical applications, are highly desirable.

Mikroteile aus Oxidkeramik

Insulatoren aus 90 % Aluminiumoxid und 10 % Zirkonoxid

07 2013 5

WERKSTOFFE

WOMag

−unnötige und starke Wandstärkenunter-schiede sowie abrupte Querschnittsände-rungen vermeiden

−Massenanhäufungen umgehen

−scharfe Kanten, wenn möglich, abrunden

−lange freistehende Kerne möglichst sym-metrisch belasten.

Für das Gelingen des CIM-Prozesses muss jeder Prozessschritt strengstens überwacht und die Qualitätsanforderungen müssen minutiös eingehalten werden. Im Prozess werden nur hochqualitative Werkstoffe ver-arbeitet und die Produktion erfolgt unter strengen Vorschriften.

Die Präparation des Feedstocks und die Ho-mologation jedes neuen Pulverloses gemäß ISO-Norm ist für die Reproduzierbarkeit der Toleranzen sowie das Erreichen der 100-pro-zentigen Dichte des Endprodukts unerläss-

lich. Während der Produktion der Kera-mikteile werden in den Prozessschritten ständige Kontrollen in festgelegten Zeit-intervallen vorgenommen. Alle Feinkera-mikteile für medizinische Anwendungen werden, wenn gefordert, mittels Compo-nent Qualification Submission (CQS)-Ver-fahren durch den Kunden freigegeben.

Mit der Entscheidung, Keramikteile durch das Spritzgussverfahren herzustellen, wird der CIM-Prozess angestoßen. Dabei können Erstmuster erst nach dem Bau des Spritz-gusswerkzeugs zur Verfügung gestellt wer-den. Die Fertigung des Werkzeugs ist ein wesentlicher Kosten- und Zeitfaktor. Die Herstellung eines serientauglichen Werk-zeugs, das die Produktion von etwa 150 000 Schuss sichert, nimmt etwa zehn bis 16 Wo-chen in Anspruch und bindet bis zu 60 Pro-zent der Kosten der Vorserienfertigung.

Um den Kosten- und Zeitaufwand in der An-fangsphase geringzuhalten und trotzdem in den Besitz von Erstmustern zu gelangen, ist die Herstellung von Prototypwerkzeugen, so genannter Softtools, eine Möglichkeit. Diese werden mit dem identischen Verfah-ren realisiert wie normale Serienwerkzeuge. Sie werden aber aus weichem, gut zu ver-arbeitendem, legiertem Vergütungsstahl gefertigt, was die Bearbeitung wesentlich vereinfacht. Dadurch erhält der Kunde in-nerhalb von vier bis sechs Wochen erste Musterteile – die mit demselben Material und demselben Prozess hergestellt wur-den wie spätere Serienteile – für Versuche zur Verfügung. Da das Werkzeug aus be-grenzt verschleißfestem, weichem Materi-al gefertigt wird, können jedoch nur weni-ge Teile produziert werden. Entscheidet sich der Kunde nach der Prüfung der Erstmuster schließlich für die Produktion von Serientei-len, muss das Softtool durch ein herkömm-liches, serientaugliches Werkzeug ersetzt werden.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Formgebungsmöglichkeiten des CIM-Prozesses mit denen des Kunststoff- oder Metall-Mikrospritzgießens vergleichbar sind. Infolge der speziellen Eigenschaf-ten der Feinkeramik eröffnen sich jedoch völlig neue Einsatzmöglichkeiten für die Spritzgussprodukte.

SPT Roth Ltd., CH-3250 Lyss

➲➲ www.spt.net/cim

Die WOMag-Redaktion informiert

HomologationUmfangreiche Zulassungsprozedur, mit der auf der Basis von Zulassungsvorschriften überprüft wird, ob die Leistungsmerkmale von Liefer-gegenständen so beschaffen sind, dass diese zugelassen werden und ein Zertifikat der Ho-

mologation erhalten können.

Tab.: Ausschnitt der Materialien von SPT

Eigenschaften Al2O3 99,99 % Al2O3 / ZrO2

-3Y ZrO2-3Y ZrO2

-3Y / Al2O3

Dichte 3,98 g/cm3 5,5 g/cm3 6,0 g/cm3 4,25 g/cm3

Farbe weiß (auch transparent) weiß weiß weiß

Biegefestigkeit 610 MPa 2000 MPa 1300 MPa 985 MPa

Härte 2100 HV1 1500 HV1 1300 HV1 2000 HV1

Korngröße <1 µm <0,5 µm <0,6 µm <0,9 µm

Wärmeleitfähigkeit 30 W/mK 6 W/mK 2 W/mK 27 W/mK

Vom Prototyp zur Serienfertigung

Werden Sie Abonnent und nutzen Sie die Inhalte der Plattform in vollem Umfang!

Fachbeiträge in digitaler Form mit allen Möglichkeiten der modernen Medien!

1 Monat kostenfrei zum Kennenlernen!

Kommen Sie auf unsere Webseite: www.womag-online.de Umfassend und immer auf

dem neuesten Stand!

07 20136

WERKSTOFFE

WOMag

1 Grundlagen

Die Mikro-Funkenerosion, auch μ-EDM (Mi-cro-Electro-Discharge Machining) genannt, ist ein thermisches Abtragverfahren bei dem elektrische Entladevorgänge zwischen zwei Elektroden, der Werkzeug- und der Werkstückelektrode, innerhalb eines Gas-raumes stattfinden. Aufgrund ihres thermi-schen Wirkprinzips, welches eine nahezu prozesskräftefreie Bearbeitung unabhän-gig von Härte und Festigkeit des Werk-stoffs ermöglicht, ist die Funkenerosion ein

etabliertes Verfahren zur Erzeugung von Bohrungen.

Während des Erosionsvorganges ist der Arbeitsspalt zwischen Werkzeug- und Werk-stückelektrode mit dem Dielektrikum ge-füllt. Das Funkenereignis beginnt mit dem Anlegen einer elektrischen Spannung an Werkzeug- und Werkstückelektrode und endet mit dem Zusammenbruch der ent-standenen Gasblase. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des funkenero-siven Bohrprozesses.

Bei jeder Entladung wird ein mikrosko-pisch kleines Stoffvolumen abgetragen. Die makroskopische Formgebung des Werk-stücks entsteht durch eine hochfrequen-te Aneinan derreihung vieler Einzelentla-dungen (Abb.  2). Es folgt eine negative Abformung der Werkzeugelektrode in das Werkstück.

In der Massenfertigung kommt die Funken-erosion zur Erzeugung von Mikrobohrun-gen in hochharten Werkstoffen zum Einsatz, insbesondere bei der Herstellung von Ein-spritzdüsen in der Automobilindustrie. Eine andere weit verbreitete Anwendung ist die Herstellung von Startlochbohrungen, wel-che für die Bearbeitung von Bauteilen mit-tels Drahterosion erforderlich sind.

2 EinflussdesDielektrikumsbeimErodieren

Der Erosionsvorgang findet zur Steigerung des Wirkungsgrades in einer dielektrischen Flüssigkeit statt. Diese besteht hauptsäch-lich aus Mineralöl- und Syntheseprodukten basierend auf Kohlenwasserstoffverbindun-gen oder deionisiertem Wasser [1]. Die Di-elektrika unterscheiden sich in ihrer Kühl- und Spülwirkung. Verdampfungsvorgänge des wasserhaltigen Arbeitsmediums füh-ren eine hohe Wärmeabfuhr herbei. Dies er-möglicht ein Arbeiten mit hohem Strom und kleinen Elektrodengeometrien. Des Weite-

EnergieeffizienteundwirtschaftlicheFunkenerosion–FortschrittdurchEinsatzeinerDeionisiereinheitVonProf.Dr.h.c.Dr.-Ing.EckartUhlmann,M.Sc.Dipl.-Ing.(FH)Tassilo-MariaSchimmelpfennigundDipl.-Ing.BernwardGroß

DieFunkenerosionisteinebewährteTechnologiezurHerstellungpräziserStruktureninschwerzerspanbarenMetallen.DieQualitätundBearbeitungsgeschwindigkeitwirdvorallemdurchdieArtdesverwendetenDielektrikumsbestimmt.Untersuchungenzeigen,dass die Präzision hergestellter Strukturen bei abnehmender elektrischer Leitfähigkeit des eingesetzten Dielektrikums steigt. DagleichzeitigdieBearbeitungsgeschwindigkeitbeeinflusstwird,mussdieelektrischeLeitfähigkeitaufdenBearbeitungsprozessab-gestimmtwerden.DurchdenEinsatzeinerneuentwickeltenHochleistungsdeionisiereinheitwirdsowohleineEffizienzsteigerunginBezugaufQualitätundBearbeitungsgeschwindigkeiterzieltalsauchausökonomischerSichteinenachhaltigeBearbeitungrealisiert.

Energy-efficientandCost-effectiveSparkErosionMachining–ImprovedPerformancewithIncorporatedDeioniser

Sparkerosionmachiningisanimportanttechnologyforshapingandpatterningmetals.Thequalityoffinishandrateofmachiningaredeterminedprimarilybythenatureofthedielectricmaterialinquestion.Studieshaveshownthattheprecisionofmachiningincrea-sesastheelectrolyticconductivityofthewaterusedintheprocess,decreases.Since,howeverthisalsocausestherateofmachiningtodecrease,acompromiseiscalledforintermsofthetwoparameters.Usingaspecially-designedmobiledeioniser,improvementscanbemadebothintermsofqualityoffinishandrateofmachiningascomparedwithpresentpractice.

Abb. 1: Schematische Darstellung des funkenerosiven Bohrprozesses

WERKSTOFFE

ren weist Wasser gegenüber Kohlenwasser-stoffdielektrikum eine wesentlich geringere Viskosität auf, wodurch eine optimalere Spülung des Arbeitsspaltes zu rea lisieren ist [2, 3]. Aus ökologischer Sicht stellt die funkenerosive Bearbeitung mit deionisier-tem Wasser als Arbeitsmedium einen sau-beren Prozess dar. Das Wasser kann nach der Aufbereitung wieder verwendet werden – eine aufwendige Entsorgung, wie beim Kohlenwasserstoffdielektrikum ist nicht notwendig.

Im Gegensatz wirkt der Einsatz von deioni-siertem Wasser gegenüber Kohlenwasser-stoffdielektrika restriktiv, da negative Aus-wirkungen auf den Erosionsprozess und somit auf das Bearbeitungsergebnis ent-stehen können. Die Kontamination des de-ionisierten Wassers mit Abtragpartikeln innerhalb des Arbeitspalts führt zu einer lokalen Steigerung des elektrischen Leit-werts σ

Wasser. Dies hat eine Beeinträchtigung

der Prozessstabilität zur Folge, wodurch es zu einem Abbruch der Erosionsbearbeitung

kommen kann. Insbesondere in der Mikro-funkenerosion, bei der geringe Prozess-änderungen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis bewirken, sind konstante Bedin-gungen erforderlich, wie die Ergebnisse des nachfolgend beschriebenen Versuchs zeigen. Um dies zu verdeutlichen, wurden Mikrobohrungen mit unterschiedlich kon-taminiertem Dielektrikum gefertigt und das Prozessverhalten beobachtet.

3 LeitfähigkeitdesDielektrikums

Im Rahmen einer Untersuchung wurden 1 mm tiefe Bohrungen mit Hartmetallelek-troden der Balzer-Technik SA/AG, die einen Durchmesser d

el von 200 μm aufweisen, in

CrNi18-8 Stahl erodiert und die Bearbei-tungsergebnisse dokumentiert. Als Dielek-trikum kam deionisiertes Wasser zum Ein-satz, dessen elektrische Leitfähigkeit durch das Abrichten von Grafitelektroden variiert wurde. Die elektrische Leitfähigkeit des Di-elektrikums ist während der Versuchsdurch-führung mittels eines Konduktometers des Typs HND-C10S überprüft worden.

Abb. 2: Einzelentladungskrater und Mikrobohrung in hochlegiertem Stahlwerkstoff

LesenSieweiteralsAbonnentunter:www.womag-online.de

DIREKT VOM HERSTELLER

Erosion-Mikroerosionszubehör füralle bekannten Erosionsmaschinen.

Hartmetall-Prüfstifte ab Ø 0.05 mm,Toleranz +/-0.0005 mm, Längen ab10-70mm.

Hohllehren aus Hartmetall,Länge 8 mm (austauschbar.)

Zeichnungsteile in Hartmetall, Stahlund Keramik.

Hartmetall-Prüfstifte und Hohllehren Set 11

AusieferungslagerBalzer Technik SA/AGTraispelweg 274382 Neckarwestheim

Balzer-Systeme

Pub BT 216x147:Layout 1 27.06.2013 10:41 Seite 1

07 20138

WERKSTOFFE

WOMag

Die Entwicklung innovativer Bandgussver-fahren ermöglicht es inzwischen, Magnesi-umwalzhalbzeuge zu Preisen herzustellen, die keinen Vergleich mit dem rund ein Drit-tel schwereren Aluminium zu scheuen brau-chen. In einer solchen Technologie fertigt die LMpv Leichtmetall Produktion & Verar-beitung GmbH aus der Standard-Knetlegie-rung AZ31 sowie weiteren Magnesiumle-gierungen Platten, Blöcke und Bleche, aus denen in Umform-, Zerspan- und Schmiede-prozessen ultraleichte Bauteile entstehen. Sie zeichnen sich neben geringem Gewicht durch hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie

Fügeverfahren. Dabei werden je nach Ein-satz unterschiedlich hohe Anforderungen gestellt, die sich sowohl mit metrischen als auch mit gewindefurchenden Schrauben er-füllen lassen. Um ein ungewolltes Lockern oder Lösen, beispielsweise durch statische und dynamische Belastungen wie Erschüt-terungen und Vibrationen, zu verhindern, gelten bei der Auslegung von Schraubver-bindungen für das Fügen von Magnesium-bauteilen identische Voraussetzungen wie bei anderen metallischen Werkstoffen. We-sentliche Kriterien sind die geeignete Be-rechnung und Gestaltung der Verbindung, beispielsweise nach VDI 2230.

Um beim Einsatz metrischer Schrauben eine ausreichende dynamische Sicherheit zu gewährleisten, stehen diese mechani-schen Verbindungselemente auch mit inte-grierter Klebesicherung zur Verfügung. Al-ternativ kann die Schraubverbindung mit gewindefurchenden Schrauben hergestellt werden. Diese Verbindungselemente sind als unterschiedliche Systeme verfügbar, beispielsweise das spezielle für das Fügen von Leichtmetallen entwickelte Altracs Plus von Ejot. Diese Schrauben formen beim Ein-drehen in die Kernlöcher des Magnesium-bauteils ein metrisches Muttergewinde selbst ein. Dabei ergibt sich durch die Kalt-

verformung der Materialstruktur eine höhe-re Stabilität und Festigkeit der Verbindung, so dass auf zusätzliche Sicherungselemen-te verzichtet werden kann. Einsparpotenzial bieten gewindefurchende Schrauben darü-ber hinaus durch die reduzierte Anzahl der Arbeitsschritte – Bohren des Mutternge-windes und Gewindeschneiden entfallen – beim Herstellen der Verbindung.

Kontaktkorrosion – ein Thema das beim Ver-schrauben von Magnesiumbauteilen mit Stahlschrauben stets genannt wird – lässt sich durch entsprechende konstruktive Maßnahmen und die Verwendung beschich-teter Verbindungselemente verhindern. Bei-spiele dazu finden sich insbesondere in der Automobilindustrie, etwa die Verbindung des Frontends beim Porsche Panamera.

Mit Klebstoff auf dauerhaften Halt ausgelegt

Leichtbau und Kleben – eine Verbindung, die auch beim Fügen von Magnesium- und Hybridbauteilen Vorteile bietet. So stellt beispielsweise beim direkten Verbund von Magnesium und Stahl der Klebstoff nicht nur die mechanische Verbindung der Werk-stücke her, sondern sorgt auch für eine elektrochemische Trennung der Oberflä-chen und verhindert dadurch Kontaktkorro-

Fügen von MagnesiumAls leichtester metallischer Konstruktionswerkstoff eröffnet Magnesium ein enormes Leichtbaupotenzial. Dabei rücken aus Walzhalb-zeugen in Zerspan-, Umform- und Schmiedeprozessen hergestellte Bauteile immer mehr in den Fokus. Für deren Verbindung zu kom-pletten Strukturen oder Komponenten stehen unterschiedliche Fügeverfahren zur Verfügung.

Aus den in innovativen Bandgussverfahren her-gestellten Platten, Blöcken und Blechen lassen sich in Umform-, Zerspan- und Schmiedeprozes-sen ultraleichte Bauteile fertigen, die in verschie-denen Fügeverfahren verbunden werden können Bildquelle: LMpv

Bei der Entfettung von Magnesiumbauteilen vor dem Verkleben bietet die Laser-strahlreinigung Vorteile: Durch die kurzfristige Überschreitung der Schmelztem-peratur im oberflächennahen Bereich (1 µm bis 5 µm) kommt es zu einer hohen Korrosionsstabilität Bildquelle: Clean Laser

eine gute Recycelfähigkeit aus. Allerdings lassen sich die Bauteile aufgrund der ein-geschränkten Umformbarkeit von Magnesi-um bei Raumtemperatur mit einigen kalten Fügeverfahren nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand verbinden. Dies trifft jedoch nicht auf das Schrauben, Kleben, Schweißen und Reibrührschweißen zu – damit ist es auch möglich, tragfähige Multimaterialverbin-dungen herzustellen. Über die Möglichkei-ten und Grenzen der verschiedenen Füge-verfahren informierte das Oranienbaumer Unternehmen in einem Workshop.

Optimal geschraubt – metrisch oder gewindefurchend

Soll die Verbindung wieder lösbar sein, ist das mechanische Schrauben bevorzugtes

07 2013 9

WERKSTOFFE

WOMag

sion. Außerdem lassen sich dem Klebstoff durch Zusatzstoffe optische, thermische oder elektrische Eigenschaften beimischen. Die für die Verbindungen optimal geeigne-ten Klebstoffe werden dabei von Herstel-lern, wie beispielsweise Delo, auf Fügepart-ner abgestimmt.

Entscheidenden Einfluss auf die Langzeit-stabilität von Klebeverbindungen hat die Art der Beanspruchung, wobei hauptsächlich zwischen Scher-, Druck-, Zug- und Schäl-belastung unterschieden wird. Um bei der Bauteilkonstruktion das Risiko eines späte-ren Spannungsversagens der Klebung zu minimieren, sollte diese in einem Bereich vorgesehen werden, in dem sie nur Druck- und/oder Scherbelastungen ausgesetzt ist. Gründe dafür sind: Klebstoffe besitzen üb-licherweise nur eine geringe Zugfestigkeit. Bei einer Schälbeanspruchung wird die Be-lastung lediglich vom offenen Kleberrand aufgenommen, was zu einem Aufreißen führen kann.

Ein weiteres wesentliches Kriterium ist die Vorbehandlung der Oberfläche. Das Entfet-ten zählt dabei zu den wichtigsten Schrit-ten, da nur fettfreie Oberflächen eine ein-wandfreie Benetzung ermöglichen. Bewährt hat sich dabei die Laserstrahlreinigung, bei der Verunreinigungen durch eine thermisch-physikalische Verdampfung abgetragen werden. Mit diesem Verfahren lassen sich nicht nur Restfett- und Oxidschichten von Magnesiumbauteilen entfernen, durch die kurzfristige Überschreitung der Schmelz-temperatur im oberflächennahen Bereich (1 µm bis 5 µm) kommt es zu einer hohen Korrosionsstabilität und damit zu einer langzeitbeständigen Klebevorbehandlung.

Lichtbogenschweißen – besser ohne Zusätze

Eine optimale Nahtvorbereitung ist auch Voraussetzung für dauerhaft beständige Schweißverbindungen, ebenso wie kons-truktive Überlegungen zur Auslegung der Schweißnaht, die sich jedoch nicht von an-deren Werkstoffen unterscheiden.

Magnesium lässt sich mit allen gängigen Lichtbogenschweißverfahren fügen, je nach eingesetzter Schweißtechnologie mit spezifischen Vor- und Nachteilen. So er-möglicht manuelles oder automatisiertes MIG-Schweißen bei mittlerem Investitions-

aufwand artgleiche Verbindungen. Außer-dem ist dafür ein Schweißzusatz erforder-lich, der aufgrund der bisher eher geringen Nachfrage mit hohen Kosten zu Buche schlägt. Beim lediglich manuell handhab-baren WIG-Schweißen lassen sich auch Bauteile aus unterschiedlichen Materialien mit und ohne Zusatz herstellen. Der Inves-titionsaufwand für dieses Verfahren hält sich ebenfalls in Grenzen. Das Laserstrahl-schweißen, das ebenfalls mit oder ohne Zu-satz erfolgen kann, ist nur automatisiert möglich. Aufgrund der enormen Schweißge-schwindigkeit eignet sich dieses Verfahren für die Großserienproduktion, nicht zuletzt auch durch die erforderlichen Investitionen.

Entsprechende Technik für das Schweißen von Magnesiumbauteilen ist für alle drei Verfahren auf dem Markt verfügbar.

Schweißen mit Reibung

Das Reibrührschweißen oder Friction Stir Welding (FSW) ist im Vergleich zum Laser-strahlschweißen ein junges Verfahren. Es benötigt weder eine Schutzgasatmosphäre noch Schweißzusätze. FSW wurde für das Fügen von schwer zu schweißenden Leicht-metallwerkstoffen entwickelt und eignet sich insbesondere für die Verbindung art-ungleicher Werkstoffe, zum Beispiel Mag-nesium und Aluminium.

Im Schweißprozess wird ein rotierender Stift mit großer Kraft in die Nahtstelle von

Bauteile aus Magnesiumlegierungen können mit allen gängigen Lichtbogenschweißverfahren ge-fügt werden Bildquelle: Stolfig

Das Fügeverfahren Reibrührschweißen oder Friction Stir Welding wur-de für die Verbindung von schwer zu schweißenden Leichtmetallwerk-stoffen entwickelt Bildquelle: Helmholtz-Zentrum Gesthaacht

zwei Bauteilen eingebracht und entlang der Fügelinie bewegt. Dabei entsteht durch die Reibung Wärme, wodurch das Material plas-tifziert, um den Stift transportiert und ver-dichtet wird. Beim Abkühlen bildet es dann eine feste, reproduzierbare Verbindung. Im Einsatz ist FSW unter anderem im Auto-mobilbau, in der Luftfahrtindustrie sowie der Medizintechnik. Darüber hinaus arbei-tet das Institut für Werkstoffforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht derzeit an der Entwicklung eines Punktschweißverfah-rens auf Basis des FSW. In einem weiteren Projekt beschäftigen sich die Wissenschaft-ler damit, die Gefügestruktur der Magne-siumlegierung AZ31 durch das Friction Stir Processing so zu verändern, dass eine um-formfähige Struktur entsteht.

07 201310

WERKSTOFFE

WOMag

An der Schleifstation bessert der Roboter auto-matisiert die beschädigten Stellen einer Turbi-nenschaufel aus Bild: IWF TU Berlin

Die deutsche Turbomaschinenbranche boomt. In den vergangenen 25 Jahren konn-te sie ihren Anteil am Weltmarkt von 15 auf 30 Prozent verdoppeln. Immer wichtiger für die Hersteller wird das Servicegeschäft, also Instandhaltungs- und Wartungsarbei-ten (englisch: Maintenance, Repair and Overhaul – MRO). Besonders beanspruchte Teile der Turbomaschinen sind die Schau-feln in Verdichter und Turbine. Ihre Aufga-be ist es, die Strömungsenergie in mecha-nische Energie umzuwandeln. Sie sorgt dafür, dass Flugzeugtriebwerke den nötigen Schub oder Kraftwerksgeneratoren ausrei-chend Strom erzeugen.

Schäden an Schaufeln von Flugzeugtur-binen entstehen zum Beispiel durch Ver-schleiß aufgrund Schwingung und Reibung oder Erosion durch Sand- und Staubparti-kel. Weitere Auslöser sind harte Landungen, wenn einzelne Triebwerkskomponenten einander berühren oder größere Objekte, die in das Triebwerk einschlagen. Die geo-metrisch komplexen, meist aus titan- oder nickellegiertem Stahl bestehenden Bauteile verbiegen oder reißen ein, der Luftstrom ist nicht mehr optimal. Das kann dazu führen, dass die Leistung der Triebwerke abfällt und der Spritverbrauch steigt.

Nach Martin Bilz, Leiter der Abteilung Fer-tigungstechnologien am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktions-technik IPK in Berlin, lohnt sich die Repa-ratur der beschädigten Bauteile. Eine ein-zelne Turbinenschaufel kann je nach Stufe und Triebwerksgröße mehrere tausend Euro kosten. Bei bis zu 80 Schaufeln pro Maschi-ne wären die Betreiber der Anlagen schnell mit sehr hohen Summen konfrontiert. Die Reparatur ist dagegen über 50 Prozent günstiger. Doch deren Prozesse sind sehr aufwendig. Die einzelnen Arbeitsschritte lassen sich nicht einfach in die größtenteils automatisierte Serienfertigung integrieren. Spezialisten bearbeiten die Werkstücke per Hand oder mit speziell eingerichteten Werk-

zeugmaschinen. Abhängig von deren Größe kann es von mehreren Stunden bis zu eini-gen Tagen dauern, bis eine einzelne Schau-fel wieder instand gesetzt ist. Aufgrund der strengen Qualitätssicherung in der Luft-fahrtindustrie stehen beispielsweise ein-zelne rotierende Triebwerkskomponenten oft erst nach zwei bis drei Wochen wieder zur Verfügung.

Im Rahmen des Fraunhofer-Innovations-clusters MRO setzten sich die Forschungs-einrichtungen IPK und das Institut für Werk-zeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU Berlin deshalb zum Ziel, ein automa-tisiertes, robotergestütztes Verfahren zu entwickeln. Während Werkzeugmaschinen gleichbleibend teuer sind, werden Roboter immer günstiger und sind mittlerweile auch für Bearbeitungsaufgaben einsetzbar, so begründet Bilz den Ansatz der Institute. Den Forschern zur Seite standen Spezialisten von Turbomaschinenherstellern wie MAN, MTU, Rolls-Royce und Siemens. Gemein-sam mit weiteren Partnern aus Wirtschaft und Forschung gelang es dem IPK, nicht nur einzelne Prozessschritte für die Auto-matisierung fit zu machen. Bilz und seine Kollegen entwickelten auch ein Verfahren, bei dem ein Roboter innerhalb einer ein-zelnen Fertigungszelle mehrere Reparatur-stationen durchläuft. Das Besondere daran ist, der Roboter hat das Bauteil zu jeder Zeit fest im Griff und wendet sich den – in einem Umkreis von etwa 15 Quadratmeter um ihn herum gelegenen – Stationen einzeln zu. Er reinigt das Bauteil, erfasst seine Geometrie und die Fehlstellen und bearbeitet es spa-nend nach.

Die robotergestützte Fertigungszelle ist nicht nur ein gutes Beispiel für ressourcen- schonende und energieeffiziente MRO-Pro-zesse, sondern hat auch Impulse für die Neufertigung von Turbomaschinenkompo-nenten gebracht. Es macht beispielswei-se die Reparatur von Verdichterschaufeln genauer, schneller und günstiger. Die Wis-

senschaftler des IPK sind nun bestrebt, die Technologie rasch in den Fertigungshallen der Industrie anzusiedeln.

Fraunhofer treibt das Thema weiter voran: Ende Mai startete das neue Innovations-cluster Life Cycle Engineering für Turbo-maschinen. Mit dabei sind neben dem IPK die beiden Berliner Fraunhofer-Institute für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut (HHI) sowie das Dresdner für Keramische Technologien und Systeme IKTS. Die Inhalte des Clusters sind darauf fokusiert, energieeffiziente und ressour-censchonende Technologien für alle Le-benszyklen von Turbomaschinen bereitzu-stellen. Neben MRO werden hier auch die vorgelagerten Prozessschritte wie Design und Produktion betrachtet. Im Mittelpunkt stehen dabei Triebwerke in der Luftfahrt und Gasturbinen in der Energieerzeu- gung.

➲➲ www.ipk.fraunhofer.de

Turbinen robotergestützt reparierenVerdichter- und Turbinenschaufeln sind wichtige Bauteile von Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen. Im Schadensfall ist eine Repa-ratur oft günstiger als der Neukauf. Doch die Prozesse sind aufwendig. Ein robotergestütztes Verfahren sorgt jetzt für mehr Effizienz.

07 2013 11

WERKSTOFFE

WOMag

Die europäische Luftfahrtbranche hat sich ehrgeizige Umweltziele gesetzt. Bis 2020 will sie nicht nur schädliche Klimaemissio-nen reduzieren – Kohlendioxid um 50 Pro-zent und Stickoxid um 80 Prozent – sondern auch die Ökobilanz der Flugzeuge verbes-sern. Life Cycle Assessment (LCA) nennen Experten das systematische Erfassen der Umweltlasten der eingesetzten Bauteile. Die Analyse umfasst sämtliche Umweltwir-kungen, die ein Produkt während seines kompletten Lebenszyklus erzeugt hat – von der Herstellung über die Nutzung bis zum Recycling oder zur Entsorgung.Um die Daten zu erheben, sind leistungs-starke Softwareprogramme notwendig. Diese sind sehr komplex und werden aktuell überwiegend von externen Fachleuten be-dient, die über spezielles LCA-Wissen verfü-gen. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese die relevanten Daten und Prozesse meist erst im Nachhinein erheben. Die Luftfahrtindus-trie plant langfristig. Flugzeugmodelle wer-den oft 20 Jahre und mehr eingesetzt. Wer hier nicht frühzeitig ökobilanziere, müsse die Folgen später aufwändig und teuer ausgleichen, so Robert Ilg aus der Abtei-lung Ganzheitliche Bilanzierung (GaBi) des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP).

Die Wissenschaftler haben jetzt ein Compu-terprogramm entwickelt, das es ermöglicht, die Umwelteinflüsse von Flugzeugbautei-len schon in der Designphase, also bereits bei der Planung eines neuen Modells, mit einzubeziehen. Basis des so genannten Eco-Design Software Tools ist eine Luft-fahrtdatenbank, die LCA-basierte Umwelt-informationen verschiedener Referenzbau-teile enthält. Der Designer weiß mit einem Klick, wie groß der Umweltrucksack ist, den ein Bauteil durch seinen bisherigen Ferti-gungsprozess mitbringt. Das heißt, es wer-den alle Stoff- und Energieströme durch das Programm quantifiziert.

Ein Kilogramm Aluminiumblech zum Bei-spiel, ein im Flugzeugbau häufig verwen-detes Material, hat seinen Rucksack bereits durch Bauxitabbau, den Transport aus Über-see sowie die Weiterverarbeitung in Europa mit circa 140 MJ gefüllt. Das entspricht mehr als der vierfachen Energiemenge, die ent-

steht, wenn ein Kilogramm Rohöl verbrennt. Durch die besonders hohen Materialanfor-derungen im Luftfahrtsektor erhöhen sich die Umweltlasten der eingesetzten Bauteile im weiteren Fertigungsprozess danach noch erheblich. Die Ökobilanzdatensätze müssen daher exakt auf die Branche zugeschnitten sein. Diese luftfahrtspezifische Komponen-te fehlte in den bisher verfügbaren Tools.

Weiterer wichtiger Baustein der neuen Software sind speziell programmierte LCA-Hintergrundmodelle. Sie erlauben es dem Designer, Szenarien mit verschiedenen Bauteilen zu variieren und dabei sofort zu sehen, wie sich unterschiedliche Materiali-en, Baupläne oder Prozesse auf die jewei-lige Ökobilanz auswirken. Er muss selbst keine aufwendigen Analysen machen und kann das verwendete Werkstück mit gespei-cherten Referenzbauteilen abgleichen. Eine übersichtlich gestaltete Benutzeroberfläche zeigt ihm die wichtigsten LCA-Parameter per Drop-Down-Menü an. Der Flugzeugdesigner kann mit Hilfe der Software Analysen erstel-len, die bislang ausgewiesenen LCA-Spezi-alisten vorbehalten waren. Dadurch ist es möglich, Umweltaspekte im Luftfahrtsektor bereits in einem sehr frühen und entschei-denden Stadium des Fertigungsprozesses – der Planungs- und Entwicklungsphase – zu berücksichtigen.

Das Computerprogramm ist zusammen mit den Kollegen aus der Abteilung Interaktive Engineering Technologien des Fraunhofer-

Instituts für Graphische Datenverarbeitung (IGD) in Darmstadt und der Abteilung Ganz-heitliche Bilanzierung der Universität Stutt-gart im Rahmen von Clean Sky entstanden. Das Projekt ist mit einem Budget von rund 1,6 Milliarden Euro eine der größten Initi-ativen der Europäischen Kommission und wurde 2008 mit dem Ziel ins Leben gerufen, den Luftverkehr umweltfreundlicher zu ge-stalten. Fraunhofer arbeitet hier eng mit der Luftfahrtindustrie zusammen. Partner sind beispielsweise EADS, Airbus, Eurocopter oder Rolls-Royce. Aktuell setzt die Industrie die Technologie während einer ersten Test-phase ein. Sie erstellt mit Hilfe der Soft-ware eigene Umweltbilanzen, die sie dann als Eco-Statements veröffentlicht.

➲➲ www.ibp.fraunhofer.de

Ökobilanzen von Bauteilen helfen, Flugzeuge nachhaltiger zu bauenÖkobilanzen von Bauteilen können helfen, die Produktion von Flugzeugen nachhaltiger zu gestalten. Entscheidend ist, dass die Daten frühzeitig zur Verfügung stehen. Mit einer neuen Software ist das nun bereits in der Designphase möglich.

Fertigungshalle von Airbus in Hamburg Bild: EADS

CHROMELOXAL

ZINNNICKEL

KUPFER

Franz Rieger MetallveredlungRiedstraße 1D-89555 Steinheim am AlbuchFon +49 7329 8030Mail info@rieger-mv.dewww.Rieger-MV.de

Erfolg mit Galvanotechnik!

07 201312

WERKSTOFFE

WOMag

Für Prozessentwicklungen und Applikations-untersuchungen zum Laserstrahlschneiden von Elektroblech stehen am Fraunhofer-Ins-titut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden leistungsfähige 2D-Laserschneid-maschinen mit Lineardirektantrieben zur Ver-fügung. Sie können mit modernen CO2-La-sern oder Festköperlasern betrieben werden. Damit sind alle weichmagnetischen Werk-stoffe ab einer Materialdicke von 0,1 Millime-ter unabhängig von ihren Legierungsbestand-teilen (auch Siliziumgehalt > 4 %) problemlos bearbeitbar.

Um die exzellenten magnetischen Material-eigenschaften und damit die Effizienz der Energieerzeugung beziehungsweise Ener-giewandlung auch bei Nutzung des Laser-strahlschneidens zu bewahren, ist die ferti-gungsbedingt unvermeidliche Schädigung zu minimieren. Die Dresdner Forscher opti-mieren die Prozesse mit Hilfe verschiedener Untersuchungsmethoden. Die Prozesspara-

Das Forschungsinstitut bietet Unterstützung bei der Optimierung von Schneidprozessen in der Einzelblechfertigung elektrischer Ma-schinen sowie dem Aufstellen von Design-Richtlinien zur fertigungsgerechten Bautei-lauslegung und der Implementierung des Schädigungsmodells in Simulationswerkzeu-gen zur Magnetkreisauslegung an.

➲➲ www.iws.fraunhofer.de

Verlustarmes Laserstrahlschneiden von Elektroband Exzellente elektromagnetische Eigenschaften in elektrischen Maschinen sind die Voraussetzung für eine möglichst verlustarme Wandlung der elektrischen in kinetische Energie und umgekehrt. Wegen seiner hohen Flexibilität gewinnt die Laserbearbeitung von Elektrobandmaterial einen zunehmenden Stellenwert in der Prozesslandschaft. So fallen beispielsweise beim Laserstrahlschneiden keine zusätzlichen Werkzeugkosten und Rüstzeiten an, was kurze Produktänderungszeiten ermöglicht. Bei der Auslegung von Rotor- und Statorbaugruppen eröffnen sich dem Konstrukteur vollkommen neue Gestaltungsmöglichkeiten.

Laserschneiden von Elektroband Bild: Fraunhofer-IWS

Applikation einer Kontur Bild: Fraunhofer-IWS

meterstudien zur magnetischen Bauteil-beeinflussung werden von metallographi-schen Studien zur geometrischen Form der realisierten Schnittkante und Schneidqua-lität (Grat) begleitet. Daneben entstanden theoretische Modelle zur Abbildung des Schneidprozesses und der magnetischen Schädigung im Schnittkantenbereich (me-chanisch sowie laserinduziert).

US-Forscher haben eine Struktur-Nanofaser entwickelt, die dank ihres eigenen Aufbaus zugleich sehr stark und äußerst robust ist – zwei Eigenschaften, die Strukturwerkstoffe normalerweise nicht vereinen. Das Anwen-dungspotenzial erscheint gewaltig. Was immer auf Kompositen gefertigt wird, könnte von diesen Nanofasern profitieren, so Yuris Dzenis, Professor für Maschinen- und Werk-stofftechnik an der University of Nebras-ka-Lincoln. Der Universität zufolge wären leichtere Flugzeuge ebenso denkbar wie ef-fektivere kugelsichere Westen.

Dzenis und sein Team haben mit Nanofasern aus Polyacrylonitril gearbeitet, einem dem Acryl verwandten synthetischen Polymer. Umso dünner diese Fasern ausfallen, desto stärker werden sie, sie können somit mehr Last tragen. Doch das Team hat festgestellt, dass Nanofasern, die sie dünner gemacht haben als je zuvor, gleichzeitig auch robuster, also schwerer zu zerstören, geworden sind – ein unerwartetes Resultat, da sich diese bei-den Eigenschaften bei Materialien normaler-weise ausschließen.

Als Beispiel für diese Tatsache dienen der Universität ein Keramikteller und ein Gum-miball. Ersterer ist zwar stark genug, einen ganzen Berg Essen zu tragen, zerbricht aber, wenn er herunterfällt – es mangelt also an Robustheit. Der Gummiball dagegen wird so-fort zusammengedrückt, wenn jemand da-rauf steigt, geht aber nicht kaputt – er ist robust, nicht stark. Die neue Nanofaser da-gegen vereint Stärke und Robustheit und ist Dzenis zufolge somit ein neues Material in einer bislang sehr kleinen Gruppe, der die-ses Kunststück gelingt.

Das Team ist der Ansicht, dass die Robust-heit ihrer Nanofasern darin begründet liegt, dass sie eine geringe Kristallinität haben, also über weite Teile eine eher ungeordnete innere Struktur. In diesen amorphen Berei-chen können sich Molekülketten relativ gut bewegen und dadurch mehr auf das Material einwirkende Energie aufnehmen, was die Fa-sern schwerer zu zerstören macht. Viele der-zeit gängige Fasern haben dagegen wenig amorphe Bereiche und brechen vergleichs-weise leicht.

Daraus ergibt sich für die Neuentwicklung An-wendungspotenzial unter anderem im Flug-zeugbau. Denn oft wird das Bruchrisiko von Kompositmaterialien durch den Verbau von mehr Material kompensiert. Wenn Struktur-werkstoffe robuster wären, könnte man die Produkte laut Dzenis leichter und dennoch sicher machen. Ein anderes potenzielles An-wendungsgebiet ist Schutzkleidung, wie ku-gelsichere Westen. Denn diese müssen ro-bust genug sein, dass ein Geschoss sie nicht durchschlägt, sollten aber auch stark genug sein, sich nicht zu verformen.

Quelle: pressetext

Super-Nanofaser für den Leichtbau

Fasern unterm Mikroskop: extra beständig Foto: J. l Brehm, D. Papkov, Y. Dzenis

07 2013 13

WERKSTOFFE

WOMag

Bisher war es allerdings noch nicht möglich, Graphen so zu verändern oder zu beeinflus-sen, dass es eine Bandlücke ausbildet und damit zum Halbleiter wird. Das würde viele neue Anwendungen ermöglichen, angefan-gen von neuen Konzepten für elektronische Schaltungen bis hin zur Energiegewinnung aus der Sonnenstrahlung. Genau dieses Kunststück ist nun einer Forschergruppe am Massachusetts Institute of Technolo-gy (MIT) gelungen, indem sie Graphen mit hexagonalem Bornitrid (hBN), einem struk-turell ähnlichen Werkstoff, kombinierte.

Auch hexagonales Bornitrid besitzt eine sechseckige Kristallstruktur wobei die Atomabstände leicht von denen des Gra-phen abweichen, genauer gesagt nur um 1,8 %. Die Forscher haben nun eine hBN-Schicht aus einer Atomlage auf Graphit auf-gebracht und darauf genau eine Lage Gra-phen positioniert (Abb. 1). Zwischen diesen beiden Lagen bilden sich schwache van-der-Waals-Kräfte aus, die für den Zusammen-halt der Struktur sorgen.

Der leichte Versatz der Atompositionen in den beiden übereinanderliegenden Gittern führt zur Ausbildung von Moirée-Strukturen mit einer Wellenlänge, die deutlich größer als eine Elementarzelle der Kristallgitter ist; dies wird auch als Supergitter bezeichnet.

In einigen Elementarzellen liegen die Atome fast übereinander, in einigen Zellen nehmen sie jeweils Zwischenpositionen ein. Dies ist schematisch in Abbildung 2 dargestellt.

In dieser neuen Materialmischung gibt es Wechselwirkungen zwischen dem sehr guten Leiter Graphen und dem Isolator Bor-nitrid. Einerseits wird das elektrische Po-tential mit der Wellenlänge der Superzelle moduliert. Andererseits führen die unter-schiedlichen Potentiale der Bor- und der Stickstoffatome im hexagonalen Bornitrid dazu, dass die Elementarzellen des Gra-phens verschieden verspannt werden. Über eine Superzelle mittelt sich dieser Effekt aus, allerdings führt genau diese Verspan-nung zu überraschenden neuen elektroni-schen Eigenschaften des Verbundmaterials.

Die Forschergruppe um die beiden Profes-soren Pablo Jarillo-Herrero und Ray Ashoori konnte zeigen, dass dieses Verbundma-terial eine Bandlücke ausbildet, also zum

Halbleiter wird. Durch die Kombination der beiden Werkstoffe haben die Wissen-schaftler ein Hybridmaterial erzeugt, das andere Eigenschaften hat als jeder der bei-den Ausgangsstoffe. So entstand ein Halb-leiterwerkstoff sehr hoher Qualität, der nun weiter untersucht wird.

Die Herstellung des Materialverbunds war eine große Herausforderung, denn die Kris-tallgitter müssen sehr genau übereinander positioniert werden, um die gewünschten elektronischen Eigenschaften zu erhalten. Für die Feinpositionierung mussten sich die Forscher am MIT auf ihr Glück verlassen, nur ungefähr jeder 15. Versuch klappte, denn durch leichte Verdrehung der Kristallgit-ter gegeneinander verändern sich auch die elektronischen Eigenschaften.

Andere Forschungsgruppen haben schon Graphen in einen Halbleiter verwandelt, indem sie schmale Bänder herausätzten. Dabei wird aber die gute elektrische Leit-

Stapel von monoatomaren Materialien mit überraschenden EigenschaftenGraphen ist ein Material, das die Forscher seit seiner Entdeckung zu immer neuen Experimenten inspiriert hat. Es ist ein monoato-marer Werkstoff, das heißt dass alle Kohlenstoffatome genau in einer Ebene in regelmäßigen Sechsecken angeordnet und miteinan-der verbunden sind. Wegen dieser speziellen Struktur hat es überraschende Eigenschaften, zum Beispiel eine hohe Festigkeit in der Molekülebene und einen geringen elektrischen Widerstand. Physikalisch gesehen ist Graphen ein Halbmetall.

Abb. 1: Schematische Darstellung der Anordnung von hexago-nalem Bornitrid und Graphen für die Versuche zur Bandlücke

Abb. 2: Schematische Darstellung des Moirée-Musters bei Überlagerung der beiden leicht unterschiedlichen Kristallgitter von Graphen und hexagonalem Bornitrid. Der periodisch unterschiedliche Versatz der Atome in den beiden Gittern führt zu einer regelmäßigen Modulation des Potentials in dem Verbundmaterial. Die verschiedenen elektronischen Wechselwirkungen erzeugen darin die Eigenschafen eines Halbleiters.

07 201314

WERKSTOFFE

WOMag

fähigkeit des Materials deutlich verschlech-tert, was bei dem neuen Ansatz aus dem MIT nicht geschieht.

Die Bandlücke des neuen Halbleiters ist im Moment noch nicht groß genug, um es tatsächlich für elektronische Bauelemente einsetzen zu können. Hier ist nach Angaben der Wissenschaftler noch weitere Arbeit notwendig. Wenn eine große Bandlücke hergestellt werden könnte, würde das An-wendungen in der gesamten Elektronik er-möglichen. Schon jetzt gäbe es allerdings

mögliche Anwendungen in der Optoelekt-ronik, beispielsweise Photodetektoren.

Die in den Experimenten gefundenen Eigen-schaften passen heute noch nicht in die vor-handene Theorie. Eigentlich hatten die For-scher erwartet, örtlich unterschiedliche Eigenschaften des Werkstoffs zu finden. Tat-sächlich aber ist über die gesamte Oberflä-che der Probe eine einheitliche Band lücke vorhanden, die auch noch größer ist als er-wartet. Auch die Veränderung der elektri-

schen Eigenschaften ist wesentlich größer als die Theorie vorausgesagt hatte.

Die Arbeiten wurden von einem Team am MIT sowie weiteren Forschern von der Universität Arizona, dem Nationalen For-schungsinstitut für Werkstoffe in Tsukuba, Japan und der Tohoku Universität in Japan durchgeführt. Die Finanzierung kam von der Nationalen Energiebehörde der USA (De-partment of Energy), der Gordon und Betty Moore Stiftung sowie der National Science Foundation der USA.

Einen wichtigen Beitrag leistete dabei die Chemikerin Dr. Miriam Siebenbürger aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), Be-reich Weiche Materie und Funktionale Ma-terialien. Sie hat ein elegantes Modellsys-tem entwickelt, das aus Kunststoffpartikeln in wässriger Salzlösung besteht (eine so genannte Suspension). Da die Partikel mit einem Durchmesser von rund 150 Nano-meter extrem klein sind, schweben sie in der Lösung und sedimentieren nicht. Diese Nanopartikel besitzen eine thermosensitive Schale, deren Dicke sich über Wärme beein-

flussen lässt. Sie können dadurch kontinu-ierlich wachsen oder schrumpfen. So kann die Chemikerin ihre Proben gezielt von einem dicht gepackten Glas in einen weni-ger dichten, flüssigen Zustand überleiten, sie also schmelzen.

Mit einer rheologischen Messreihe ermit-telte Miriam Siebenbürger, wie rasch in-nere Spannungen in ihren Proben mit un-terschiedlichen Partikelpackungsdichten abklingen konnten. Dafür schloss sie die Proben zwischen zwei Platten ein, die ge-geneinander verdreht wurden, um Scher-kräfte in der Probe zu erzeugen. Nachdem bei konstanter Schergeschwindigkeit ein statio närer Zustand der Scherspannung erreicht war, wurden die Platten aktiv ge-stoppt. Im Anschluss wurde die Kraft ge-messen, die benötigt wird, um die Platten an der Nullposition zu halten. Diese Kraft ist ein Gradmesser für die inneren Span-nungen. Dabei zeigte sich der entscheiden-de Unterschied zwischen dem flüssigen und dem Glas-Zustand sehr deutlich. Während in Flüssigkeiten die Spannungen vollständig abklangen, blieb ein Teil der Spannungen im Glas-Zustand dauerhaft erhalten. Die Er-gebnisse passen sehr gut zu dem theoreti-schen Modell von Konstanzer Physikern, die das Verhalten harter Kugeln in unterschied-lichen Packungsdichten berechneten.

Auch Messungen der inneren Spannungen und der Dynamik an größeren Partikeln (im

µm-Bereich) von Forschern in Kreta und Düsseldorf und die molekulardynamische Simulation harter Kugeln von Forschern aus Köln und Mainz zeigen das gleiche Ver-halten. Die Wissenschaftler sind überzeugt davon, dass ihre Ergebnisse weitgehend auf alle Gläser übertragbar sind, die durch die hohe Packungsdichte gebildet werden, zum Beispiel auf metallische Gläser, wie sie für Hightech-Anwendungen entwickelt werden. Die Arbeit ist nun in den renommierten Phy-sical Review Letters veröffentlicht und er-hielt dabei den Status Selected for a Focus in Physics und Editor’s Suggestion.

➲➲ www.helmholtz-berlin.de

Glasklare Methode, um Glas von Flüssigkeit zu unterscheidenViele feste Materialien werden aus der Schmelze produziert. Je nachdem wie rasch diese abkühlt, bauen sich dabei innere Spannun-gen auf. Ein Beispiel sind Bologneser Tränen. Ihr dickes Ende hält sogar Hammerschlägen stand, während schon leichter Druck am dünnen Ende die gesamte Träne zerspringen lässt. Auch die Eigenschaften von Sicherheitsglas werden durch innere Vorspannungen bestimmt. Doch bislang war kaum verstanden, welche Besonderheiten der Glaszustand im Vergleich zu einer zähen Schmelze auf-weist. Mit einem überraschend einfachen Modell hat nun eine große Kooperation aus mehreren Forschungsteams aus Deutschland und Kreta erklären können, was Glas und Schmelze voneinander unterscheidet.

Die verwendeten Modell-Kolloide: etwa 150 Na-nometer kleine Partikel in Wasser; der feste Kern besteht aus dem Kunststoff Polystyrol, die umge-bende Schale aus einem thermosensitiven Netz-werk aus Poly(N-isopropyl-acrylamid). Durch Senken der Temperatur lässt sich das Volumen der einzelnen Partikel – und damit auch deren Pa-ckungsdichte –erhöhenDr. Miriam Siebenbürger hat eine

neue Methode mitentwickelt, um Glas von Flüssigkeit eindeutig zu unterscheiden

07 2013 15

WERKSTOFFE

WOMag

Bei der ersten Rapid.Tech 2004 war Additive Manufacturing noch eine Nischentechnolo­gie, inzwischen schätzen Experten das welt­weite Marktvolumen auf 2,2 Milliarden Dol­lar pro Jahr – mit stark steigender Tendenz. Und nicht nur das, sie gehen auch davon aus, dass sich durch additive Fertigungsver­fahren die Art des Produzierens in den kom­menden Jahren stark verändern wird. Dafür spricht auch das enorme Potential, das Additive Manufacturing für eine schnellere, wirtschaftlichere und nachhaltigere Ferti­gung bietet. Einen Vorgeschmack auf diese bevorstehende industrielle Revolution gab die diesjährige Rapid.Tech, die mit insge­samt 1532 Tagungsteilnehmern und Messe­besuchern ein Plus von 18 Prozent verzeich­nete. Sie reisten aus 16 Ländern an, wobei nicht nur Europa, sondern auch Nordame­rika und Asien vertreten waren.

Dies sorgte bei den 70 ausstellenden Un­ternehmen aus fünf Ländern, die Verfah­ren, innovative Maschinen, Materialien und Dienstleistungen präsentierten, für beste Stimmung: Stephan Wein, Gebietsverkaufs­leiter bei der EOS GmbH, war sehr zufrieden mit dem Verlauf der Messe, mit der Quali­tät und Quantität der Kontakte, die auf der Messe geknüpft wurden. Es waren überwie­gend fachkundige Besucher aus Branchen wie beispielsweise Luft­ und Raumfahrt, Dentaltechnik, Formen­ und Werkzeugbau, die mit konkreten Fragen kamen.

Mit der Anwendertagung, dem Konstruk­teurstag, den Fachforen Luftfahrt, Medizin­technik und CAD/CAM und Rapid Prototy­

ping in der Zahntechnik sowie dem Forum der Fraunhofer­Allianz Generative Ferti­gung bot die Rapid.Tech ein besonderes Ta­gungsangebot zu Additive Manufacturing. Es ermöglichte sowohl Einsteigern als auch Experten, sich gezielt zu informieren und Er­fahrungen auszutauschen.

Fahrzeugentwicklung – schneller, kosten-effektiver und produktionsunabhängiger

Welche Potentiale sich durch Additive Ma­nufacturing beziehungsweise Rapid Proto­typing bei der Entwicklung und Herstellung exklusiver Fahrzeuge ergeben, beleuchtete David Hayward, Operations Manager De­sign Studio bei der Bentley Motors Ltd. und Keynote­Speaker der Rapid.Tech. Das Design Studio arbeitet seit zehn Jahren mit generativen Verfahren. Anfangs wurden sie nur für wenige Teile, wie beispielsweise maßstabsgetreue Räder oder Innenraum­bauteile, eingesetzt. Die Weiterentwicklung bei Maschinen und Materialien ermöglicht heute die Herstellung einer Vielzahl von Interieur­ und Exterieurkomponenten für maßstabsgetreue Modelle (1:3 und 1:10), unter anderem Außenspiegel, Schweller, Scheinwerfer, Kühlergrill, Schalter und MMI (Multi Media Interface)­Einheit, durch AM. Dabei lassen sich unterschiedliche Design­varianten innerhalb von wenigen Stunden herstellen und greifbar bewerten. Da für eine solche Modellherstellung früher Tage, Wochen oder sogar Monate erforderlich waren, entstanden Designalternativen nur auf dem Papier. Qualität und Optik der ge­nerativ gefertigten Modellteile entsprechen nahezu den späteren Serienteilen. Gleich­zeitig steigt die Designfreiheit, da sich der Designer nicht mehr mit der späteren Pro­duzierbarkeit der Teile beschäftigen muss, sondern einfach kreativ sein kann. Der Ein­satz von AM kann auch zu einer Verkürzung der Designphase für neue Modelle beitra­gen. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglich­keit der Individualisierung von Komponen­ten und Ausstattungsdetails entsprechend den Kundenwünschen.

Inzwischen werden im Design Studio des Herstellers exklusiver Fahrzeuge aber nicht nur Automobilteile in AM entworfen, son­dern auch individuelle Produkte wie etwa Brillen oder Schmuck für Bentley Kunden. Für David Hayward gibt es auch keinen Grund, dass Automobile eines Tages nicht komplett durch generative Fertigungsver­fahren produziert werden – zumindest bei kleinen Serien. Denn in Formel­1­Fahrzeu­gen und in der Luftfahrt haben AM­Kompo­nenten bereits bewiesen, dass sie ebenso robust und leistungsfähig sind wie kon­ventionell hergestellte Bauteile. Verändern kann AM, so Hayward, letztendlich auch die Teile­Logistik in der Automobilproduktion: Zulieferer werden nicht mehr Teile in ein Werk anliefern, sondern Maschinen an den Produktionslinien stehen haben.

Anwendertagung – AM-Bauteile prozesssicher produzieren

Unabhängig in welchem Verfahren Serien­teile hergestellt werden, Reproduzierbarkeit ist eine entscheidende Anforderung. Dies war eines der Hauptthemen der Anwen­dertagung. In den Vorträgen wurden unter anderem Konzepte für die Prozessführung und Baustrategien sowie neue Entwick­lungen bei Lasern zur Herstellung kom­plexer Bauteilgeometrien und Maschinen thematisiert. Es ging auch um die Einflüs­se der Prozessparameter Scangeschwin­digkeit, Laserleistung, Bahnabstand auf die technologischen Eigenschaften und Qualität von strahlgeschmolzenen Teilen sowie die Ursachen für eine mangelnde Reproduzierbarkeit beim Lasersintern von Kunststoffbauteilen.

Antonio Amado, Inspire AG, irpd, beschäf­tigte sich mit der Fließfähigkeit von Poly­merpulvern für das Selektive Lasersintern bei höheren Temperaturen und präsentierte neueste Erkenntnisse: Der dynamische La­winenwinkel, das Volumenexpansionsver­hältnis und die Unebenheit der Oberfläche nach dem Lawinenereignis (surface fractal)

Erfurter Rapid.Tech – ein Stück näher an der ZukunftÜberzeugen konnte die diesjährige Rapid.Tech, die am 14. und 15. Mai zum zehnten Mal in Erfurt stattfand, nicht nur durch das deutli-che Besucherplus von 18 Prozent. Auch Inhalte und Qualität der Vorträge von 70 renommierten Referenten aus zehn Ländern machten deutlich: An additiven Fertigungsverfahren kommen zukunftsorientierte Unternehmen nicht mehr vorbei. Parallel zur Jubiläumsver-anstaltung der Kongressmesse für Additive Manufacturing (AM) feierte die FabCon 3.D Premiere. Hier wurden 3D-Drucker für Endver-braucher präsentiert, die auf ein enorm großes Interesse stießen.

07 201316

WERKSTOFFE

WOMag

stellen geeignete Parameter zur Qualitäts­kontrolle von kommerziellen SLS­Pulvern und zum Screening während früher Pulver­entwicklungsphasen dar.

Die Freiheit des Designs konstruktiv optimal nutzen

Die Designfreiheit, die Additive Manufactu­ring und Rapid Prototyping Konstrukteuren bietet, ist nahezu grenzenlos. Dass bei aller technologischen Freiheit die Schutzrechte Dritter nicht aus dem Fokus geraten dürfen und dadurch der Richter zum Produktions­leiter wird, machte Professor Dr. Lambert Grosskopf, LL.M. Eur., Universität Bremen, zu Beginn des Konstrukteurstags deutlich. Im Mittelpunkt der weiteren Vorträge stan­den die Besonderheiten bei der Umsetzung von Produktideen mit AM sowie erfolg­reiche Anwendungen unter konstruktiven und werkstofftechnischen Gesichtspunk­ten. Markus Hatzenbichler, TU Wien, stellte einen Verfahrensvergleich von DLP­basier­ter Stereolithographie und dem selektiven Laserschmelzen an und zeigte entschei­dende Unterschiede dieser Technologien bei der Herstellung keramischer Bauteile auf und Aufbereitungsmethoden für kera­mische Pulver.

Personalisierte Implantate und künstliche Blutgefäßsysteme für die Praxis

In seinem Keynote­Vortrag zur Medizintech­nik beleuchtete PD Dr. med. Horatiu Rotaru, Universitätsklinik Cluj­Napoca, Rumänien, die lange Entwicklung der Cranioplastik und die enormen Fortschritte, die durch perso­nalisierte, in generativen Verfahren gefer­tigte Implantate heute erzielt werden. Die Möglichkeiten sind aber nicht nur auf die Reparatur von Schädeldefekten begrenzt. So informierte Dr. Raimund Jäger, Fraunho­fer IWM, Freiburg, über die Fertigung eines verzweigten Blutgefäßsystems, das poten­ziell als Versorgungssystem für ein Gewebe­modell oder ein Transplantat verwendet werden kann. Er betonte, dass dabei die Zusammenarbeit eines multidisziplinären Teams aus Produktionstechnologen, Chemi­kern, Biologen und Werkstoffwissenschaft­lern unverzichtbar ist und beschrieb die Vor­gehensweise zur optimalen Auslegung des Systems. In einem ersten Schritt wurde die optimale Topologie des Aderbaums ermit­telt. Danach erfolgte die Untersuchung der Flussbedingungen in Verzweigungen und deren lokale geometrische Optimierung, die die Endothelialisierung (Bildung neuer Ge­fäßinnenhaut) der Gefäßwand fördert.

In der Luftfahrt den Strukturen der Natur folgen

Additive Manufacturing ist in der Luftfahrt seit 2002 etabliert und eröffnet durch die fortschreitende Entwicklung neue Potenzi­ale, wie Professor Claus Emmelmann, Las­erzentrum Nord, zu aktuellen Trends und Entwicklungen des AM in der Luftfahrt be­richtete. Dazu zählen gewichtsoptimierte Einzelkomponenten sowie integrale Bau­gruppen und leichtere Großstrukturen. Additive Verfahren ermöglichen die be­lastungsgerechte Auslegung der Kompo­nenten, deren Strukturen sich an Vorbil­dern aus der Natur orientieren sowie deren wirtschaft liche Herstellung. Ansätze dazu boten beim Luftfahrt­Fachforum die Vorträ­ge zu neuesten Entwicklungen und Anwen­dungen der Technologien Fused Deposition Modeling (FDM), Lasersintern (LS) und Se­lective Laser Melting (SLM).

Klas Boivie, SINTEF Raufoss Manufactu­ring AS, Norwegen, beschrieb die Prinzipi­en und Verifizierung eines möglichen Hyb­rid­Produktionsprozesses. Es werden dabei auf ein konventionell gefertigtes, rohrförmi­ges Bauteil zwei Halteklammern aus Werk­zeugstahl mittels AM direkt additiv gebaut. Die Fallstudie zeigte, dass es grundsätzlich möglich ist, hochbelastete Bauteile für Luft­fahrt­ und andere Anwendungen in Hybrid­Produktionsprozessen herzustellen.

Mit völlig anderen, aber ebenso interes­santen Herausforderungen beschäftigt sich Part­Time­Scientists. Dahinter verbirgt sich ein internationales Team, das im Rahmen des Google Lunar X­Prize­Wettbewerbs am Wettlauf zum Mond teilnimmt. Für diese Mission entwickeln die Teilzeitwissen­schaftler unter anderem den Mond Rover Asimov. Um neue Technologien einerseits schnell auf ihre Integrationsfähigkeit in das Gesamtsystem testen zu können, arbeiten die Teams mit AM­Funktionsprototypen. Im weiteren Verlauf ist der Einsatz von FDM für Laserschmelzbauteilen als echte Bauteile im Mondrover geplant – erste Komponen­ten liegen schon für Tests vor. Besonders geeignet sind diese Fertigungsverfahren aufgrund der Möglichkeit von Funktionsin­tegration. Darüber hinaus sind die AM­Bau­teile robust und sehr hart.

Dentale Fortschritte von der Abformung bis zur Frästechnik

Sowohl in der Zahnarztpraxis als auch im zahntechnischen Labor etabliert sich die digitale Technik mit Riesenschritten. Das

Fachforum CAD/CAM und Rapid Prototyping in der Zahntechnik informierte über den ak­tuellen Stand und neueste Entwicklungen. Dazu zählte auch ein neues Abformkonzept, das Wilhelm Kiefer, Dental Kiefer, präsen­tierte. Es basiert auf dem Twin­Jection­Löf­fel, in den 19 Minikameras integriert sind. Das System ermöglicht innerhalb von rund zwei Sekunden die Aufnahme aller Zähne eines Kiefers. Die Position der Kameras und ihr Abstand im Löffel zueinander sind klar definiert, was die Errechnung STL­taugli­cher Daten ausgesprochen einfach macht. Für die Modellherstellung stehen speziel­le Basen inklusive Software zur Verfügung. Der Zahnkranz lässt sich virtuell in Idealpo­sition über der jeweiligen Modellbasis plat­zieren. Dann kann das Modell digital ge­druckt oder konventionell gefräst werden. Duch die Visualisierung der realen Kaube­wegung kann die Funktion sichergestellt sowie gleichzeitig die Stabilität verbes­sert werden und damit Komfort und Qua­lität von Zahnersatz optimieren. Einen Lö­sungsansatz dafür stellte Sebastian Ruge, Universität Greifswald, Abteilung CAD/CAM und CMD­Behandlung, mit dem 3­D­Virtual Articulation System (3D­VAS) vor. Mit dem von der Universität Greifswald und der Ze­bris Medical GmbH entwickelten System lässt sich die Okklusion (Kontakt zwischen den Zähnen des Ober­ und Unterkiefers) bei Kaubewegungen virtuell darstellen.

Neue Möglichkeiten in der Frästechnik zur Modellherstellung waren das Thema des Vortrags von Sandra Häge­Betz, MB Ma­schinen GmbH. Sie erläuterte dabei, dass die Betrachtung auch in der Herstellung der Modelle darauf gezielt ausgerichtet werden muss. Dies ermöglicht ein neues System für die Modellherstellung mit einem Null­spannsystem. Diese Alternative zur Stere­olithographie und zum Modellfräsen aus Ronden­Rohlingen bietet Vorteile, wie Kos­tensenkung, Oberflächengenauigkeit, Ein­bindung in zukünftige Be­ und Verarbeitun­gen, beispielsweise die Implantatplanung.

Die Zukunft ist generativ – Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung

Mit Konzepten für die generative Fertigung von morgen beschäftigte sich das Forum der Fraunhofer­Allianz Generative Ferti­gung, unter anderem im Vortrag von Claus Aumund­Kopp und Juan Isaza, Fraunhofer­IFAM. Am Beispiel eines Elektrofahrzeugs – dann bereits ein Oldtimer – erläuterten sie, wie Schadensanalyse, Bauteilproduktion und Ersatzteilaustausch zu einem ökono­

07 2013 17

WERKSTOFFE

WOMag

misch und ökologisch optimierten Gesamt­konzept verschmelzen.

Ob es noch bis 2025 dauert, war das Thema von Kamilla König­Urban und Ben­jamin Graf, Fraunhofer­IPK. Nach dem Vergleich der Eigenschaften der genera­tiven Verfahren Selektives Lasersintern und Pulverauftragschweißen demonst­rierten sie Anwendungen für industriel­le Reparaturaufgaben, zum Beispiel von flächigen und volumenförmigen Defekte auf einer generativ gefertigten Turbinen­schaufel und Rissen in Gehäusen durch das Laser­Pulver­Auftragschweißen.

Mit Schuhen zum ersten Preis

Der Student Design & Engineering Award for Rapid Manufacturing, mit dem die Messe Erfurt innovative und mit additiven Ferti­gungsverfahren verwirklichte Ideen aus­zeichnet, wurde in diesem Jahr zum siebten Mal vergeben. Das hohe Maß an Kreativi­tät und Individualität, das die eingereich­ten Arbeiten auszeichnete, machte es der Jury nicht leicht, die Gewinner zu ermitteln. Beim dritten Preis, einem Gutschein der Alphacam GmbH, entschied sich die Jury für das AM­Kunstwerk Vergangenheit berührt Gegenwart von Marcel Karnapka. Mit ad­

ditiv gefertigten Fahrradkomponenten si­cherte sich Ralf Holleis den zweiten Preis, einen Bauraum auf der EOS Formiga der EOS GmbH. MINE 3D­gedruckte Schuhe nannte Elena Gerber ihre Arbeit, die mit dem ersten Preis, einem Cube 3D­Printer der 3D­Systems GmbH, ausgezeichnet wurde.

Bei der rasanten Entwicklung, mit der Ad­ditive Manufacturing die Produktion in vie­len Branchen verändert, bleibt es spannend zu sehen, welche Themen bei der elften Rapid.Tech im Frühjahr 2014 auf dem Pro­gramm stehen werden.

Damit der Motor eines Neuwagens rund läuft, muss er zunächst richtig eingefahren werden. Für die ersten 1000 Kilometer soll­te man auf schnelles Beschleunigen und ständige Kurzstrecken verzichten. Warum ist diese Schonfrist nötig? Während des Einlaufprozesses verändert sich durch die Reibungswirkung bei den Gleitpaarungen – den Bauteilen, die miteinander mecha­nischen Kontakt haben – die Oberflächen­randzone. Die Oberfläche selbst wird glatter und in einer Materialtiefe von etwa 500 Na­nometer bis 1000 Nanometer verfeinert sich die Körnung der Gefügestruktur, so dass eine nanokristalline Schicht entsteht.

Bis sich diese nanoskalige Randschicht ausgebildet hat, ist jedoch einiges an Reib­arbeit notwendig. Deshalb geht während dieses Einlaufprozesses auch heute noch ein Großteil der Energie durch Reibung ver­loren. Zudem sind die Laufeigenschaften der Oberflächen vom Einfahrverhalten der Kunden abhängig. Für die Automobilbran­che ist das ein kritisches Thema. Denn vor dem Hintergrund immer knapperer Res­sourcen und der Notwendigkeit, CO2 ein­zusparen, steht die Reduzierung reibungs­bedingter Verluste ganz oben auf der Entwicklungsagenda.

Forscher von fünf Fraunhofer­Instituten ar­beiten im Rahmen des Projekts Triboman an neuen Werkstoffen, Fertigungsverfahren und Prozessen, die Verbrennungsmotoren tribologisch, also reibungstechnisch, opti­mieren sollen. Im Fokus stehen Bauteile, die besonders hoher Reibung ausgesetzt sind,

wie etwa Zylinderlaufflächen. Der gemein­same Ansatz ist laut Torsten Schmidt vom Fraunhofer­Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz, den Prozess der Randschichtbildung in die Fer­tigung vorzuverlegen.

Torsten Schmidt und sein Team haben in die­sem Zusammenhang optimierte Fertigungs­technologien zur Präzisionsend bearbeitung entwickelt. Sie setzen für das Präzisions­bohren von Zylinderlaufflächen definierte Schneiden ein, deren Geometrie spezifisch ausgelegt wird. Dadurch wird eine sehr hohe Oberflächengüte erreicht. Außerdem werden gezielt die Kräfte des Zerspanungs­prozesses genutzt, um die Kornfeinung, also das Verfestigen der Werkstoffe, bereits während der Fertigung herbeizuführen.

Mit Hilfe des neuen Verfahrens soll der Ein­fluss auf Reibung und Verschleiß von Motor­komponenten zukünftig gesteigert werden. Die Automobilindustrie käme damit ihrem Ziel, Energie effizienter zu nutzen und CO2 einzusparen, ein Stück näher. Doch auch die Kunden profitieren davon. Die Einlaufzeiten neuer Motoren wären dann wesentlich kür­zer. Das ist nicht nur komfortabler, sondern verringert auch die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes durch falsches Einfahren.

An einem Einzylinderversuchsmotor mit Zylinderlaufflächen aus Aluminium konnten Forscher des Fraunhofer­Instituts für Werk­stoffmechanik IWM in Freiburg bereits erste positive Auswirkungen einer solchen modi­fizierten Endbearbeitung nachweisen: So zeigten die Analysen der bearbeiteten Zylin­

derflächen, dass die Korngröße signifikant geringer ausfällt als bei herkömm lichen Ver­fahren. Die Oberflächenmikrogeometrie ist mit der von gut eingelaufenen Zylinderlauf­flächen vergleichbar. Aktuell arbeiten die Forscher daran, ihr Verfahren neuen Ent­wicklungstrends in der Automobilfertigung anzupassen, beispielsweise der Einführung von Biokraftstoffen. Da bei Biokraftstoffen der Ethanolgehalt höher ist, werden mitt­lerweile die Aluminiumbauteile in der Regel mit einer Spritzschicht auf der Oberfläche versehen, um sie besser gegen Korrosion zu schützen.

➲➲ www.fraunhofer.de

Weniger Reibungsverluste in VerbrennungsmotorenFraunhofer-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das Reibung und Verschleiß im Motor bereits bei der Herstellung der Bauteile reduzieren kann. Kraftstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidemissionen lassen sich durch spezielle Beschichtungen senken.

Für das Präzisionsbohren von Zylinder­laufflächen kommen definierte Schneiden zum Einsatz, deren Geometrie spezifisch ausgelegt wurde. Dadurch kann eine sehr hohe Oberflächengüte erreicht werden Bild: Fraunhofer­IWU

07 201318

WERKSTOFFE

WOMag

Mit der Schmiedetechnik lassen sich kom-plexe Werkstücke effizient herstellen. Das endkonturnahe Schmieden von Magnesi-umknetlegierungen erlaubt die effiziente Herstellung von deutlich leichteren Bau-teilen. Die beachtliche Massenreduzierung resultiert aus der optimalen Werkstoffaus-nutzung und der geringen Dichte des Ma-gnesiums. Allerdings existiert bisher kein ressourcenschonendes, prozesssicheres Verfahren zur Serienproduktion von ge-schmiedeten Magnesiumbauteilen. Dieser Herausforderung hat sich die im hessischen Eichenzell ansässige Weisensee Warm-pressteile GmbH angenommen und eine Schmiedelinie konzipiert, die auf die ver-fahrens- und werkstofftechnischen Bedürf-nisse des Magnesiums abgestimmt ist. Das Verfahren ermöglicht es erstmals, komplexe Bauteile mit hohem Integrationspotenzial und extrem belastungsangepasster Materi-alverteilung herzustellen.

Hohe Energie- und Emissionseinsparungen

Das neue Anlagenkonzept, das vom Bun-desumweltministerium (BMU) im Rahmen des Umweltinnovationsprogramms mit rund 188 000 Euro gefördert wurde, ermöglicht die energetisch hocheffiziente Massenpro-duktion von Magnesiumbauteilen. Dafür kommt statt der bisher eingesetzten Umluft-Chargieröfen ein kontinuierlich arbei tender Durchlaufofen mit Porenbrennertechno-logie zum Einsatz. Das neue Ofenkonzept gewährleistet die schnelle und verarbei-tungsgerechte Erwärmung der Magnesi-umrohlinge mit einem um rund 30 Prozent reduzierten Energiebedarf. Ein Handling-system legt den schmiedefähigen Werkstoff in die direktangetriebene Spindelpresse ein. Ein Teil der eingesetzten Umformener-gie kann zurückgewonnen und in Konden-satoren gespeist werden. Der Einsatz der für den Schmiedeprozess erforderlichen elekt-rischen Energie verringert sich dadurch um bis zu 60 Prozent. Aus diesen Energieein-

sparungen resultiert eine Reduzierung der Emissionen an Kohlenstoffdioxid von bis zu 111 Tonnen pro Jahr.

Deutlich leichter bei höherer Festigkeit

Schmiedeteile aus Magnesiumknetlegie-rungen, wie beispielsweise AZ31 oder AZ80, ermöglichen eine Gewichtsreduzierung, die im Vergleich zu Stahl bis zu 60 Prozent und zu Aluminium bis zu einem Drittel beträgt. Gleichzeitig wird gegenüber spanend her-gestellten Werkstücken ein sehr gutes Ver-hältnis zwischen Rohmaterialeinsatz und fertigem Bauteil erzielt. Die endkonturnahe Herstellung der geschmiedeten Teile redu-ziert gleichzeitig den Nachbearbeitungsauf-wand, woraus geringere Kosten für Energie

und Zerspanwerkzeuge sowie ein vermin-derter Personalaufwand resultieren.

Außerdem weisen Schmiedeteile eine höhe-re Festigkeit auf, die durch die Verdichtung im Herstellungsprozess und den gerichte-ten Faserverlauf entlang der Bauteilkontur entsteht. Sie wirkt sich insbesondere bei Bauteilen, die einer Biege-Wechsel-Bean-spruchung ausgesetzt sind, vorteilhaft aus.

Innovationspotenzial für die Automobil- und Luftfahrtindustrie

Diese Vorteile machen den Einsatz von Ma-gnesiumbauteilen für alle Anwendungen in-teressant, bei denen eine Verringerung der Massenträgheit angestrebt wird, beispiels-weise in der Luft- und Raumfahrt, der Auto-

Effiziente Serienproduktion von MagnesiumbauteilenWeisensee Warmpressteile errichtet innovative Schmiedelinie

Magnesiumschmiedeteile eröffnen dem Leichtbau ein großes technisches Potenzial. Um es ressourcenschonend auszuschöpfen, er-richtet die Weisensee Warmpressteile GmbH im Rahmen eines durch das Umweltinnovationsprogramm des Bundesumweltministe-riums geförderten Pilotprojekts eine innovative Schmiedelinie. Sie ermöglicht die energetisch hocheffiziente Massenproduktion von Bauteilen aus Magnesiumlegierungen.

Die Schmiedelinie ist auf die verfahrens- und werkstofftechnischen Bedürfnisse des Magnesiums abgestimmt und ermöglicht die energe-tisch hocheffiziente Massenproduktion von Bauteilen aus dem leich-testen aller metallischen Konstruktionswerkstoffe

07 2013 19

WERKSTOFFE

WOMag

mobilindustrie und dem Maschinenbau. So lassen sich aus Magnesiumknetlegierungen beispielsweise Strukturbauteile für Kraft-fahrzeuge in einer Segment- beziehungs-weise Knotenverbundbauweise herstellen, die mit modernster Fügetechnik verbunden werden können. Diese angepassten Kon-struktionen sind in der Lage, bei minima-lem Gewicht maximale Kräfte aufzunehmen und zu übertragen. In der Luftfahrtindust-rie laufen derzeit Zulassungsverfahren für Bauteile aus Magnesiumlegierungen, die im Innenbereich von Verkehrsflugzeugen zum Einsatz kommen sollen. Dabei handelt es sich unter anderem um Strukturteile für Sitzkonstruktionen. dSc

Weisensee Warmpresseteile GmbH Bürgermeister-Ebert-Straße 30–32, D-36124 Eichenzell

➲➲ www.weisensee.com

Das endkonturnahe Schmieden von Ma-gnesium-Knetlegierungen ermöglicht die Herstellung deutlich gewichtsreduzierter Bauteile. Dieser Rotor mit 85 Millimeter Durchmesser und 20 Millimeter Zapfen-höhe wiegt lediglich 21 Gramm

Mit der neuen Schmiedelinie lassen sich Strukturbauteile mit hohem Integrati-onspotential und belastungsangepasster Materialverteilung endkonturnah in Serie herstellen

Keramische Verbundwerkstoffe stellen eine neue Werkstoffklasse dar, deren Einführung in industrielle Märkte derzeit sehr erfolg-reich verläuft. Auf Grund der guten tribolo-gischen Eigenschaften, der extremen Tem-peratur- und Thermoschockbeständigkeit, der niedrigen Dichte und der sehr geringen thermischen Ausdehnung sind Faserkera-miken eine interessante Alternative zu her-kömmlichen Materialien. Ihre im Vergleich zur klassischen Keramik deutlich höhere Bruchzähigkeit eröffnet vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten im Maschinen- und Fahrzeugbau sowie in der Energie- und Verbrennungstechnik.

Die ersten Entwicklungen der keramischen Verbundwerkstoffe konzentrierten sich auf das Gebiet der Luft- und Raumfahrttechnik, wie zum Beisppiel Hitzeschutzkacheln oder Triebwerksklappen. Zunehmend erstrecken sich die Anwendungen auch auf andere Ge-biete des Leichtbaus. So kommen Faser-keramiken aufgrund ihrer extrem niedrigen Verschleißraten als Lebensdauer-Bremsen in der Automobil- und Aufzugtechnik sowie als Kupplungswerkstoffe serienmäßig zum

Einsatz. Weitere exemplarische Anwendun-gen dieser vielseitigen Werkstoffe sind op-tische Systeme, Leichtbaupanzerungen, La-gerwerkstoffe sowie Komponenten in der Energie- und Antriebstechnik.

Der wirtschaftliche Erfolg dieser neuen Ma-terialien hängt jedoch noch wesentlich von der Entwicklung kostengünstigerer Herstel-lungstechniken ab. Während des Seminars werden alle Aspekte des Werkstoff-Engi-neerings angesprochen sowie Beispiele er-folgreicher Produktentwicklungen gezeigt. Somit wird ein umfassender Überblick über den derzeitigen Entwicklungsstand der Fa-serkeramiken mit ihren Möglichkeiten und Grenzen gegeben.

Ziel des Seminars ist es, Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern den aktuellen Stand über Design, Herstellung, Eigenschaf-ten und Anwendungen der keramischen Verbundwerkstoffe in praxisbezogenen Bei-trägen zu vermitteln. Als Referenten sind Experten aus Forschung, Entwicklung und industrieller Anwendung eingeladen. Die Fortbildungsveranstaltung steht unter der

Keramische Verbundwerkstoffe Fortbildungsseminar der Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e. V. (DGM) am 8./9. Oktober 2013 in Bayreuth

fachlichen Leitung von Prof. Dr.-Ing. Walter Krenkel von der Universität Bayreuth.

Auf dem Programm stehen unter anderem die folgenden Themen:

– Einführung in die keramischen Verbund-werkstoffe

– Fasern für keramische Verbundwerkstoffe

– Das Flüssigsilizierverfahren

– Faserverstärkte Keramik, hergestellt im CVI- beziehungsweise LPI-Verfahren

– Oxidische Faserverbundkeramiken

– Produktentwicklungen aus oxidkerami-schen Verbundwerkstoffen

– Carbon/Carbon-Werkstoffe

– Keramische Verbundwerkstoffe für zukünftige Gasturbinen

– Keramische Faserverbundwerkstoffe für Antriebssysteme in der Luft- und Raum-fahrt

– Keramische Hochleistungsbremsen

– Modellierung von Verbundkeramiken

– Eigenschaften der CMC-Werkstoffe

– Bearbeitung von Verbundkeramiken.

➲➲ www.dgm.de

07 201320

WERKSTOFFE

WOMag

Ti6Al4V (Titan 6 Aluminium 4 Vanadium) be-zeichnet die einzelnen Bestandteile in Pro-zenten und ist die wohl am häufigsten ver-wendete Titanlegierung. Ursprünglich für die Luft- und Raumfahrt entwickelt, wird sie heute überall dort eingesetzt, wo höhere Festigkeitskennwerte als bei Reintitan ver-langt sind. In der Praxis ist in Anfragen oft die Qualitätsangabe Grade zu finden, was im Zusammenhang mit Implantatwerkstof-fen immer wieder zu Unklarheiten und Ver-wirrungen führt.

Industrienormen – Grade 5 und Grade 23

Die Grades sind in den ASTM-Normen (Ame-rican Society for Testing and Materials / www.astm.org) definiert. Deren chemische Zusammensetzung und mechanischen Werte finden sich zum Beispiel in den Nor-men B265 (Flachmaterial) und B348 (Rund-material). Beide – Grade 5 und Grade 23 – gelten für Industriegüten (Standard Spe-cification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate, Bars and Billets).

Medizinalnorm – Ti6Al4V ELI

Im Gegensatz dazu ist nur in der ASTM F 136 sowie F 1472 die Legierung zu finden, wel-che für medizinische Implantate direkt ver-wendet werden kann (Standard Specifica-tion for Wrought Titanium 6 Aluminum 4 Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) Alloy for Surgical Implant Applications).

Materialien für Implantate

Grade 5 und Grade 23 sind grundsätzlich Industriegüten und haben so keine auto-matische Zulassung als Implantatmaterial. Sollen sie dennoch für Implantate einge-setzt werden, so sind dafür entsprechende Untersuchungen und Abklärungen zu doku-mentieren, die die Unbedenklichkeit dieser Materialien beim vorgestellten Implantat garantieren.

Titanhalbzeuge gemäß ASTM F 136 sowie 1472 sind von der FDA (Food and Drug Ad-ministration) als Implantatmaterial grund-sätzlich zugelassen. Natürlich müssen die zu fertigenden Implantate selbst vor der In-verkehrsetzung noch zugelassen werden.

Ein Vergleich

Die in Tabelle 1 und 2 aufgeführten Werte sind der ASTM B 265 und ASTM F 136 ent-nommen. Titan Grade 5 und Titan Grade 23 sind Industriegüten gemäß ASTM B 265 / 348 und Titan Ti6Al4V ELI die Medizinalgü-te für Implantate gemäß ASTM F 136 / 1472.

Verfügbarkeit von Halbzeugformen

Von Zeit zu Zeit werden Hersteller von Me-dizinalprodukten mit Anfragen für gezo-gene Rohre und Titanfolien in Ti6Al4V ELI konfrontiert. Dabei wird vergessen, dass die ASTM F 136 folgende Halbzeugformen einschließt: Strip, Sheet, Plate, Bar, Round bars and flats, Forging Bar and Wire, also

keine Rohre. Diese werden üblicherweise in Grade 9 (Ti2.5Al2V) hergestellt. Mit Strip sind Folien einge-schlossen. Allerdings gilt zu beachten, dass Ti6Al4V grundsätzlich warm gewalzt wird, weshalb Coils und Endlosbänder nicht er-hältlich sind. Im Warm-walzverfahren ist die minimale Dicke bei 0,4 mm erreicht. Auf Grund der sich beim Herstellen durchbie-genden Walzen muss mit entsprechend gro-ßen Dickentoleranzen

sowie mit porösen Oberflächenstrukturen durch das Beizen gerechnet werden.

Verfügbarkeit von Titanfolie in Ti6Al4V

Um Folien – also Stärken unter 0,4 mm – herzustellen, müssen diese kalt gewalzt werden. Da es keine Endlosbänder gibt, scheint dies unmöglich. Ein Ansatz, diese Lücke zu schließen ergibt sich durch die Verwendung von Streifen, die aus dünnen Tafeln zugeschnitten wurden. Genau dies bietet Titanex seit einigen Jahren an: kalt gewalzte Titanfolien in Streifen von min-destens 1500 mm Länge. Derzeit wird eine Stärke von 0,08 mm bei einer Breite von 200 mm erzielt.

Zugfestigkeit

Wird für Ti6Al4V ELI zusätzlich eine Zugfes-tigkeit von mindestens 860 MPa gefordert, so hat dies weitreichende Konsequenzen. Dadurch werden faktisch die Streckgrenze und die Dehnung in ihrer Wichtigkeit zurück-gestuft und müssen die ASTM F 136-Vorga-ben nicht mehr erfüllen. Diesen Angaben zufolge ist nur die Zugfestigkeit wichtig, was sich meist bei genauer Betrachtung aber als Trugschluss erweist. Deshalb ist bei der Definition von bereits definierten Wer-ten Vorsicht angebracht!

Ausblick

Dass in näherer Zukunft nahtlose Titanroh-re in Ti6Al4V ELI verfügbar sein werden, ist derzeit eher unwahrscheinlich. Vorher wird wohl Grade 9 in einer Implantatnorm auf-genommen. Titanfolien in Grade 5 gibt es bereits heute. In Medizinalgüte dürften sie über kurz oder lang ebenfalls in Kleinmen-gen verfügbar werden.

➲➲ www. titanex.com

Titanwerkstoffe für ImplantateKritische Betrachtung zur Verwendung von Bezeichnungen für Titanlegierungen – Von Andreas Flükiger

Tab. 1: Zusammensetzung der unterschiedlichen Materialien

Element Grade 5 Grade 23 Ti6Al4V ELI

Kohlenstoff (C) < 0,08 % < 0,08 % < 0,08 %

Eisen (Fe) < 0,40 % < 0,25 % < 0,25 %

Stickstoff (N) < 0,05 % < 0,03 % < 0,05 %

Sauerstoff (O) < 0,2% < 0,13% < 0,13%

Aluminium (Al) 5,5–6,75 % 5,5–6,5 % 5,5–6,5 %

Vandium (V) 3,5–4,5 % 3,5–4,5 % 3,5–4,5 %

Wasserstoff (H) (Bleche) < 0,015 % < 0,015 % < 0,015 %

Titan (Ti) Rest Rest Rest

Tab. 2: Mechanische Werte der unterschiedlichen Materialien

Kenngröße Grade 5 Grade 23 Ti6Al4V ELI meist

Zugfestigkeit (MPa) ≥ 895 ≥ 828 ≥ 860 1000

Streckgrenze (MPa) ≥ 828 ≥ 759 ≥ 795 910

Dehnung (%) ≥ 10 ≥ 10 ≥ 10 18

Einschnürung (%) ≥ 20 ≥ 20 ≥ 20

Die Titanex GmbH wurde 1996 von And-reas Flükiger, Dipl.-Wirtschaftsingenieur Fachrichtung Maschinenbau, gegründet. Als Handelsunternehmen bietet sie der Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, der pharmazeutischen und der chemischen In-dustrie Sonderwerkstoffe wie Titan, Tan-tal, Niob, Wolfram und Molybdän in allen Halbzeugformen an.

07 2013 WOMag 21

OBERFLÄCHEN

Hochreine Aluminiumoxidkeramiken finden in medizinischen Applikationen häufig Ver-wendung. Vor allem die chemische Bestän-digkeit gegen eine Vielzahl von Chemikalien und körpereigene Substanzen prädestiniert a-Aluminiumoxid für dieses Anwendungs-feld. Die äußerst hohe chemische Bestän-digkeit verleiht dieser hochreinen Keramik eine hervorragende Biokompatibilität. Das Anforderungsprofil medizinischer Anwen-dungen erfordert meist eine Kombination artungleicher Werkstoffe. Speziell für Me-tall/Keramik-Verbunde stellt das Löten ein geeignetes Fügeverfahren dar. Herausfor-derungen bestehen dabei zum einen in der eingeschränkten Benetzbarkeit kerami-scher Oberflächen durch metallische Werk-stoffe und zum anderen in der Minimierung thermisch induzierter Eigenspannungen.

Oxidkeramiken sind üblicherweise eine Mi-schung von unterschiedlichen Metalloxiden auf Basis der namensgebenden Kompo-nente. Für medizinische Anwendungen, bei denen die Biokompatibilität das Hauptkri-terium darstellt, enthalten diese nur sehr geringe Anteile weiterer Oxide. Eine Mög-lichkeit zur Herstellung von Metall/Kera-mik-Verbunden besteht im Löten von zuvor metallisierten Keramiken. Bei konventio-nellen Metallisierungsverfahren werden die Zuschlagstoffe in der Keramik, wie Magne-sium- oder Kupferoxid, durch konzentrierte Laugen oder Säuren herausgelöst. In einem zweiten Schritt erfolgt dann ionogen eine

Bekeimung der aufgerauten Oberfläche mit Palladium. Dies ist Voraussetzung für die Abscheidbarkeit von Schichten durch eine außenstromlose Metallisierung und deren gute Haftfestigkeit. Die hohe Reinheit der Aluminiumoxidkeramik und damit das Feh-len herauslösbarer Komponenten verhin-dert die Anwendung dieses Verfahrens. Stattdessen kommt im vorliegenden Fall ein PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposi-tion) mit anschließender galvanischer Ab-scheidung des Lotwerkstoffs zum Einsatz. Zur Reduzierung von thermisch induzier-ten Eigenspannungen wird zusätzlich eine Strukturierung der Fügefläche vorgenom-men. Die Prozesskette ist in Abbildung  1 dargestellt.

Als Basis für eine nachfolgende galvanische Beschichtung wurde zunächst Titan im Va-kuum auf die Keramik gesputtert (Verfah-ren: reaktives DC-Magnetronsputtern). Da die Schicht verfahrensbedingt mit etwa 100 nm nur sehr dünn und damit in der Größenordnung einer Passivschicht wirt-schaftlich aufgebracht werden kann, muss sie vor Oxidation durch Luftsauerstoff ge-schützt werden. Dies erfolgte durch an-schließendes Auftragen einer Zinkschicht im gleichen PVD-Prozess (Abb. 2). Die Ver-wendung von zwei Targets (Titan und Zink) in einer Beschichtungskammer gestattet die Erzeugung eines oxidfreien Übergangs durch die Abscheidung von Titan und Zink. Die schützende Zinkschicht kann anschlie-

Galvanisch abgeschiedene Lote auf hochreinen AluminiumoxidkeramikenVon Ingolf Scharf, Markus Müller, Roy Morgenstern, Cornelia Mainka, Daniel Wett, Daisy Nestler, Ina Hoyer, Sebastian Weis, Bernhard Wielage und Thomas Lampke, Technische Universität Chemnitz

Für medizinische Implantate werden oftmals Aluminiumoxidkeramiken wegen ihrer guten Bioverträglichkeit eingesetzt. Als Verbin-dungstechnik für Metalle und Keramiken eignet sich prinzipiell das Löten, wobei die Verträglichkeiten der Lotwerkstoffe gegenüber der jeweiligen biologischen Umgebung besondere Aufmerksamkeit zukommen muss. Als Aktivelement für diese Verbindung wird ei-ne Titanschicht aus einem PVD-Prozess aufgebracht. Um eine Oxidbildung auf der Titanschicht zu vermeiden, wurde Zink im gleichen PVD-Prozess als Schutzschicht abgeschieden. Durch anschließende nasschemische Verfahren wird zunächst das Zink abgetragen und dann die Titanschicht als „Verbindungselement“ für die Abscheidung der Edelmetalllegierungsschicht wirksam. Strukturierte Metall-Keramik-Verbindungen zeigen gute Verbindungsfestigkeiten.

Electrodeposited Solders on High-purity Alumina Ceramics

Where surgical implants are involved, alumina ceramics are often used because of their excellent biocompatibility. In order to join them to other components, soldering lends itself well, subject to the condition that the solder alloy used is itself compatible with the biological environment. To ensure good bonding between ceramic and solder, a thin metallic layer of titanium is coated using PVD and this, for example, can be protected against oxidation using zinc. Using wet chemical processing, then zinc is removed in first step. The titanium works in this case as a connecting element for depositing a noble metal coating. This being a suitable substrate for the sol-der application process.

Abb. 1: Prozesskette zur Herstellung einer eigenspannungsoptimierten Metall-Keramik-Fügezone

07 2013WOMag22

OBERFLÄCHEN

reicht. Dabei können durch den Einsatz von Masken Strukturbreiten von minimal 1 mm hergestellt werden. Zum Erhalt der Kontur-treue ist eine gezielte Anpassung der Salz-säurekonzentration beim Ablösevorgang der Zinkschutzschicht notwendig. Je gerin-ger die Strukturbreite gewählt wird, desto langsamer muss die Zinkschicht entfernt werden, beispielsweise durch Verwendung einer niedrig konzentrierten Salzsäure. Das anschließende galvanische Abscheiden des Lotes auf die PVD-Titanschicht in einer nass chemischen Prozesskette gestattet die Gestaltung eines oxidfreien Interfaces.

Durch die Auswahl des Lotwerkstoffs und eines optimierten Temperatur-Zeit-Regimes beim Lötprozess besteht eine weitere Mög-lichkeit, Spannungen im Verbund zu redu-zieren. So wurden für die Applikation Weichlote ausgewählt, welche Liquidus-temperaturen von unter 300 °C aufweisen. Um eine gute Biokompatibilität zu gewähr-leisten, wurde Gold als Basiselement aus-gewählt. Die gute physiologische Verträg-lichkeit von Zinnverbindungen begründete die Auswahl als Legierungselement. Für die galvanische Abscheidung dieses Lotes kam ein cyanidischer Elektrolyt zum Einsatz. Die-ser zeichnet sich durch eine selektive Wir-kungsweise des Komplexbildners aus, der die gezielte Einstellung der Legierungs-zusammensetzung über die Zinnkonzent-ration im Elektrolyten erlaubt. Angestrebt wurde das Gold-Zinn-Eutektikum bei einer Zusammensetzung von AuSn29 (in At-%), das eine Schmelztemperatur von 278 °C aufweist. Um eine reaktive Anbindung des Titans an die Keramik zu erreichen sind jedoch Löttemperaturen von 700 °C bis 800 °C erforderlich. In diesem Temperatur-bereich liegt die Gold-Zinn-Legierung als Schmelze vor. Die niedrige Solidustempe-ratur wirkt sich positiv auf das Spannungs-

feld beim Abkühlvorgang aus, da die Erstar-rung erst bei unter 300 °C einsetzt. Zudem wurden generell geringe Heiz- und Abkühl-raten verwendet. Die so gelöteten Proben versagten im Zugversuch fast ausschließ-lich innerhalb des keramischen Substrats, solange die Löttemperatur über 700 °C ge-wählt wurde (Abb. 3).

Abb. 2: Zur Charakterisierung erzeugte Bruch-kante einer PVD-Beschichtung mit Titan und Zink auf einem Aluminiumoxidsubstrat

ßend vor der galvanischen Prozesskette durch verdünnte Salzsäure abgelöst wer-den. Eine oxidationsfreie Weiterverarbei-tung der freigelegten Titanschicht ist somit nass in nass – also in einem durchgängi-gen elektrochemischen Prozess ohne wei-tere physikalische Zwischenarbeitsschritte – möglich. Für längere Prozesspausen kann die Oxidationsbeständigkeit der Zinkschicht durch Passivierung weiter erhöht werden.

Beim Löten von Metall und Keramik entste-hen durch die stark unterschiedlichen ther-mischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Keramik während des Abkühl-vorgangs starke Eigenspannungen, welche zum vorzeitigen Versagen des Verbundes führen können. Dabei sind insbesondere Zugspannungen als kritisch einzustufen. In der Nähe der Lötnaht ist der Zugspannungs-anteil im äußeren Bereich der Keramik be-sonders hoch. Eine Minimierung kann zum einen durch eine lötgerechte Gestaltung der Fügefläche und zum anderen durch ein ge-eignetes Temperatur-Zeit-Regime erreicht werden. Durch eine Strukturierung der Me-tallisierung bereits im PVD-Prozess wird eine Verkleinerung der Einzelfügeflächen er-

Abb. 3: Im Zugversuch geprüfte Metall-Keramik-Verbindung mit Bruch im keramischen Substrat, was auf eine gute Fügeverbindung hindeutet

Das vorgestellte Verfahren zur Metalli-sierung von hochreinem Aluminiumoxid (Abb.  3) ermöglicht die Herstellung eines haftfesten, oxidfreien Interfaces zwischen Keramik und strukturiert abgeschiedenem Lotwerkstoff. Damit ist ein kostengünsti-ges Fügen mit sicherer Prozessführung zur spannungsreduzierten Herstellung von Me-tall-Keramik-Verbunden möglich.

Hinweis

Das IGF-Vorhaben 16.892 BR/1 der Forschungsver-einigung Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e. V. (DGO) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der In-dustriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bun-destages gefördert.

Anoden• Feinsilber• Reinzinn• Zinn-Blei• Nickel• Kupfer• Feinzink• Messing• PlatiniertesTitan• Mischoxid-Titan• GraphitinallenAbmessungen

MellerStraße17D-49082OsnabrückTel.:0541/586974

Fax:0541/571395winter-metalle@arcor.dewww.winter-metalle.de

Winter Metalle GmbH

Chemikalien• Silbersalze• Goldsalze• Nickelsalzeundandere

Zubehör• Anodenkörbeund HakenausTitan, ZirkonundTantal• Filterbeutel

07 2013 WOMag 23

OBERFLÄCHEN

3 ThermischerSchutz

Aus Polyamid gefertigte, lasergesinterte Bauteile haben für polymere Werkstoffe bereits eine recht gute thermische Bestän­digkeit. In bestimmten Anwendungsfällen ist aber eine gesteigerte Beständigkeit ge­genüber kurzfristiger thermischer Belas­tung notwendig. Als Beispiel dient hierfür der Luftansaugkanal eines Rennwagens. Dieses Bauteil ist geometrisch komplex, soll möglichst leicht sein und wird nur in sehr kleinen Stückzahlen gefertigt. Beson­ders für diese Anwendung kann die gene­rative Fertigungstechnik ihr volles Poten zial ausspielen.

Abbildung 9 zeigt die Airbox für ein Renn­auto der Formular Student­Serie. Dieses Bauteil muss die Verbrennungsluft des Mo­tors möglichst strömungsgünstig zum je­weiligen Zylinder transportieren. An die Airbox werden dazu verschiedene Anforde­rungen gestellt. Sie sollte ein geringes Ei­

gengewicht aufweisen, kostengünstig als Einzelstück zu fertigen sein, mechanisch eine beanspruchungsgerechte Stabilität aufweisen, beständig gegen Benzindämpfe sein und einer kurzfristigen Temperatur­erhöhung bis auf 180 °C widerstehen.

Durch generative Techniken war es möglich, die geometrisch komplexe Airbox auch als Einzelstück zu einem akzeptablen Preis zu fertigen. Das generativ gefertigte Bauteil er­füllte auch bereits die Forderung der Kon­

strukteure nach einer beanspruchungsge­rechten mechanischen Stabilität und einem geringen Gewicht. Problematisch waren die Anforderungen der Beständigkeit gegen­über Benzindämpfen und kurzzeitig erhöh­ter thermischer Belastung.

Hier bietet die Oberflächentechnik eine Lö­sung. Durch eine Beschichtung mit Nickel kann der polymere Werkstoff wirkungsvoll gegen austretenden Kraftstoff und Benzin­dämpfe geschützt werden. Die Nickelschicht umhüllt das generativ gefertigte Werkstück vollständig und schirmt es hermetisch vor Umwelteinflüssen ab. Nickel als Werkstoff ist mit wenigen Ausnahmen gegen nahezu alle chemische Lösungen beständig.

Eine weitere wichtige Anforderung ist die Temperaturbeständigkeit. Die galvanisch auf die Airbox abgeschiedene Nickelschicht erhöht das Reflexionsvermögen der Ober­fläche beträchtlich. Dadurch erwärmt sich

OberflächentechnikfürRapid-Prototyping-Bauteile–OberflächentechnikfürdiegenerativeFertigungVonDr.JensBohnet,RP-PlatingGmbH,Stuttgart

­Fortsetzung aus WOMag 6/2013­

Rapid-Protoyping-Bauteile,beispielsweisehergestelltdurchLasersintern,lassensichdurchAufbringungeinergalvanischenSchichtgegenthermischeoderchemischeEinflüssebeständigmachen.AufdieseArthergestellteBauteilekönneneinerseitsalsTestobjektefürdieEinsatzfähigkeitVerwendungfinden,aberauchfürdenGebrauchinAnlagenoderMaschinen,fallsdieBauteileartnuringerin-genStückzahlenbenötigtwirdunddamitdieHerstellungvonAbformwerkzeugennegativzuBucheschlägt.VorallemdieZulassungfürdieVerwendungbeiderLebensmittelverarbeitungeröffnetdemVerfahreninteressanteProduktionsbereiche.DarüberhinausistaberauchdieErhöhungdermechanischenFestigkeitdesKunststoffgrundmaterialsdurchAufbringungeinergalvanischenSchichtmitDickenzwischenetwa50Mikrometerund200Mikrometermöglich.

SurfaceTechnologyforRapid-PrototypingComponents–SurfaceTechnologyinPrototypeManufacture–Part2

Rapidprototypingparts,madeforexamplebylasersintering,canbeprotectedagainstthermicoderchemicalinfluencesbyplating.Insuchwayplatedpartscanbeusedastestparts,butalsoasworkingpartsinmachines,iftherearemadeonlyalownumberofsuchpartsorifproducingpartsforsuchmachinesisveryexpensive.Especiallyformachinesforproductionoffoodisrapidprototypinginconnectionwithmetalcoatingsveryinteresting.Furthermoreplasticpartswithmetalplatingsofthicknessesbetween50micronsand200micronswillgethighermechanicalstability.

Mit dem entwickelten, hier vorgestellten Verfahren wurde 2010 die RP­Plating GmbH mit Unterstützung des Fraunhofer­IPA gegründet. Die RP­Plating GmbH bietet Oberflä­chentechnik und Verfahren, die auf die Bearbeitung von Rapid­Prototyping und schwer beschichtbare polymere Oberflächen zugeschnitten sind. Dazu zählt die metallische Beschichtung generativ gefertigter Bauteile, um deren optische, elektrische und mecha­nische Eigenschaften zu verbessern.

Näheres unter: www.rp­plating.de

Abb. 9: Airbox Seiten­ und Frontalansicht (RP­Plating GmbH)

LesenSieweiteralsAbonnentunter:www.womag-online.de

07 2013WOMag24

OBERFLÄCHEN

1 Einleitung

Bei der Beurteilung von Schichteigenschaf-ten sind der Korrosionsschutz und somit die Stundenzahl bis zur Weißrost- bezie-hungsweise Rotrostbildung die üblichen Kriterien. Bei hochfesten, sicherheitsrele-vanten Befestigungselementen wie zum Beispiel Schrauben, Ferderringen, Schei-ben oder Nieten spielt neben dem Korro-sionsschutz die Wasserstoffversprödung eine ebenso wichtige Rolle. Hierzu emp-fiehlt sich eine Betrachtung zu den Unter-schieden zwischen einem hochfesten Sub-strat und anderen Stahlerzeugnissen, dem Grund, weshalb Stähle gehärtet werden und der Wirkung von Wasserstoff im jeweiligen Metallgefüge.

Der Verwendungszweck von Bauteilen, Ver-bindungselementen und Werkzeugen stellt in vielen Fällen eine andere Anforderung an den Werkstoffzustand als es für die Herstel-lung dieser Teile notwendig ist. Während für die Herstellung das Material möglichst weich und leicht verformbar sein muss, ist es für den Einsatzzweck des Endprodukts eher das Gegenteil. Der Zustand wird also durch eine Wärmebehandlung so verändert dass die Härte, die Festigkeit, die Zähigkeit oder der Verschleißwiderstand für die ver-schiedenen Bedingungen und Anwendun-gen optimal passen. Dadurch werden hoch-feste Bauteile gleicher Größe langlebiger und Bauteile gleicher Lebenslänge kleiner, kompakter und leichter [1].

2 Härtung

Beim Härten wird ein Werkstück bestimm-ten Zeit-Temperatur-Sequenzen unterwor-

fen, wodurch eine Änderung seines Ge-füges und damit seiner Eigenschaften herbeigeführt wird. Das Ziel ist es, einen martensitischen Werkstoffzustand zu er-reichen, der sich durch eine höhere Härte auszeichnet [2].

Hochfeste Verbindungselemente werden also aus normalen Stählen erzeugt, mit dem Ziel, die Widerstandsfähigkeit gegen Ver-schleiß oder Verformung zu erhöhen. Hier-zu wird die Gitterstruktur der Metalle gezielt so verändert, dass die Wanderung von Ver-setzung entlang der Gleitebenen unterbun-den oder stark erschwert wird. Für diesen Vorgang eignen sich nur so genannte härt-bare Stähle. Dazu zählen Stähle mit einem Mindestkohlenstoffgehalt von 0,2 %, da Kohlenstoff unmittelbar an der Härtung be-ziehungsweise der Metallgitterverzerrung beteiligt ist.

Die Härtung kann in mehrere Einzelschritte aufgeteilt werden: Im ersten wird das Sub-strat auf die erforderliche Behandlungstem-peratur aufgeheizt. Dabei verändert sich das Kristallgitter des Metalls. Aus einem kubisch-raumzentrierten (krz) wird ein ku-bisch-flächenzentriertes (kfz) Kristallgitter. Aus dem ferritischen Gefüge bildet sich bei hoher Temperatur also ein austenitisches, indem pro Elementarzelle ein Eisenatom aus der Zellmitte in die Zellfläche verscho-ben wird (Abb. 1).

Hierbei wandern die Kohlenstoffatome an die Position innerhalb der Zelle, die ur-sprünglich mit einem Eisenatom belegt war. Dies kann nur dann erfolgen, wenn ein Mindestgehalt an Kohlenstoff im Material gegeben ist. Dieser Vorgang ist reversibel

MechanicalPlating:KorrosionsschutzfürhochfesteVerbindungselementeVonArturDumrau,Balve

BeimmechanischenPlattierenwerdenmetallischePartikelunterEinsatzvonGlasperlenbevorzugtaufStahlaufgebracht.DabeikannvollständigaufelektrochemischeReaktionenverzichtetwerdenundsomitdieGefahreinerWasserstoffversprödungvollständigaus-geschlossenwerden.EineKupferzwischenschicht,dieebenfallsmechanischaufgetragenwird,gewährleistetdieguteHaftung.DieaufgebrachteSchichtausZinkodereinerZinklegierungbesitzteineguteKonsistenz,FestigkeitundKorrosionsbeständigkeit.

MechanicalPlating:CorrosionProtectionforHigh-StrengthFasteners

Inamechanicalplatingprocess,metalparticlesareappliedtothesurfaceofsteelcomponentsusingglassbeadblasting.Usingsuchamechanicalprocess,thedangerofhydrogenembrittlementwhichisalwayspossiblewhenusingaqueouselectrochemicalproces-sing,iscompletelyavoided.Acopperinterlayer,appliedusingthesametechnology,ensuresgoodadhesiontosubstrate.Zincorzincalloycoatingsappliedinthiswayexhibitgoodconsistence,strengthandcorrosionresistance.

Abb. 1: krz- und kfz-Gitter des Eisens [7]

und kehrt sich bei langsamem Abkühlen um, so dass wieder ein ferritisches Gefü-ge entsteht. Dies kann verhindert werden, indem der Werkstoff nicht langsam, son-dern sehr schnell abgekühlt wird – dieser Vorgang wird als Abschrecken bezeichnet. Als Abschreckmedium kann im einfachs-ten Fall Wasser dienen, üblich sind Öle oder Ölgemische.

Durch das Abschrecken wird ein Zustand des Kristallgitters erzielt, der sich nicht im thermischen Gleichgewicht befindet. Es ent-steht ein Gitter, das im Inneren sowohl ein Eisen- als auch ein Kohlenstoffatom bein-haltet. Die Elementarzelle wird dadurch de-formiert beziehungsweise das Kristallgitter wird unter hohe Spannung versetzt. Dieses verspannte Gitter ist das martensitische Ge-füge! Die Wanderung der immer vorhande-nen Versetzungen entlang der Gleitebenen ist nicht mehr möglich. Makroskopisch äu-ßert sich diese Verspannung als eine schwe-re Verformbarkeit beziehungsweise hohe Festigkeit.

07 2013 WOMag 25

OBERFLÄCHEN

Die hohe Festigkeit ist verbunden mit einer hohen Sprödigkeit. Dieses spröde Verhal-ten kann durch einen weiteren thermischen Vorgang, das so genannte Anlassen, ver-mindert werden. Dabei werden die Sub-strate langsam auf eine Anlasstemperatur erwärmt, die je nach gewünschter Härte unterschiedlich gewählt werden kann. Der Stahl wird auf dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit gehalten und dann langsam abgekühlt. Dabei kann ein Teil des Kohlen-stoffs die Position im Kristallgitter verän-dern – es wandert aus der Elementarzelle – und die vorhandenen Spannungen werden abgebaut. Das Ergebnis ist eine teilweise Rückumwandlung in Ferrit, eine teilweise Entzerrung des Gitters, ein gewisser Verlust der Härte und eine weitgehende Verringe-rung der Sprödigkeit [3].

3 Wasserstoffversprödung

Wasserstoff ist das kleinste und leichteste chemische Element. Durch seine geringe Größe kann ein Wasserstoffatom in das Metallgitter von Stahl eindringen und sich einlagern. Dabei wird das Gitter verzerrt und bei Einwirken von mechanischen Span-nungen können die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen des Kristallgitters gelöst werden. Solche gelösten Verbindun-gen stellen zunächst mikroskopisch kleine Risse dar, da sie sich unter mechanischer Belastung vergrößern, also wachsen. Diese Rissbildung durch den Einfluss von Wasser-stoff, die bis zum vollständigen Bruch des Stahls fortschreitet, wird als Wasserstoff-versprödung bezeichnet (Abb. 2).

Hauptproblem an der Gefahr durch Wasser-stoffversprödung ist deren Erkennen. Sie ist optisch einem sicherheitsrelevanten, unter Last stehenden Bauteil nicht anzu-sehen. Ein Versagen des Bauteils tritt ohne Vorwarnung und äußere Anzeichen ein. Der Wasserstoff beeinflusst die Festigkeit der Metallbindungen im Gefüge, wodurch Mikro poren und Mikrorisse entstehen.

Als Quelle für Wasserstoff in atomarer Form – nur dieser kann die Wasserstoff-versprödung bewirken – kommen Behand-lungs- und Beschichtungsverfahren in Be-tracht. Um hochfeste Bauteile effektiv vor Korrosion schützen zu können, werden diese mit Schutzschichten versehen. Nach-folgend werden die verschiedenen Verfah-ren näher betrachtet.

3.1 GalvanischeBeschichtung

Bei der galvanischen Verzinkung, beispiels-weise aus wässrigen sauren oder alkali-schen Verfahren, ist die Gefahr der Wasser-stoffversprödung relativ hoch; besonders bei alkalischen Verfahren, da hier der Wir-kungsgrad geringer ist, als bei schwach

sauren Verfahren und somit mehr Wasser-stoff gebildet wird. Verfahrensbedingt birgt nicht nur der Beschichtungsvorgang die Ge-fahr der Wasserstoffversprödung, sondern auch die vorbehandelnden Prozesse. Bei Beizvorgängen findet eine Metallauflösung unter Wasserstoffbildung statt; ebenso bei der elektrolytischen Entfettung, sofern das Bauteil kathodisch geschaltet wird (deshalb werden Stahlteile in der Regel anodisch ent-fettet). Bei der Verzinkung selbst entsteht am kathodisch geschalteten Bauteil Was-serstoff als Teil der Abscheidereaktion, die in einer sauren Lösung durch folgende Re-aktion beschrieben wird:

2H3O+ + 2e- → H2 + 2H2O <1>Im alkalischen Milieu findet folgende Reak-tion statt:

2H2O + 2e- → H2 + 2OH- <2>Stöchiometrisch gesehen handelt es sich um molekularen Wasserstoff, der nicht in das Kristallgitter eindringen und ein Bauteil durch Wasserstoffversprödung gefährden

Abb. 2: Wasserstoffinduzierte Rissbildung [8]

Verbindungselemente wie Nieten zum Ver-binden von Metallteilen und Metallblechen aber auch solche mit Gewinde werden in sicherheitskritischen Baugruppen aufgrund hoher Anforderung aus hochfestem Stahl hergestellt. Bei solchen Stählen muss eine wasserstoffinduzierte Rissbildung berück-sichtigt und vermieden werden. Betroffen sind in der Regel hochfeste Stähle mit einer Härte ab etwa 40 Rockwell C beziehungs-weise 390 Vickers und einer Zugfestigkeit von mehr als 1255 N/mm2.

LesenSieweiteralsAbonnentunter:www.womag-online.de

07 2013WOMag26

OBERFLÄCHEN

Die Beschichtung von Oberflächen mittels galvanischer Verfahren hat in den letzten Jahren zunehmend den Schritt zur industri-ellen Produktionstechnik vollzogen. In vie-len Fällen wurden und werden dazu groß-technische Anlagen erstellt, deren Effizienz stark von der Berücksichtigung moderner Erkenntnisse der Produktionstechnologie abhängig ist.

Die DGO als Branchenvertretung hatte zu-sammen mit dem Fraunhofer-IPA, das sich seit seiner Gründung vor mehr als 50 Jahren mit den Produktionstechniken in der Galva-no- und Oberflächentechnik befasst, am 19. März zu einer Informationstagung nach Stuttgart eingeladen. Etwa 80 Fachleute aus der Galvano- und Oberflächentechnik konnte Dr. Martin Metzner, Abteilungsleiter Galvanotechnik am Fraunhofer-IPA, zu der Veranstaltung begrüßen.

Entwicklung in der Anlagentechnik

Dr. Martin Metzner eröffnete die Fachvor-träge mit einem Überblick über die Entwick-lung der Anlagen zur galvanotechnischen Abscheidung von Metallen. Die Technologie ist inzwischen seit mehr als 150 Jahren be-kannt und in seinen Grundzügen weitge-hend gleich geblieben. Erforderlich sind ein passender Elektrolyt, vorzugsweise auf Basis von Wasser und einem gelösten Me-tallsalz mit diversen Zusätzen, ein Strom-kreis, der über eine Anode und Kathode ge-

schlossen wird, sowie ein Behälter mit dem Elektrolyten, in dem die galvanische Ab-scheidung abläuft.

Einer der hauptsächlichen Zwänge ist laut Dr. Metzner die Spülung der zu bearbeiten-den Bauteile im Prozess. Hierbei wird nach jeder aktiven Stufe die vorhandene Prozess-lösung in einem nachfolgenden Schritt in Wasser verdünnt und damit von der Ober-fläche entfernt, also abgespült. Besonders zu beachten ist dies bei Aktivlösungen mit aggressiven, giftigen oder reaktiven Lösun-gen. In der Regel wird hierbei auch wertvolle Reaktionslösung verschleppt, was bei hoch-wertigen Stoffen den Zwang zum Recycling vorgibt. Zum Abschluss der Behandlung muss besonders intensiv gespült werden, um eine rückstandsfreie Oberfläche nach der Behandlung zu erhalten.

Aus diesen grundlegenden Abläufen ergibt sich – je nach erforderlicher Zusammenset-zung oder Dicke der Beschichtung – eine mehr oder weniger lange Behandlungsfolge und damit auch eine typische Behandlungs-zeit für jede Beschichtungsvariante. Die Pro-zesszeiten liegen zwischen 2 min bis 3 min für Spülvorgänge und bei etwa 10 min für eine durchschnitt liche galvanische Verzin-kung oder etwa 60 min bis 90 min für das Anodisieren von Aluminium (mit Nachbe-handlung). Einschließlich Vorbehandlung, aller Zwischenspül schritte und abschlie-ßender Trocknung liegt die Behandlungs-

dauer beispielsweise für das Anodisieren von Aluminium bei 130 min bis 140 min.

Daraus leitet sich ab, dass zur Bewerkstel-ligung von hohen Stückzahlen an Bautei-len die parallele Bearbeitung von mehreren Bauteilen unumgänglich ist. Dies geschieht in der Praxis durch die Verwendung von Beschichtungsgestellen, die mit einigen bis zu mehreren Hundert Bauteilen bestückt sind und von denen zum Teil auch mehrere auf einem so genannten Warenträger ange-bracht sein können. Bei kleinen Teilen wird eine hohe parallele Bearbeitung in so ge-nannten Beschichtungstrommeln realisiert. Als technische Herausforderung für den Be-schichtungsfachmann gilt hier die optima-le Auswahl der Gestelltechnik, der Art der Bestückung der Bauteile auf den Gestel-len oder auch die Auswahl der geeigneten Trommeltechnik für die Beschichtung von Massenteilen im Schüttverfahren.

Heute kann die Galvanotechnik auf ein breites Sortiment an voll- und halbauto-matischen Beschichtungsanlagen mit der unterschiedlichsten Zahl an Einzelpositio-nen (Aktivposten wie Reinigen, Beizen oder chemische und galvanische Metallabschei-dung; passives Spülen oder Trocknen) und einem breiten Spektrum an Behältergrößen und Transportsystemen zurückgreifen. Die entsprechenden Anlagen werden heute oftmals vollautomatisch betrieben, wobei nicht nur die individuelle Beaufschlagung

Aktuelle Trends bei Modernisierung und Neubau galvanotechnischer AnlagenBericht über eine Veranstaltung der Deutschen Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e. V., DGO, und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung, IPA, in Stuttgart am 19. März 2013

07 2013 WOMag 27

OBERFLÄCHEN

Aber nicht nur durch Innovationen bei der Ausgestaltung von Anlagen oder Anlagen-teilen sind Einsparungen an Energie erziel-bar. Am Beispiel einer Anlage zur Abwas-serbehandlung nach einer Anodisiation von Aluminium zeigte Klaus Schmid, dass die energetische Betrachtung und der Vergleich von bestehenden Technologien – beispiels-weise die klassische Fällung im Vergleich

eines einzelnen Warenträgers oder Waren-gestells möglich ist, sondern auch die ein-zelnen Kenngrößen des Prozesses, wie Be-standteile der Elektrolyte, Temperatur oder Umwälzung, online gemessen und automa-tisch geregelt werden.

Dr. Metzner gab auch einen Einblick in die Vielfalt der Anlagentechnologien. Für große Stückzahlen eines Bauteiltyps, zum Beispiel Walzen oder Zylinder, bietet sich der Einsatz von Reaktoren an, die sich durch eine hohe Schichtpräzision sowie durch eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und eine sehr geringe Belastung der Umgebung auszeich-nen. Solche Anlagen arbeiten zum Teil voll-kommen autark und können auch von fach-fremdem Personal bedient werden.

Energieeffizienz

Die galvanotechnische Beschichtung be-nötigt in erster Linie Energie als Einsatz-position. Klaus Schmid vom Fraunhofer-IPA nannte als Hauptenergieverbraucher die Positionen Heizung/Kühlung, die eigentli-che Elektrolyse mit allen ihren Verlusten bei der Umwandlung der Stromart im Gleich-richter und der Stromverteilung sowie den Betrieb der peripheren Einrichtungen wie Spül- und Abwassertechnik. Dabei kön-nen die Verbräuche je nach Abscheide-technik deutlich variieren. Prinzipiell bean-spruchen aber Gleichrichterleistung und Heizung/Kühlung den größten Teil. Verluste entstehen zum Beispiel bei der aufgewen-deten Heizenergie in erheblichem Maße durch die Verdunstung von Wasser bei be-heizten Arbeitslösungen. So zeigte der Re-ferent Ergebnisse von Untersuchungen mit automatischen Deckelsystemen, bei denen durch die Optimierung von Verschlusszeiten mehr als 50 Prozent der Heizenergie einge-spart werden konnten.

Aus solchen Voruntersuchungen wurde in Zusammenarbeit mit der Thoma Metall-veredelung GmbH die Realisierbarkeit des Konzepts an einer galvanischen Anlage zur Abscheidung von Hartchrom aufgezeigt. Das Projekt (Az: 25418-21/2, 2008) wurde

von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt unterstützt. Hierbei wurden der Prozess-schritt Hartverchromung, bei dem eine Küh-lung erforderlich ist, und eine Vorbehand-lung durch die chemische Abscheidung von Nickel mit Bedarf an Heizenergie kombi-niert. Hierzu wurden Wärmepumpen ein-gesetzt, eine besondere Energieverteilung entwickelt und anfallende Wärme in einem Wärmepuffer zwischengespeichert.

Des Weiteren wurden Optimierungen bei der Gleichrichtertechnik für die Hartver-chromung vorgenommen. Wie Messungen zeigten, war die Stromübertragung bei der früheren Technologie ein Schwachpunkt. Durch Verbesserung der Situation ergab sich eine Senkung der sekundären Gleich-spannung bei der Verchromung von 10 V bis 11 V auf 8 V bis 9 V, was bereits eine Min-derung des Energieverbrauchs von zehn bis 27 Prozent ergibt. Dies entspricht bei dem betrachteten Projekt bei Thoma einer Kos-teneinsparung von bis zu 55 000 Euro (bei 0,11 Euro/kWh) pro Jahr.

Vollautomatische Filtration

VENTAIX GmbH • Telefon: 02472-8026021 • www.ventaix.de

Vollautomatische FiltrationWirtschaftlich - Sicher - Konsequent

• Filtration saurer und alkalischer Medien• Kein Filterwechsel• Dauerhaft saubere Prozesslösung• Niedrige Betriebskosten

Die saubere Lösung

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

07 2013WOMag28

OBERFLÄCHEN

Joachim Brecht stellte zunächst einige Ver-änderungen bei Enthone vor. Dazu gab er einen kurzen Überblick über den Wandel der Eigentümer und Unternehmenszusammen-setzungen innerhalb der letzten 20 Jahre. Zu den neuesten Entwicklungen zählt hier die Überführung des bisherigen Unternehmens in die seit Dezember 2012 börsennotierte Alent plc. Im Zusammenhang mit den sich daraus ergebenden Veränderungen hat die Niederlassung Maulbronn einige Aufgaben, wie Analysen oder Materialauslieferung, an die Zentrale in Langenfeld abgegeben.

Hartchrom und chemisch Nickel wirtschaftlich betrachtet

Wirtschaftliche Aspekte der Beschichtungs-technik für Hartchrom und chemisch abge-schiedenes Nickel waren das Thema des Beitrags von Helmut Horsthemke. Er be-trachtete dabei Anwendungen in der Auto-mobiltechnik, Elektronik sowie der Öl- und Gasförderung. Seinen Ausführungen zufol-ge bieten vor allem die Öl- und Gasförde-rung gute Wachstumsmöglichkeiten, da für die gerätetechnische Ausstattung erhebli-che Mittel eingesetzt werden.

Am Beispiel von Teilen der Automobilindu-strie hat Enthone die Wertschöpfung ver-schiedener Bauteile ermittelt. Demzufolge streut die Wertschöpfung je nach Dicke der Schichten und Komplexität der Anwendung zwischen 0,6 Euro pro Quadratdezimeter (z. B. Stoßdämpfer mit Schichtdicken von etwa 15 Mikrometer) und bis zu 15 Euro pro Quadratdezimeter für Pumprotoren (Schichtdicke bis 500 Mikrometer) für die Abscheidung von Hartchrom. Bei chemisch abgeschiedenem Nickel variieren die Werte zwischen 0,5 Euro pro Quadratdezimeter (Automobil, Massenteile) und 3 Euro (An-wendungen in der Öl- und Gasförderung). Auffallend ist, dass die Beschichter unab-hängig davon, wie gut die Geschäfte in den jeweiligen Marktsegmenten laufen, stets bei ihren jeweiligen Produktgruppen ge-blieben sind – den Beschichtern der Elekt-ronik ist es also nicht gelungen, beispiels-weise auch für den Automobilbereich zu

beschichten. Des Weiteren wies der Refe-rent darauf hin, dass die Problematiken bei den Beschichtern für die Produktarten stets die selben sind, gleich, wo das Unterneh-men angesiedelt ist.

Deutlich unterschiedlich ist der Ansatz der Kalkulation. In Deutschland sind die Lohn-kosten mit etwa 33 Prozent hoch und es werden keine Preise angeboten, die nicht zumindest kostendeckend sind. In Indien liegen die Lohnstückkosten bei zehn Pro-zent der gesamten Herstellkosten. Die Un-ternehmen agieren einfach und schnell, woraus sich Nachteile bei Änderungen des Marktes durch Veränderungen bei Löhnen und Rohstoffen ergeben. In China ist die Wettbewerbsfähigkeit gut, weil ein Profit von drei Prozent als ausreichend betrachtet wird. Übereinstimmend wird als Anhalts-punkt für die Kalkulation die Höhe der Kon-tostände am Ende einer Periode betrachtet, ohne dass die tatsächlichen Kosten bekannt sind.

Ausschlaggebend für Investitionen sind die Höhe des Leitzinses sowie der Aufwand, die beantragten Finanzmittel auch zu erhal-ten. Hier sind beispielsweise die Hürden in China relativ hoch. Des Weiteren machen sich die Steuergesetze für den Handel be-merkbar; hier schneidet zum Beispiel Brasi-lien deutlich schlechter ab als Europa oder China. In Bezug auf die Energiekosten für die Industrie ist die Situation in Deutsch-land sehr günstig, während andere Länder in der EU (Italien und Großbritannien), Bra-silien oder Japan schlechter abschneiden. Hier spielt auch die Verfügbarkeit von Strom eine wichtige Rolle, die auch in Ländern wie Japan ungünstiger ist. In Bezug auf den Ein-satz von Gefahrstoffen wie Chromat oder Cyanid sind die Einschränkungen in China oder Indien teilweise rigider als in Europa. Auch werden kaum Ausnahmen von den gängigen Genehmigungspraktiken erteilt.

In Bezug auf monetäre Vorteile bot Helmut Horsthemke eine interessante Betrachtung. Er zeigte, dass die Vermeidung von Überbe-schichtung (-10 %) einen Kostenvorteil von acht Prozent ergibt, während beispielswei-

se die Vermeidung von Abfall oder die Ver-besserung der Produktivität deutlich gerin-gere Einsparungen ergeben. Als Indikator für eine genauere Betrachtung der Prozes-se eignen sich die Chemiekosten. Bei Hart-chrom sollte der Anteil für Chemie unter etwa drei Prozent liegen. Bei der chemi-schen Abscheidung von Nickel dürfen die Chemiekosten seinen Ausführungen zufol-ge bis zu 30 Prozent betragen.

Erfahrungen aus Asien

Über seine Erfahrungen in Asien berichte-te Joachim Kraft. Er wies einführend darauf hin, dass heute ein Großteil der Unterneh-men anlagentechnisch sehr gut ausgestat-tet ist. Vor allem im Bereich der Elektronik spielen heute praktisch nur noch asiatische Unternehmen eine Rolle. So liegt das Markt-volumen bei Festplatten (Hybridspeicher) bei 35 Milliarden Dollar mit einem Wachs-tum von mehr als sieben Prozent mit stei-gender Tendenz. Im Vergleich dazu umfasst der Automotive Markt in Europa ein Volu-men von 840 Milliarden Dollar bei stagnie-rendem Wachstum und einer Erholung vor-aussichtlich ab 2014.

Bei chemisch abscheidendem Nickel sind ein hochphosphoriger Prozess (>  10,5 %), Ammonium-, Blei- und Cadmiumfreiheit oder Schicht mit Druckspannungen gefragt. Die Abscheidungsgeschwindigkeit muss bei etwa acht Mikrometer bis neun Mikrometer pro Stunde liegen. Darüber hinaus dürfen keine Aufwachsungen oder Flitter entste-hen und die Schichtdickenverteilung muss Schwankungen unter fünf Prozent aufwei-sen. Die Kontrolle der Beschichtungen wird anhand unterschiedlicher Tests (Salpeter-säure, Kochtest, Benetzung, Biegetest, Ein-baurate an Phosphor) bewertet. An Beispie-len zeigte der Referent häufig auftretende Fehler und deren Behebung.

Der Beschichtungsprozess in Asien ist dem in Europa vergleichbar, wobei eine zweite Ultraschallbehandlung nach der Beschich-tung eingeschaltet ist, um die Reinheit der Bauteile (Entfernung von Flittern) zu ge-währleisten. Um in Asien ein neues Verfah-

Wertschöpfung in der PraxisDie Niederlassung Süd der Enthone GmbH veranstaltet seit nunmehr zehn Jahren im Frühjahr Kundenseminare, in denen das Unternehmen über Neuerungen im eigenen Hause sowie über Fachleute der Branche allgemeine und brisante Themen informiert. Joachim Brecht konnte auch in diesem Jahr wieder mehr als 70 Teilnehmer zu dieser Veranstaltung begrüßen. Er zeigte sich insbesondere deshalb erfreut über den großen Zuspruch aus dem Kundenkreis, da ihm bewusst ist, dass die Mitarbeiter der Unternehmen immer stärker eingespannt werden.

07 2013 WOMag 29

OBERFLÄCHEN

ren einführen zu können, müssen umfang-reiche Tests durchgeführt und bestanden werden. Erst dann, wenn alle Versuche po-sitiv abgeschlossen werden, kommt ein Ein-satz in der Produktion in Betracht.

Bei den anspruchsvollen Beschichtungen wird in der Regel eine 100-Prozent-Kontrol-le vorgenommen. Zudem sind die entspre-chenden Anlagen immer mit automatischer Prozesskontrolle ausgestattet. Darüber hinaus werden die Elektrolyte regelmäßig im Labor analysiert.

Großer Wert wird in den Unternehmen auf einen kontinuierlichen Betrieb, einen einfa-chen Prozess und den neuesten Stand der Technik gelegt. Die Chemiekosten liegen im Schnitt bei fünf bis acht Prozent, woge-gen die Arbeitskosten aufgrund der inten-siven Kontrolle bis zu 35 Prozent betragen können.

Hartchrom – Sicherheit, Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit

In den letzten Jahren sind die Grenzen für Expositionen bei der Chromabscheidung in den USA und Europa stark gesenkt wor-den, wie Dirk Wiethölter eingangs darleg-te. Inzwischen sind Expositionen zwischen fünf Mikrogramm pro Kubikmeter (untere Grenze) und 20 Mikrogramm pro Kubikme-ter (obere Grenze) erreicht. Bis 2023 werden Grenzen unter 1 Mikrogramm pro Kubikme-ter erwartet, weshalb nur noch geschlosse-ne Systeme in Betracht kommen werden, so dass die heute gängigen Arten der gal-vanischen Chromabscheidung nicht mehr zu finden sein dürften. In den USA wird des-halb ein Verbot von PFOS-Netzmitteln in den nächsten drei Jahren erwartet.

Die PFOS-freien Netzmittel haben bisher im Einsatz keine Fehler gezeigt. Um die Prüfun-gen zu erweitern, wird jetzt ein Partner ge-sucht, der nicht nur die Qualität bewertet, sondern auch die Emissionen und Grenz-werte prüft. Ziel ist es, die zu erwartenden Reduzierungen der Grenzwerte vorab auf ihre Realisierung zu untersuchen.

Als zweites stellte Dirk Wiethölter ein neues Chromverfahren vor, dass unter anderem eine um bis zu fünf Prozent kürzere Be-schichtungszeit bietet und bei dem auf das anodische Anätzen verzichtet werden kann. Durch das Entfallen der Ätzung verlängert sich die Standzeit deutlich. Darüber hinaus verfügen die Chromschichten über einen

Anlagenbau

Bernward Groß, Dipl.-Ing., Geschäftsführer

GROSS Wassertechnik GmbH | Carl-Gruner-Straße 8 75177 Pforzheim | Telefon: +49 (0)72 31/ 589 63-0 Telefax: +49 (0)72 31/ 589 63-29 | Mail: post@gross-wassertechnik.de www.gross-wassertechnik.de

Regenerierservice

Regenration von mobilen Ionenaustauschersystemen aus der Oberfl ächentechnik, Bodensanierung und Pharmabereich.

Harzwechselservice im Bereich Werkzeugbau und Drahterosion.

Werkzeugbau

Innovative Entwicklung einer kompakten Kreislaufanlage (Typ GW-RD5) für den Bereich Funkenerosion an Startloch-bohrmaschinen.

Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer Institut für Pro-duktionsanlagen und Konst-ruktionstechnik (IPK)

Anlage zur Rückgewin -nung von Edelmetallen aus schwach belasteten Spülwässern.

Edelmetallrecycling

Ionenaustauscher zu GROSS Wassertechnik

Externe Regeneration

frische Ionenaustau-scher zum Kunden

Beladung im Betrieb

00_Anzeige_RZ1.indd 1 05.06.13 14:53

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

07 2013WOMag30

OBERFLÄCHEN

Dr. Sauer: In der Galvanotechnik ist es üb-lich, dass Strom und ein Elektrolyt, der vorzugsweise aus Säure besteht, für die Herstellung von Oxidschichten auf den ver-schiedenen Aluminiumlegierungen ein-gesetzt wird. Das Verfahren benötigt viel Energie und große Anlagen, die mit ent-sprechenden Chemikalien bestückt sind. Die Idee bei der Entwicklung des LASOX-COAT®-Verfahrens war einfach, einen Laser zu benutzen und ein Reaktionsgas, um eine Oberfläche herzustellen, ähnlich wie die, die wir jetzt mit konventionellen Verfahren in Serie erzeugen. Das ist uns gelungen. Damit hoffen wir, dass wir einen Beitrag hinsichtlich Kostenreduktion, Qualitätsver-besserung und vor allem natürlich auch Um-weltschutz leisten können. Das ist eine Vi-sion für die nächsten drei, vier, fünf Jahre, dieses LASOX-COAT®-Verfahren mehr und mehr in der Industrie einzusetzen.

Frage: Welche Zielgruppen sprechen Sie denn konkret damit an?

Dr. Sauer: Im Endeffekt sind das zwei Hauptbereiche: einmal der allgemeine Ma-schinenbau und zum anderen die Automo-bilindustrie. Die LASOX-COAT®-Schicht be-sitzt neue Eigenschaften. Sie ist mit etwa

2000 HV wesentlich härter als das, was wir bis jetzt kennen, sogar härter als Chrom. Bei Chrom wird normalerweise von 1000 HV ausgegangen. Und das auf Aluminium, so dass da viel Kreativität, viel Spielraum für die Konstrukteure besteht, neue Ideen um-zusetzen. Die andere Zielgruppe ist die Au-tomobilindustrie, die natürlich immer auf der Suche nach Kostensparpotentialen ist. Durch die Beschichtung mit einem Laser ohne Flüssigkeit, ohne Trocknen oder ohne Spülen werden wir in der letzten Ausbau-stufe in ein paar Jahren der Industrie auch ein kostengünstiges Verfahren anbieten können.

Frage: Wenn wir uns den Markt der Oberflä-chentechnik betrachten, welche Entwicklun-gen sehen Sie denn – sowohl in wirtschaftli-cher als auch in technischer Hinsicht?

Dr. Sauer: Es sind viele Beschichtungsun-ternehmen zu finden, die hochqualitative Schichten applizieren können. Wirtschaft-lich wie technisch ist die Herausforderung jedoch, dies jeden Tag in großen Mengen mit der gleichen Qualität zu tun. Also die Innovationen oder die Herausforderungen, die wir jeden Tag sehen, liegen einfach in der Prozesstechnik. Fünf Teile zu beschich-ten ist eine Sache, 25 Millionen Teile jedes Jahr mit der gleichen Qualität und zum rich-tigen Zeitpunkt abzuliefern, ist dagegen eine ganz andere Herausforderung. Und da sehe ich in der Zukunft die größten Poten-tiale. Alle Kunden möchten natürlich 100 %

i.O.-Teile und niemals ein Bauteil von uns bekommen, was nicht der Spezifikation ent-spricht. Hier sehe ich ein großes Spielfeld und eine große Möglichkeit, Dinge noch zu verändern.

Frage: Die AHC ist in dem Markt fest veran-kert. Wo sehen Sie denn Ihr Unternehmen in etwa zwei Jahren?

Dr. Sauer: Wir sind ja Beschichter für tech-nische Oberflächen. Diesen Bereich wer-den wir nicht verlassen. Wir konzentrieren uns auf funktionelle, technische Oberflä-chen. Mit dem Thermischen Spritzen haben wir jetzt den ersten Schritt gemacht, unser Portfolio zu erweitern. Also, wir werden mehr Technologie ins Haus holen und wei-terentwickeln und auch neu entwickeln. Gleichzeitig werden wir uns regional und überregional breiter aufstellen. Zur Zeit sind wir sehr aktiv in China. Wir diskutieren Akti-vitäten in Amerika. Indien ist immer wieder ein Thema, aber auch West- oder Gesamt-Europa Richtung Polen und Tschechien, so dass wir unsere Technologie irgendwann – zwei Jahre ist da vielleicht zu kurz gegriffen – weltweit anbieten können. Dies muss für uns eine hohe Priorität haben, denn unse-ren Kunden produzieren mittlerweile auch weltweit.

AHC Oberflächentechnik GmbH, Boelckestraße 25–57, D-50171 Kerpen

➲➲ Internet: www.ahc-surface.com

Leistungssteigerung bei bewährten Oberflächen – Aluminiumoxidation mit LaserunterstützungAHC entwickelt eine neue Art der Beschichtung von Aluminium für hochbeanspruchte Bauteile

Auf der diesjährigen Hannover Messe hat die AHC Oberflächentechnik GmbH, Kerpen, erstmals eine noch laufende Entwicklung zur Herstellung von außerordentlich belastungsfähigen Oberflächen auf Aluminiumwerkstoffen vorgestellt. Dr. Sauer von AHC gab Informationen zur Herstellung der Oxid-schichten, wobei erstmals ein Laser für die Verbesserung der Schichteigenschaften zum Einsatz kommt. Zudem kann auf einen Teil der eingesetzten Chemie verzichtet werden, was wieder einen Schritt auf dem Weg zur green technology darstellt.

Termine zu interessanten und wichtigen Veranstaltungen

finden Sie auf unserer Webseite: www.womag-online.de Umfassend und immer auf

dem neuesten Stand!

07 2013 WOMag 31

OBERFLÄCHEN

Wie es darüber hinaus ein kleiner innova-tiver Beschichtungsbetrieb immer wieder schafft, eingeladen zu werden, um bei gro-ßen Forschungs- und Entwicklungsprogram-men sein Know-how einzubringen, zeigt die Baumann Plasma Flame Technic AG. Dazu müssen dann Aufgaben gelöst werden, wie zum Beispiel die Frage nach den Elementen einer Beschichtung, damit der Wirkungs-grad von Solarprojekten von heute 15 auf bis zu 45 Prozent gesteigert werden kann.

Lösungsfindung als Hauptmotivation

Die Baumann Plasma Flame Technic AG in Höri, Schweiz, wird vom Inhaber Hanspe-ter Walker selbst geführt. Er übernahm die Firma im Jahr 2003, nachdem er 14 Jahre lang in partnerschaftlicher Zusammenarbeit mit Baumann verbunden war. In dieser Zeit hat der Maschineningenieur für einen schweizerischen Industriellen einen Be-schichtungsbetrieb, die C3Surfaces, aufge-baut, um anschließend das eigene Unter-nehmen Walker MST zu gründen, das sich ebenfalls mit Beschichtung befasst. Bis zur Übernahme der Baumann AG im Jahre 2003 hat er seine Kenntnisse auf dem Gebiet des thermischen Spritzens vertieft. Faszi-niert von der Metallspritztechnik hat er den Beruf zum Hobby gemacht. Seine vielsei-tigen Erfahrungen in der Oberflächentech-nik erarbeitete er sich als Verantwortlicher für den schweren Korrosionsschutz in Was-serkraftwerken, Raffinerien, Heizöl- und Benzintanklagern.

Kundenbezogene Lösungsfindung war schon immer die Hauptmotivation von Hans peter Walker, Ergebnisse, die das Problem lösen, die wirtschaftlich sind und zudem Ressourcen und Umwelt schonen. Mit dem Kauf der Baumann AG ging ein Wunsch in Erfüllung. Die jahrelang gesam-melten Erfahrungen kamen nun der treuen Kundschaft zu Gute.

Vertragspartner beim Solarprojekt mit höchstmöglicher Effizienz

Metall- und Keramikbeschichtungen für Reparaturen und Neuteile mit den thermi-schen Spritzverfahren Pulverflammspritzen, Drahtflammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen und Hochgeschwindigkeits-flammspritzen sind nur ein Schwerpunkt bei der Baumann Plasma Flame Technic AG. Der zweite liegt darin, verlässlicher Entwick-lungspartner für Sonderaufgaben zu sein.

Einer dieser Partner ist Dipl.-Ing. Ulrich Georg Bech, Managing Director for Enginee-ring bei Welldone Malta El Sur Ltd. Dieses

Konsortium von internationaler Ingenieur-expertise liefert technische Problemlösun-gen, die auf Sonderwerkstoffen basieren, beispielsweise ein effizienteres Sonnenwär-mekraftwerk (englisch: Concentrated Solar Power (CSP)) zu bauen, um den theoretisch möglichen Wirkungsgrad von 65 Prozent in Gas- und Dampfturbinen auszunutzen. So kann zusammen mit dem Heißgasspei-cher ein Gesamtwirkungsgrad von 45 Pro-zent erzielt werden, währenddessen ver-gleichbare spanische Solarwärmeanlagen mit Salzspeichern nur etwa 22 bis 26 Pro-zent aufweisen. Die Grundlage bildet ein speziell entwickeltes Kernstück, in dem

Kleines Beschichtungsunternehmen mit großem TechnologievorsprungVorstellung der Baumann Plasma Flame Technic AG, Höri / Schweiz

Oberflächenbearbeitung ist eines der drei Themen auf der internationalen Fachmesse Schweißen und Schneiden 2013, wo es um Fügen, Trennen und Beschichten geht. Unter dem Aspekt der Wettbewerbsfähigkeit wird immer wieder neu angestrebt, die Qualität von Maschinen, Anlagen und Bauteilen zu verbessern, das heißt, sie vor Verschleiß durch Abrasion, Erosion und Korrosion zu schüt-zen. Kosten zu reduzieren und Ressourcen zu schonen spielt dabei eine ebenso wichtige Rolle. Das thermische Spritzen hat sich in-zwischen mit seiner großen Vielfalt der unterschiedlichsten Verfahren längst bewährt. Je nach Einsatz gilt es, die Oberflächen so zu gestalten beziehungsweise zu verändern, dass sie jeder Anforderung in höchstem Maße gewachsen sind.

Muster unterschiedlichster Materialien, die mit den verschiedensten Verfah-ren des Pulverflammspritzens, Drahtflammspritzens, Hochgeschwindigkeits-flammspritzens und Plasmaspritzens beschichtet wurden

Beschichtete Implantate für den Medizinalbereich (links) und künstliche Hüftgelenke (rechts)

07 2013WOMag32

OBERFLÄCHEN

der gebündelte Sonnenstrahl auf 2000 °C gebracht werden kann. Die Sonnenwärme wird in Leitungen mit aufgeheiztem Stick-stoff übertragen. Das erhitzte Volumen des Stickstoffs wirkt als Energieträger zum An-treiben der Gasturbine.

Ansporn für dieses Projekt bildete die immer noch zu geringe Ausbeute von oft-mals nur 15 Prozent bei der gegenwärtigen Photovoltaik. Die Sonne in unseren Breiten-graden kann im Sommer nur zur Mittagszeit optimal genutzt werden, wobei die Speiche-rung das große Problem darstellt. Georg Ul-rich Bech, der Spezialwerkstofftechnik so-zusagen verinnerlicht hat, sammelte seine Erfahrungen zunächst in der Stahlindus-trie in den 1970er Jahren, wechselte dann zur Anwendung und arbeitete zwölf Jahre in der Schweiz. Schmunzelnd bemerkt er: Erfahrene Ingenieure haben bereits vor 25 Jahren ironisch gesagt, Sonnenenergie-nutzung in Deutschland ist wie Ananaszüch-ten in Grönland. Auch heute noch gestaltet sich die Situation mit der Gewinnung sowie wirtschaftlichen Ausnutzung der Sonne äußerst problematisch. Die Chinesen mit ihren ineffizienten Sonnenkraftwerken war-ten bereits begierig auf sein spezielles Kern-

teil, zumal die alten Einrichtungen weiterhin genutzt werden könnten.

Innovation, Kreativität und Verlässlichkeit

Bis das Kernteil für die Hochtemperatur-Sonnenwärmetechnik einsatzbereit war, bedurfte es eines intensiven Entwicklungs-prozesses. Die hohen Temperaturen erfor-derten viele Komponenten mit Sonderwerk-stoffen, um den extremen Bedingungen standzuhalten. Das bedeutete, geeignete Werkstoffe für die Beschichtung der ein-zelnen Komponenten sowie die passenden Beschichtungsverfahren zu finden. Dafür suchte Ulrich Georg Bech den richtigen Part-ner und entschied sich für Hanspeter Wal-ker, Geschäftsinhaber von Baumann.

Die Beiden hatten ihre Zusammenarbeit schon vor knapp zehn Jahren begonnen mit diversen Projekten, wie beispielsweise der Beschichtung von medizinischen Endgerä-ten, besonders von Hüftgelenken. Für Ul-rich Georg Bech ist Hanspeter Walker mit Baumann ein typisches Beispiel für einen Eigentümerunternehmer, bei dem sich ein anspruchsvoller Kunde mit einem Ent-wicklungsprojekt gut aufgehoben weiß,

weil man ihm hundertprozentig vertrauen kann. Er beherrscht die Produktion im Be-schichten, so wie viele andere auch, aber er besitzt darüber hinaus die entscheiden-den Grundpfeiler für gemeinsame Entwick-lungsprozesse: Innovation, Kreativität und Verlässlichkeit. Mit einem Großunterneh-men wäre dies nach Ansicht von Georg Bech nicht möglich, weil oft die Geschäftsführer wechseln und das Know-how verloren geht.

Qualitätsgarantie und Zertifizierung

Die Baumann Plasma Flame Technic AG ist erfolgreich, weil sich das Unternehmen als Maxime auf das Prinzip der drei Säulen stützt: Kunde, Mitarbeiter und Geschäfts-führung. Lösungsorientiert, hohe Flexibili-tät, kurze Lieferzeiten, ein gutes Preis-/Leis-tungsverhältnis sind weitere Eigenschaften, die von den Kunden in hohem Maße ge-schätzt werden.

Bei der Baumann AG stehen drei Lärm-schutzkabinen zur Verfügung. Davon dient eine ausschließlich dem Medizinalbereich, wo beispielsweise Implantate mit Titanhy-drid mittels atmosphärischem Plasmasprit-zen beschichtet werden. Die Beschichtung

Hanspeter Walker (li) und ein Mitarbeiter vor dem Steuerungsgerät für die Plasma-Anlage im Medizinalbereich (links unten), Spritz-kabine (rechts unten), Abluftanlage (rechts oben) sowie Pulverförderer mit Steuereinheit (links oben)

07 2013 WOMag 33

OBERFLÄCHEN

mit Titanhydrid erlaubt eine schwammig vergrößerte Oberfläche, die biologisch ver-trägliches Einwachsen erleichtert. Anwen-dung findet diese Beschichtung auf Implan-taten sowohl in der Human- als auch der Animalmedizin.

Beiträge an Forschung und Entwicklung für Unternehmen beim Musteraufbau für Wär-meübertragungselemente bei Heizsyste-men in Autos oder Heizungen für alternative Antriebe gehören ebenso zur Leistungspa-lette der Baumann AG wie Anlagenbera-tung und Verkauf von Hilfsstoffen, zum Beispiel Pulver und Drähte, für kleinere Spritzbetriebe.

Bei einem weiteren Forschungsprojekt geht es um das Beschichten von Brennstoff-zellen. Die Brennstoffzellentechnologie ist eine der ökologischsten Formen, aus Erd-gas oder Bio-Erdgas Energie zu gewinnen. In einem elektrochemischen Prozess wan-delt die Brennstoffzelle wasserstoffreiches

Gas mit überlegenem Wirkungsgrad in Wärme und Strom um. Das Modell der Zu-kunft – ideal für den Elektro- und Wärmebe-darf in Gebäuden.

Das Unternehmen Baumann ist eines von rund 200 Mitgliedern in der GTS Gemein-schaft Thermisches Spritzen und besitzt seit 2008 das begehrte GTS-Zertifikat – das weltweit erste verfahrens-, personen- und produktbezogene Zertifikat für das thermi-sche Spritzen. Mit ihm heben sich GTS-Mit-glieder entscheidend vom herkömmlichen Zertifizierungslevel ab. Dieser 1992 ge-gründete eingetragene Verein GTS Gemein-schaft Thermisches Spritzen ist inzwischen zu einem weltweiten Interessenverband von Industrieunternehmen, Handwerks-betrieben, Handelsfirmen und Forschungs-einrichtungen für das thermische Spritzen herangewachsen, der seine Mitglieder durch Fachveranstaltungen über den neu-esten Stand auf dem Laufenden hält. 13

Verschleißschutz an einem Rotor (links), mit Aluminiumbronze beschichtete Halbkugel (Mitte) und beschichtete Brennstoffzelle (rechts)

seiner Mitgliedsfirmen präsentieren sich auf der Messe Schweißen und Schneiden 2013. Seit kurzem ist die Baumann AG auch ISO 9001 : 2008 zertifiziert.

Hanspeter Walker, der es geschafft hat, mit seinem Technologievorsprung zukunfts-weisend zu sein, arbeitet intensiv an einer Nachfolgeregelung für sein Unternehmen. Dabei besitzt die Nachhaltigkeit mit Fokus auf die bestehenden Kunden sowie die Mit-arbeiter oberste Priorität. U. Mertig

Baumann Plasma Flame Technic AG Hofstrasse 1, CH-8181 Höri b. Bülach

➲➲ www.baumann-plasma.ch

Gemeinschaft Thermisches Spritzen e. V. c/o Linde AG, Geschäftsbereich Linde Gas Werner Krömmer, Carl-von-Linde-Straße 25, D-85716 Unterschleißheim

➲➲ www.gts-ev.de

Neue GLISS-COAT® FLOCK-Anlage

in unserem Werk in Solingen!

anzeige184x60-solingen-m-stoerer:anzeige190x66-maschinenmarkt-m-stoerer-3mmbeschnitt 21.06.2013 14:04 Seite 1

07 2013WOMag34

OBERFLÄCHEN

Glanz ist „in“: Das wird sofort deutlich, wenn man neue Automodelle daraufhin an-schaut, wie Kühler und Blenden aussehen und wie viele Zierteile das Blech veredeln. Von dieser Entwicklung profitieren die da-rauf spezialisierten Unternehmen. Die an-haltende Nachfrage nach eloxierten Teilen führte dazu, dass ein deutscher Automobil-zulieferer im Februar 2013 eine neue Eloxal-anlage in Betrieb genommen hat.

Filigrane Eloxalteile in höchster Qualität

Die 80 Meter lange Eloxalanlage eignet sich zur Oberflächenbehandlung von filigranen Bauteilen für die Außenverkleidung, wie

zum Beispiel Dach- und Fensterzierleisten, Fensterführungen und Dachrelings. Diese Teile können sowohl mit hochglänzenden als auch mit satinierten oder schwarzen Oberflächen hergestellt werden – ganz wie die Automobilhersteller und Autokäufer es wünschen. Und weil der Automotive-Zulie-ferer Premium-Hersteller wie Daimler, BMW und Audi beliefert, stellt die Anlage nur Teile in Top-Qualität her, die dauerhaft ihre per-fekte Oberfläche behalten.

Kein Eloxieren ohne Kälte

Dass die Automobilzulieferer unter hohem Kostendruck stehen, ist bekannt. Deshalb waren neben Qualität und Finish der Teile auch die Betriebskosten ein zentrales Thema bei der Planung und Auftragsverga-be. Hier rückt die Kältetechnik in den Blick: Die Galvanikbäder müssen exakt und kon-tinuierlich gekühlt werden. Bei der Ausle-gung und Planung der Kältetechnik arbeite-te der Lieferant der Galvanoanlage eng mit der L&R Kältetechnik GmbH & Co. in Sun-dern zusammen, die Erfahrung aus zahlrei-chen Projekten der Oberflächentechnik mit-bringt und dabei auch großes Augenmerk auf den Energieverbrauch legt. Zusätzliche Herausforderungen waren die extremen

Vorgaben hinsichtlich Geräuschemission und die sehr engen Platzverhältnisse.

Für die unterschiedlichen Eloxalbäder be-nötigt man zwei Kühlwasserkreise – einen mit 12 °C, den anderen mit 25 °C Kühlwas-servorlauf. L&R empfahl für den 12-°C-Kreis-lauf eine energieeffiziente, wassergekühlte Kälte maschine mit 300 kW Rückkühlleis-tung. Der 25-°C-Kreislauf wird über eine Kühlturmanlage mit einer Gesamtrückkühl-leistung von 2900 kW gekühlt. Die Kühl-turmanlage kühlt auch den Kondensator der Kältemaschinen, was ebenfalls den Energie-bedarf der Gesamtanlage senkt.

Umfassende Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz

Zu den weiteren Energiesparmaßnahmen, die L&R realisierte, gehört der Einsatz von drehzahlgeregelten Pumpen in denjenigen Kreisläufen, bei denen mit variierenden Durchflussmengen zu rechnen ist. Eine Win-terentlastung (freie Kühlung ) entlastet op-tional die Kältemaschine immer dann, wenn die Außentemperatur niedriger liegt als die Rücklauftemperatur des Kühlmediums. Das heißt: Bei Temperaturen unterhalb von 19 °C schaltet die Winterentlastung zu und redu-ziert den Energiebedarf der Kälteanlage. Bei einer Außentemperatur von 7 °C kann schon der gesamte Kühlbedarf der Kältemaschine über die freie Kühlung bereitgestellt wer-den. Kein anderes Verfahren zur Erzeugung von Kaltwasser benötigt so wenig Energie. Da die Investitionen überschaubar sind, amortisiert sich diese Option in der Regel sehr schnell.

Projektierung, Bau und Inbetriebnahme in kurzer Zeit

Schon die Auslegung und die Kenndaten der Anlage, die bei 47 °C Kondensations-temperatur einen COP (Coeffient of Perfor-mance) von 4,34 aufweist, zeigen das effi-ziente Konzept der Kältetechnik. Hierauf legte der Betreiber sehr großen Wert, um

Energiesparende Kälteanlage für glänzende Oberflächen von Kfz-ZierteilenNamhafter Automobilzulieferer nimmt neue Eloxalanlage mit Kältetechnik von L&R in Betrieb

Ein führender Automobilzulieferer aus dem Sauerland hat eine 80 Meter lange Eloxalanlage zur perfekten Oberflächenbehandlung von Blenden und Zierleisten in Betrieb genommen. Eine Kälteanlage von L&R Kältetechnik sorgt dafür, dass die Galvanikbäder stets exakt und konstant gekühlt werden – und das bei geringstem Energiebedarf.

L&R Kühlturmanlagen aus Edelstahl mit Schalldämpfern; Kälteleistung 2900 kW

L&R Kältemaschine wassergekühlt

07 2013 WOMag 35

OBERFLÄCHEN

die Betriebskosten auch bei künftig weiter steigenden Energiepreisen möglichst nied-rig zu gestalten.

Die L&R Kältetechnik GmbH & Co. in Sundern hat seit der Firmengründung im Jahr 1991 ein herausragendendes Know-how in der Kältetechnik entwickelt mit Fokus auf den um-welt- und energiebewussten Einsatz von leistungsstarken und qualitativ hochwertigen Kühlanlagen. In enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt L&R Kältetechnik energieeffiziente Gesamtkonzepte, die in ihrer langfristigen Wirkung eine bislang un-nachahmliche Effizienz erreichen. Das Angebot umfasst Kühl- und Temperiersysteme in verschiedenen Ausführungs- und Leistungsvarianten sowie die Anlageninbetriebnah-me, Anlageninspektion und die Optimierung von bestehenden Anlagen. Das Tempera-turspektrum reicht von -120 °C bis +350 °C.

Kältetechnik der L&R kommt in den verschiedensten Branchen zur Anwendung, wie zum Beispiel der Kunststoff- und Kautschukindustrie, der Oberflächen- und Galvanotechnik, Lebensmittelindustrie, Chemie- und Pharmaindustrie, Medizintechnik und der Metallver-arbeitung. Geschäftsführer des erfolgreichen Unternehmens mit derzeit 54 Mitarbeitern ist Burkhard Rüßmann. Der Umsatz im vergangenen Jahr betrug zwölf Millionen Euro. Beliefert wurden Unternehmen in Europa, den GUS und Asien.

➲➲ www.lr-kaelte.de

Zusätzliche Herausforderung bei der Umsetzung waren die sehr engen Platzverhältnisse (Fotos: L&R Kältetechnik)

Die Energieeinsparung, die sich aus der in-novativen Kältetechnik ergibt, kann noch nicht beziffert werden, da die Anlage erst vor wenigen Wochen in Betrieb genommen wurde. Erwähnenswert ist, dass die Kälte-anlage und die Pumpen-Tankanlage auf sehr kompaktem Bauraum installiert wur-den und nur sehr niedrige Geräuschemissio-nen aufweisen. Und sie wurde in sehr kurzer Zeit projektiert und in Betrieb genommen.

Nachdem der Betreiber das Go für die In-vestition gegeben hatte, wollte er möglichst rasch die neue Eloxalanlage nutzen und die Kapazitäten für Zierleisten und Blenden in Class A-Oberflächengüte erhöhen.

L&R Kältechnik GmbH & Co. KG Hachener Straße 90 a, D-59846 Sundern-Hachen

Der Tarnmantel ist ein alter Traum der Menschheit. Neu entwickelte Materialien bringen seine Verwirklichung näher. Die Ent-wicklung von Metamaterialien – also künst-lichen Materialien mit maßgeschneiderten elektromagnetischen Eigenschaften – lässt viele für die Technik hoch interessante phy-sikalische Spezialeffekte erwarten. So kön-nen sie etwa negative Brechungsindices für elektromagnetische Wellen möglich machen – was Licht einen falschen Knick verschaffen und ganz neue optische Möglichkeiten eröff-nen würde.

Eine davon ist die Entwicklung von Tarnkap-pensystemen, wie sie für Mikrowellen be-reits gelungen ist. Für Mikrowellen stellt die Herstellung spezieller Metamaterialien nach Aussage von Professor Heinz Langhals vom Department Chemie der LMU kein be-sonderes technologisches Problem dar – im optischen Bereich sind technische Realisie-rungen aber erheblich schwieriger, weil die Lichtwellenlänge mit nur einem halben Mik-rometer wesentlich kleiner ist.

Erste Versuche auf diesem Gebiet erforderten nanotechnologische Methoden mit hohem Aufwand. Langhals gelang es, mit seinem Mitarbeiter Alexander Hofer, Metamateriali-en aus organischen Molekülen zu entwickeln, die effizienter hergestellbar sind als entspre-chende metallische Leiter und deren Struk-turen kleiner und variationsreicher sind. Die für die Metafunktion wichtige Geometrie wird dabei auf chemischem Weg erreicht.

Nach Auskunft von Langhals werden kon-jugierte Bindungssysteme verwendet. Hier können sich die Elektronen innerhalb von or-ganischen Molekülen frei bewegen. Die erfor-derlichen elektromagnetischen Resonanzen erreichen die Chemiker durch Chromophore, also den farbgebenden Teil eines Moleküls. Chromophore können elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich resonant ab-sorbieren. In den neu entwickelten Molekü-len befinden sich zwei parallele chromophore Elektronensysteme, die mit einem nichtlei-tenden Zwischenstück verbunden sind. Diese spezielle räumliche Anordnung verän-

dert die Lichtbrechung der neuen Materiali-en und ermöglicht neue Effekte. So könnten Metamaterialien Lichtstrahlen um ein Objekt herumleiten und es scheinbar verschwinden lassen. Mit den neuen organischen Meta-materialien ist der optische Tarnmantel zwar noch nicht fertig – aber die Basis ist geschaf-fen. Das Gewebe fehlt momentan noch, könn-te aber möglicherweise durch geeignete flüs-sigkristalline Strukturen aufgebaut werden.

Weitere Arbeiten zu verbesserten Metamate-rialien sind im Gange. Diese Materialien ver-sprechen zahlreiche neue Möglichkeiten, die insbesondere im optischen IT-Bereich viel-leicht sogar viel interessanter werden als eine einfache Tarnfunktion, wie z.B. die Ent-wicklung von hauchdünnen optischen Linsen.

Chromophores Arranged as ‘Magnetic Meta Atoms’: Building Blocks for Molecular Metamateri-als; Heinz Langhals, Alexander Hofer J. Org. Chem., May 2013 DOI: 10.1021/jo4005662

➲➲ www.cup.uni-muenchen.de/oc/lang-hals/index.html

Organische Moleküle – Tarnung durch falschen Knick im Licht

07 2013WOMag36

OBERFLÄCHEN

CERANOD®-Plasmakeramik ist eine Tech-nologie zur Oberflächenbehandlung von Leichtmetalllegierungen und wird bevorzugt für Aluminium- und Magnesiumlegierun-gen eingesetzt. Das Verfahren verbessert die Haltbarkeit von Bauteilen erheblich, da die Keramikoberfläche extrem widerstands-fähig gegenüber Korrosion und Verschleiß ist. Selbst Nachbehandlungen sind oft redu-zierbar, sodass ein signifikantes Kostensen-kungspotenzial besteht.

Hohen Beanspruchungen hält die flexib-le und nachgiebige Schicht stand, ohne dabei Spannungen ausgesetzt zu sein, die konventionelle Keramik versagen lassen würde. Diese günstige Eigenschaft ist unter anderem auf den Entstehungsprozess der Schicht zurückzuführen: Sie entsteht im Elektrolyten durch anodische Oxidation des Aluminiumgrundwerkstoffs, wobei die

Werkstoffoberfläche in einer Plasmaentla-dung zu einer dichten, atomar haftenden Keramikschicht umgewandelt wird und da-durch keine Maßänderungen am Werkstück auftreten. Bei der Anodisation nach der her-kömmlichen Art wird Aluminium direkt an der Grenzfläche zwischen dem Grundwerk-stoff und dem Elektrolyten durch die elek-trochemische Reaktion in Aluminiumoxid umgewandelt. Diese Schicht weist eine sehr gute Haftfestigkeit und eine hohe Härte auf, ist allerdings - je nach Herstellungsart und Zusammensetzung der Aluminiumlegierung - mehr oder weniger porös. Im Bereich der Poren wird durch eine nachgelagerte che-mische Reaktion eine Mischung aus Oxid und Hydroxid gebildet, das zu einer gerin-geren Härte und Verschleißbeständigkeit des Gesamtoxids führt. Durch die Technolo-gie des Plasmaoxidierens wird eine Modifi-kation an Oxid erzeugt, das weitaus bessere Eigenschaften in Bezug auf Verschleiß und Härte besitzt.

Das Verfahren der ELB Eloxalwerk Lud-wigsburg Helmut Zerrer GmbH bietet auf Aluminium bis zu hundertfach höheren Verschleißschutz als hartanodisierte Ober-flächen. Darüber hinaus kann es auf einer breiteren Palette von Legierungen appliziert werden. Je nach Grundwerkstoff bietet die Oberfläche bis zu vierfach höhere Härte als Hartanodisierungen.

Die Keramisierung bildet eine homogene Schicht mit definierbarer Schichtstärke, wobei sich die typische Dicke speziell har-ter Keramikschichten im Bereich von 10 µm bis 200 µm bewegt. Die Einsatzmöglichkei-ten lassen sich durch Imprägnierung für ver-schiedene Applikation gezielt weiter opti-mieren. Es stehen hier Materialien wie PTFE oder andere Hochleistungspolymere zur Auswahl, um die Vorteile der einzelnen Sys-teme zu kombinieren.

ELB nutzt ausschließlich Materialien, die weder giftig sind noch die Umwelt belas-ten. Die Prozesse emittieren keine schäd-lichen Stoffe und sind chromfrei, sodass CERANOD®-Keramik ohne Einschränkun-gen als umweltfreundlich bezeichnet wer-den kann.

Eine präzise Anpassung des Verfahrens an eine jeweilige Applikation ermöglicht klar definierte physikalische, mechanische und funktionelle Eigenschaften. Der elektroche-mische Prozess mit hohem Streuvermögen erreicht, im Gegensatz zu Spritzprozessen, auch innere Oberflächen und Hinterschnei-dungen auf höchst komplex geformten Bau-teilen. Vergleichbar dem konventionellen Anodisieren, werden alle Oberflächenberei-che, die der Elektrolyt benetzt, auch durch das Plasmaoxidieren erreicht.

Die Härte der Keramisierung liegt bei Mag-nesium im Bereich bis 1000 HV, bei Alumini-um bei 1300 HVbis 2500 HV. Die Abriebfes-tigkeit ist im Vergleich zur Hartanodisierung entscheidend verbessert und die außer-ordentlich gute Korrosionsbeständigkeit kann in Werten von deutlich über tausend Stunden Salzsprühtest angegeben wer-den. Aluminium mit einer versiegelten CERANOD®-Oberfläche widersteht mehr als 2000 Stunden im Salzsprühtest ohne signi-fikante Korrosionsspuren. Selbst die unver-siegelte Schicht hält auf einigen Legierun-gen mehr als 500 Stunden.

Gegenüber anderen Prozessen, bei denen keramische Schichten aufgetragen werden und nur mechanisch haften, besitzt die Schicht aus dem CERANOD®-Verfahren den Vorteil, dass Atombindungen zum Substrat entstehen, welche die stabilsten Bindungs-formen überhaupt darstellen. Deshalb und aufgrund ihrer Mikroporosität eignet sich Plasmakeramik auch als idealer Haft-grund für eine Reihe von Deckbeschich-tungen, wie zum Beispiel Imprägnierun-gen mit PTFE und anderen Gleitmitteln, Versiegelungen zur Erhöhung der Korrosi-onsresistenz, Adhäsionsklebeverbindun-gen und eine große Bandbreite industri-eller Lackierungen, wie Pulverlack- oder Elektrotauchlackbehandlungen.

Die Hauptanwendungsbereiche für Ke-ramikschichten von ELB sind: Luft- und Raumfahrttechnik, Offshoretechnik, Halb-leiterproduktion, Medizintechnik und Phar-maindustrie, Druck- und Verpackungstech-nik, Robotik und Automation, Faser- und Textilproduktion, Automotive-Bereiche,

Keramisierung von Leichtmetall für extreme OberflächenanforderungenELB – Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH – Oberflächenbehandlung durch Plasmaoxidation

Mikrovernetzte CERANOD®-Nanostruktur-Ober- flächen (AFM- (oben) und REM-Aufnahme) be-finden sich unter den fünf härtesten Materialien der Welt. Diese Hybridoberflächen bieten heute Komponentenschutz in Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Offshoretechnik, Medizintech-nik und vielen anderen Zukunftsbranchen

07 2013 WOMag 37

OBERFLÄCHEN

Öl, Gas und Chemie, Architektur und Ge-bäudetechnik, sowie der Maschinen- und Sondermaschinenbau.

Je nach Auftraggeber sollen die in korro-siv wirkender Umgebung einzusetzenden Produktoberflächen beispielsweise korro-sionsbeständiger als versiegelte Anodi-sierschichten sein, in Reinräumen keinerlei Partikel emittieren, als Isolator eine besse-re elektrische Isolierung als konventionelle Polymerisolatoren aufweisen oder sich ge-genüber metallischen Reibpartnern durch

sehr niedrige Trockenreibwerte auszeich-nen, die sie auch in inerten Atmosphären oder unter Vakuum beibehalten.

Für Thermoschockbeständigkeit wesent-liche Eigenschaften wie Dichte, Wärmeaus-dehnungskoeffizient, E-Modul, Temperatur-leitfähigkeit, Risszähigkeit und Brucharbeit wurden bei ELB bereits in verschiedensten Keramikoberflächensystemen entwickelt. Dies bedeutet, dass der gesamte Alumini-umkörper einen kurzzeitigen Temperatur-schock ohne Beeinträchtigung der Plas-

makeramikschicht überstehen kann. Feuerfeste Bauteile aus Leichtmetallen mit verringerten Wandstärken können Tempera-turen bis 2000 °C standhalten, ohne dass eine Veränderung der Schicht auftritt.

ELB setzt als Entwicklungspartner im Be-reich Medizintechnik auf neuartige Lö-sungsansätze funktionaler Produktober-flächen mit optimierten biokompatiblen Eigenschaften – mit dem Ziel der Nachhal-tigkeit. Physiologische Unbedenklichkeit, wie sie beispielsweise eine FDA-Konformi-tät fordert, gewährleisten bei CERANOD®-Oberflächen entsprechende Zulassungen der Schichtkomponenten.

Innovative Anwendungsfelder in den Hoch-technologiebranchen definieren ständig neue Anforderungen an Bauteil- und Pro-duktoberflächen. Extrem glatte oder raue beziehungsweise haftfähige Oberflächen, hydrophobe oder hydrophile, bakterizide oder biokompatible, möglichst starre oder möglichst flexible Oberflächen. Der Aufga-benkatalog für Oberflächen nach Maß ist nahezu endlos. Die ELB Eloxalwerk Lud-wigsburg Helmut Zerrer GmbH entwickelt hierfür ständig neue Hybridoberflächen in ihrem CERANOD®-Portfolio und wurde be-reits mehrfach als besonders innovatives Mittelstandsunternehmen ausgezeichnet.

ELB – Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH, Neckartalstraße 33, D-71642 Ludwigsburg

➲➲ www.ceranod.de

Bei Hochtönern für Lautsprecher mit beidseitig von einer Keramikschicht umgebener Magnesiummembran sorgt dies für die wichtigen Eigenschaften hoher Steifigkeit und hohem Dämpfungsfaktor bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht. Solche Systeme sind dadurch in der Lage, selbst feinste Nuancen ohne Andeutung von Härte oder Schärfe zu übertragen und durch erstklassige Raumabbildung in der musikalischen Darbietung zu überzeugen. Insbesondere in der automobilen Oberklasse führt dies dank ELB-Techno-logie Car-HiFi zu neuem Hörgenuss

Werden Sie Abonnent und nutzen Sie die Inhalte der Plattform in vollem Umfang!

Fachbeiträge in digitaler Form mit allen Möglichkeiten der modernen Medien!

1 Monat kostenfrei zum Kennenlernen!

Kommen Sie auf unsere Webseite: www.womag-online.de Umfassend und immer auf

dem neuesten Stand!

07 2013WOMag38

OBERFLÄCHEN

Der langjährige Leiter und Organisations-leiter der Ulmer Gespräche Prof. Dr. Wolf-gang Paatsch konnte mehr als 100 Teilneh-mer zu dem 35. Ulmer Gespräch begrüßen. Dabei zeigte er sich erfreut, dass eine große Zahl an Studenten und Schülern aus dem Bereich der Oberflächentechnik aus Aalen und Schwäbisch Gmünd die Möglichkeit zur Weiterbildung nutzte. Das Thema der Veranstaltung wurde in diesem Jahr dar-auf ausgerichtet, dass die Betrachtung der Produktionstechniken auch für die Ober-flächentechnik zunehmend eine wichti-ge Rolle spielt. Dabei kommt zum Tragen, dass der Oberfläche stets eine spezifische Eigen schaft zugeschrieben wird. Die bei-den Einführungsvorträge befassten sich mit den Anforderungen und den Lösungen der Produktionsprozesse.

Technologien für Produktion und Automatisierung

Eckhard Hohwieler hatte die innovativen Technologien für die Fertigung unter Ein-bindung der Informationstechnologie zum Inhalt seines Vortrags gewählt. Vor allem letztere soll nach den Erwartungen der Fachleute einen Megatrend auslösen. Zu solchen Trends werden auch der Klimawan-del oder die Verringerung des Rohstoffver-brauchs gerechnet. Damit ist der Weg zu einer nachhaltigen Industriepolitik als ein Hauptthema der Politik und Wirtschaft vor-gegeben. Bereits in der Umsetzung sind Ma-nagementthemen zum nachhaltigen Um-gang mit Energie, zum Beispiel in Form von Energiezertifikaten, aber auch die Reduzie-rung von Leerlaufzeiten ein interessanter und wichtiger Ansatz. Für den letzten Punkt kommen beispielswiese Methoden zur Ein-führung von energiesparsamen Stand-by-Betriebsmoden in Betracht. Einsparpotenti-ale werden in diesem Zusammenhang auch beim Ersatz von Hydrauliksystemen durch

elektrische Spannvorrichtungen oder die Optimierung von Verfahrenswegen gese-hen. Einsparung wird zudem durch die Op-timierung von Gebäudemanagement bis hin zu organisatorischen Abläufen erzielt.

Stark im Fokus steht im Hinblick auf Effi-zienz die mechanische Bearbeitung durch das Zerspanen, beispielsweise durch Ein-satz neuer Hochleistungsbeschichtungen auf Werkzeugen wie cBN oder intermetal-lische Titanaluminide, die mit Hilfe physi-kalischer Verfahren aufgebracht werden. Keramische Werkzeuge ermöglichen eine deutliche Steigerung der Bearbeitungsge-schwindigkeiten und damit eine drastische Verkürzung der Bearbeitungszeiten im Ver-gleich zu bisher üblichen Hartmetallen. Eine Verbesserung der Bearbeitungsqualität lässt sich durch Kombination von Laser- und EDM-Bearbeitung erzielen. Zugleich werden die Bearbeitungszeiten auf etwa die Hälfte gegenüber der bisher üblichen Einzelbear-beitung verringert. Sehr komplexe Formen können mit der Trockenfunkenerosion her-gestellt werden. Zu den neuen Verfahren ge-hört auch das selektive Laserschmelzen, bei dem sehr kurze Bearbeitungszeiten durch direkte Umsetzung der CAD-Daten für die Werkzeugsteuerung ermöglicht werden. Hergestellte Bauteile zeichnen sich durch die Reduktion der inneren Dichte aus, wo-durch die Massenträgheit um bis zu 30 Pro-zent verringert wird.

Neue Werkstoffe wie Keramiken oder fa-serverstärkte Verbundwerkstoffe erfordern neue Bearbeitungsverfahren. Beide Materi-alien zeichnen sich dadurch aus, dass ein Schneiden im klassischen Sinn nicht mög-lich ist, sondern eher von einem Brechen gesprochen wird. Zudem belasten die Werk-stoffe die Werkzeuge deutlich mehr als die klassischen Materialien. Neu ist der Einsatz von Kohlenstoffdioxid an Stelle von Wasser für das Strahlschneiden.

Neue Wege werden auch beim Einsatz von Robotern gegangen. Roboter erhalten grö-ßere Bewegungsfreiheiten, wodurch sie zu neuen Arbeiten einsetzbar sind.

Zur Unterstützung all dieser Forderungen tragen Informationstechnologien ganz we-sentlich bei, was unter dem Begriff Indust-rie 4.0 verstanden wird. Dazu wird der Ein-satz von Barcode und RFIDs erweitert und schließlich sogar die Werkstücke mit intel-ligenten Kernen ausgestattet, so dass das Werkstück zu jedem Zeitpunkt Information über seine Vergangenheit und Zukunft in-nerhalb der Produktion enthält und mit den Bearbeitungsmaschinen direkt kommuni-ziert. Solche Informationen werden auch den Gedanken des Lifecycles unterstützen.

Zukunft in der Produktionstechnik

Die zukünftigen Rahmenbedingungen und die Entwicklungstendenzen in der Produk-tionstechnik schilderte Prof. Dr. Thomas Bauernhansl, wobei der Fokus auf die vier-te industrielle Revolution gelenkt wird. Ein-führend zeigte der Referent auf, dass die Zahl der Konsumenten in der Weltbevölke-rung stärker steigt als die Zahl der Weltbe-völkerung; dies bedeutet, dass der prozen-tuale Anteil an konsumierenden Menschen mehr zunimmt. So wird die Zahl von 2,4 Mil-liarden in 2010 auf 4,2 Milliarden Menschen in 2025 steigen, was einem Anteilszuwachs von 36 auf 53 Prozent entspricht.

Weniger erfreulich ist die Tatsache, dass der Weltenergieverbrauch bis 2050 dadurch auf das Doppelte steigen wird. Daraus leitet sich die Notwendigkeit zu einer starken Ver-besserung der Effizienz ab, da das Konzept des Verzichts nur in den hoch entwickelten Staaten denkbar ist. Die Wachstumsländer werden dem nicht folgen. Hier kommt der zweite Ansatz zum Tragen, der eben durch Verbesserung der Technologie den selben Effekt erzielen soll.

Produktionsprozesse – Anforderungen und aktuelle EntwicklungenBericht zum Ulmer Gespräch 2013 Teil 1

Seit 35 Jahren ist die Tagung Ulmer Gespräche die Plattform für die Wissenschaft und Technologieentwicklung auf dem Gebiet der Oberflächentechnik. Auf dieser jährlich stattfindenden Veranstaltung diskutieren die Fachleute in der Branche über Entwicklungen und informieren sich bei den Kollegen aus vorgeschalteten Bereichen über deren Neuerungen. Diese wichtigste wissenschaftliche Tagung der Oberflächentechnik befasste sich in diesem Jahr mit verschiedenen Aspekten der Produktion von der Anlagentechnik für galvanische und Plasmaverfahren, mit neuen Materialien und deren neuartigen Funktionen, Simulationen und alternativen Beschich-tungen wie das thermische Spritzen oder Nanomaterialien.

Für Bevölkerungen gilt in der Regel, dass mit steigendem Bruttoinlandsprodukt auch der Energieverbrauch steigt. Deutschland nimmt hier eine Ausnahmeposition ein, da die Energiewende seit etwa 1990 zu einer Abnahme des Energieverbrauchs geführt hat.

Derzeit erreicht die Industrie etwa 30 Pro-zent des gesamten Energieverbrauchs. Dabei schlagen vor allem der schlechte Wirkungsgrad und der hohe Anteil an Pro-zesswärme zu Buche. Verbesserungen sind durch die Reduzierung des Energieeinsat-zes und die Erhöhung der Effizienz zu er-zielen. Um eine wirkliche Verbesserung zu erreichen, muss der notwendige Paradig-menwechsel auf alle Bereiche der Produk-tion (Energie, Material, Personal, Kapital) ausgedehnt werden. Dazu müssen die In-formations- und Kommunikationstechno-logie verbessert und deren intensive An-wendung erweitert werden. Solche Ansätze führen schließlich zur Ultraeffizienzfabrik, die keine Abfälle, keine Emissionen und keine Materialverschwendung erzeugt.

Die Energiewende in der Fabrik wird derzeit in hohem Maße realisiert. So verfügen neue Fabriken in der Regel über große Flächen an Solarzellen und zum Teil auch über Wind-energieanlagen. Darüber hinaus wird die Energie bei neuen Anlagen außerordentlich effizient gehandhabt und Energie in zuneh-mendem Maße gespeichert, beispielswei-se über Superkondensatoren. Nicht nur die Einzelunternehmer auf der Abnehmerseite sind hier aktiv, sondern auch die Energiean-bieter vor allem mit intelligenten Vernetzun-gen (smart grids). Entsprechende Projekte im Bereich der Oberflächentechnik laufen beispielsweise bei Automobilherstellern für das Lackieren, bei dem Energie aus hoch-effizienten Quellen mit effizienten Verfahren zur Verfügung gestellt wird und Abwärme so gut als möglich rückgeführt wird. Daraus ergeben sich dann weitgehend geschlos-sene Kreisläufe. Derzeit wird vor allem von Maschinenbauern an der Umsetzung sol-cher Verfahren gearbeitet.

Im Bereich der Galvanotechnik wurde auf Basis eines derartigen Ansatzes eine ro-botergesteuerte Anlage zum Tampongal-vaniseren entwickelt und in die Praxis umgesetzt. In Form des Schmalband-Um-form-Laserschweißens wurde bei Freuden-berger das Stanzen von Dichtungsringen durch eine vollständig neue Bearbeitungs-variante ersetzt. Weitere Technologien sind das Lackieren ohne Overspray mittels ad-aptiertem Ink-Jet-Verfahren oder definierter

Tröpfchenerzeugung. Aber auch die Opti-mierung der Materialauswahl für die Ferti-gung nach dem Motto das richtige Materi-al an der richtigen Stelle ist eine sinnvolle Lösung. Im Bereich des Fahrzeugbaus wird dabei auch die Laufleistung des Fahrzeugs berücksichtigt. Die Verfahren der Elektro-chemie spielt für das Recycling unter ande-rem von Elektroschrott eine wichtige Rolle, um wertvolle Metalle zurückzugewinnen.

Um alle diese Aufgaben bewältigen zu kön-nen, muss das Problem des Fachkräfte-mangels gelöst werden. Diese Aufgabe gilt im übrigen für alle Regionen der Welt. Hier kommt aber auch die Strategie des Lean Management zum Tragen, wobei zuneh-mend Abläufe automatisiert werden und so die Fehlerquote in der Produktion vermin-dert wird. Hilfe leisten hier Technologien, bei denen Automatisierung mit Robotern und Mensch voneinander lernen und mit-einander arbeiten.

Insgesamt entstehen dabei zwei Herausfor-derungen: Einmal drängt die zunehmende Komplexität zu steigender Dezentralisie-rung und zum zweiten entsteht die Forde-rung, Systeme zu einer Reaktion in Echtzeit zu führen, was derzeit noch nicht möglich ist. Das Ziel ist, dass sich die Produktion zukünftig selbst organisiert, indem alle Ein-zelabläufe miteinander kommunizieren und sich daraus eine optimale Ablauforganisati-on entwickelt. Produktionssysteme werden zu diesem Zweck voneinander entkoppelt werden. Im Projekt Arena 2036 wird dieses Konzept mit Daimler und verschiedenen Zulieferunternehmen in die Realität umge-setzt und zunächst Fahrzeuge in Kleinserie produziert.

Galvanotechnik – Aspekte der Produktion

Konzepte für Galvanikanlagen

Wie Klaus Schmid im Themenblock zu gal-vanotechnischen Produktionen einführend klarstellte, ist bei der galvanischen Abschei-dung die Berücksichtigung des Elektrolyten sowie des elektrischen Feldes zwischen Bauteil und Gegenelektrode die Grundvor-aussetzung. Auf der einen Seite sind für die galvanische Abscheidung die komplexen Verfahrensabläufe bekannt und bewährt. Andererseits ist als nachteiliger Effekt die Bearbeitung von kleinen Losgrößen mit einem hohen Wechsel der Verfahren relativ kostenintensiv.

www.poeton.co.uk

Poeton are surface coating specialists in hard chrome, anodising, electroless nickel, polymers, plasma spraying and metal/polymer composites. We also offer design and R&D support to all major industrial sectors worldwide.

Apticote Coating solutions for wear, corrosion, heat and friction problems worldwide

Coating Technology Worldwide

AS9100, Rev C & ISO 9001-2008

Precision surface engineering excellence since 1898

For more information call (+44) 1452 300 500 or sales@poeton.co.ukPoeton Industries Ltd, Eastern Avenue, Gloucester, GL4 3DN England

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

07 2013WOMag40

OBERFLÄCHEN

In Zeiten von rasanter Computerentwick-lung und Börsenspekulationen erscheint es manchmal geradezu hoffnungslos, inte-ressierte und begabte Jugendliche zu einer Ausbildung oder einem Studium im techni-schen Bereich zu bewegen. Dazu trägt auch bei, dass die Inhalte vieler technischer Be-rufe nicht oder nur sehr spärlich bekannt sind. Auch unsere staatliche Arbeitsvermitt-lungsbehörde kann nur selten eine wirkli-che Aufklärung leisten. Aus diesem Grund wurde auch die Hannover Messe 2013 als Präsentationsforum der verfügbaren tech-nischen Arbeitsgebiete für Jugendliche ge-nutzt. Im Bereich der Oberflächentechnik wurden in diesem Jahr die Ausbildungs-möglichkeiten von der Lehre zum Oberflä-chenbeschichter über den Techniker bis zur akademischen Ausbildung an technischen Hochschulen vorgestellt.

Lehre

Die Ausbildung im Bereich der gewerbli-chen Tätigkeit, die klassische Lehre, führt heute im Bereich der Oberflächentechnik zum Beruf des Oberflächenbeschichters. Hierin sind Tätigkeiten der galvanotechni-schen Oberflächenbehandlung sowie des Feuerverzinkens enthalten. Die Ausbildung erfolgt nach dem dualen System durch die praktische Tätigkeit in einem Betrieb des entsprechenden Technikbereichs und paral-lel dazu in einer Berufsschulausbildung. Die Ausbildung dauerte drei Jahre und endet mit einer Abschlussprüfung. Bei erfolgrei-chem Bestehen ist der Absolvent berech-tigt, den Titel Oberflächenbeschichter zu führen. Derzeit gibt es in Deutschland vier Berufsschulstandorte, die über die erfor-derliche Einrichtung verfügen, um den Aus-zubildenden alle erforderlichen Grundla-gen in Theorie und Praxis näher zu bringen. Die Standorte befinden sich in Nürnberg, Schwäbisch Gmünd, Solingen und Zwickau.

Weiterbildung

Im Bereich der Oberflächentechnik besteht die Möglichkeit, nach einer praktischen Tä-tigkeit von einigen Jahren die Qualifikation zum Meister zu absolvieren. Hintergrund der Meisterqualifikation ist der Gedanke,

selbst als Ausbilder für Oberflächenbe-schichter tätig zu werden oder ein eigenes Unternehmen zu führen. Neben den vertie-fenden fachlichen Qualifikationen im Be-reich der Oberflächenbehandlung werden deshalb auch kaufmännische Inhalte ver-mittelt. Die Ausbildung zum Meister wird in der Regel als nebenberufliche Ausbildung angeboten, das heißt, der Unterricht fin-det an Wochentagen abends, an Samsta-gen und blockweise in Ferienzeiten statt. Neben den bereits genannten Schulen bie-ten auch Einrichtungen wie Berufsschulen oder Innungen (z.B. Pforzheim oder Berlin) solche Weiterbildungsmaßnahmen.

Die nächste Qualifizierungsstufe auf Basis der gewerblichen Befähigung ist die Ausbil-dung zum Techniker. In dem über zwei Jahre dauernden Vollzeitunterricht werden ver-tiefende, theoretische Inhalte sowie prak-tisch anspruchsvollere Aufgaben behan-delt. Die Ausbildung wird ergänzt durch Praktikumsprojekte mit oder auch bei Un-ternehmen in Richtung kleiner Entwick-lungsprojekte oder Untersuchungen zu neuen Anwendungen. Am Abschluss steht eine Technikerarbeit, die in der Regel als Ge-meinschaftsarbeit von mehreren Absolven-ten durchgeführt und zum Abschluss prä-sentiert wird. Die einzelnen Fächer werden in entsprechenden schriftlichen und münd-lichen Prüfungen bewertet.

Studium

Im Bereich des Hochschulstudiums stehen heute die Hochschulen für Technik, hervor-gegangen aus den früheren Fachhochschu-le, neben den Universitäten zur Auswahl. Die wohl älteste Hochschule für Technik mit Schwerpunkt auf der Oberflächentechnik ist die Hochschule Aalen. Oberflächentech-nik war mit das Gründungsfachgebiet vor mehr als 50 Jahren. Zudem wird in diesem Studiengang großes Gewicht auf die Kom-bination aus Werkstoffkunde und Oberflä-chentechnik gelegt. Damit wird hier in be-sonderem Maße berücksichtigt, dass beide Fachgebiete die Grundvoraussetzung dar-stellen, um hochqualitative Produkte herzu-stellen. In Aalen werden im Bereich des Stu-diengangs alle Werkstoffbereiche und alle

Oberflächentechniken behandelt, in weiten Teilen auch in der Praxis vermittelt.

Die Universität Ilmenau ist die derzeit ein-zige Universität mit einem Lehrstuhl in Galvanotechnik. Auch hier besteht die Möglichkeit, neben den verschiedenen Ver-fahren der Oberflächentechnik das Wissen in Werkstoffkunde zu vertiefen. Als weite-re wichtige Universität kann die TU Chem-nitz genannt werden. Sie bietet vertiefende Fachkenntnisse in galvanotechnischen Ver-fahren sowie für thermisches Spritzen. Ganz besonders breit ist hier die Werkstoffverar-beitung, insbesondere für Verbundwerk-stoffe vertreten. Die Plasmatechnologien werden unter anderem in Aachen verstärkt behandelt und sind in Ilmenau mit vertie-fenden Vorlesungsangeboten vertreten.

Berufsaussichten

Die Oberflächentechnik, insbesondere in Verbindung mit der Werkstoffkunde und Werkstoffverarbeitung, ist eine typische Querschnittstechnologie und aus diesem Grund auch in jedem Bereich der Entwick-lung und Produktion zu finden. Dadurch sind Fachleute jeder Qualitätsstufe, vom Oberflächenbeschichter bis zum Akade-miker, in allen Bereichen der Produktion zu finden. Auch hier macht sich in der Pra-xis bemerkbar, dass die Oberfläche eines jeden Produkts entscheidende Aufgaben hat, um die Funktion und das Aussehen des hergestellten Produkts zu erfüllen – auch wenn dies häufig bei Design, Konstruktion und Produktion übersehen wird. Dies führt dazu, dass die Fachleute aller Ausbildungs-stätten nach wie vor zu den gesuchten Spe-zialisten zählen, nicht nur in Deutschland, sondern weltweit.

Ausblick

Diese sehr knappe Beschreibung der Aus- und Weiterbildungsmöglichkeiten sowie der Berufschancen wird in den nächsten Ausgaben der WOMag durch detaillierte Darstellungen der verschiedenen Ausbil-dungsstätten vertieft und soll Jugendlichen die Möglichkeiten der Werkstoffkunde und Oberflächentechnik als Betätigungsfeld für das Berufsleben näherbringen.

Werkstoffbearbeitung – ein Thema mit ZukunftOberflächentechnik und Werkstofftechnik gehören zusammen – das eine kann nur dann zu guten Ergebnissen führen, wenn das andere verstanden wird. Nur wenn es gelingt, diesen Zusammenhang unserer Jugend frühzeitig attraktiv zu vermitteln, sind uns die Fachleute für die Zukunft garantiert.

07 2013 WOMag 41

VERBÄNDE

SONDERTHEMA

Parallele Herausforderungen

Von Dr. Malte-Matthias Zimmer

Wenn neue Regeln eingeführt werden, lohnt es sich immer, ihre Wirkungen in jeder Rich-tung rechtzeitig und möglichst im Vorfeld abzuschätzen. Andernfalls kann es passie-ren, dass die Ergebnisse nicht die sind, die man sich erhofft und die Nebenwirkungen sehr unangenehm werden.

REACh ist eine solche neue Regelung. Ihre Verabschiedung liegt jedoch länger zurück. Daher ist es wichtig, endlich die Auswir-kungen genau zu betrachten und zu hin-terfragen; denn mittlerweile könnten die eigentlichen Zielsetzungen etwas aus dem Gedächtnis geraten sein. Außerdem steht nun der wohl komplexeste Bestandteil – die Autorisierung – vor der breiten Einführung und Umsetzung. Folgt man den eingangs erwähnten Grundsätzen, so ist jetzt die Zeit, besonders genau hinzusehen.

Umso erstaunlicher ist es, dass nur Weni-ge die Vorgehensweisen, Regularien, Gui-des und Systeme hinterfragen. Dabei sind die an der Umsetzung Beteiligten doch zahlreich.

Vom Standpunkt der Behörden aus ist dies verständlich. Selten hatten sie es mit einem Gesetz so bequem: Alle Verantwortung für die Inhalte und Nachweise liegen bei den Betroffenen (Beweislastumkehr!). Die Or-ganisation und die Anforderungen der Um-setzung können von der Behörde nach Be-lieben gestaltet werden (Guides, REACh-IT, submission windows). Die Ergebnisse sind nicht vorhersehbar und von der eigenen Meinungsbildung der eingesetzten Komi-tees abhängig (keinerlei feste Beurteilungs-kriterien). Und sollten die Kosten der Bear-beitung bei der Behörde steigen, darf man

von Gesetzes wegen die Gebühren anpas-sen (REACh Artikel 74(3)).

Bei diesen Vorgaben ist es verständlich, dass die zuständigen Behörden wie etwa die ECHA entspannt anbieten können, ge-meinsam Erfahrungen mit den REACh-Pro-zessen zu erarbeiten. Auf ihrer Seite findet sich kein Risiko!

Erstaunlich ist jedoch die Tatsache, dass sich von Seite der Betroffenen kaum je-mand aufrafft, die Sinnhaftigkeit diverser Vorgehensweisen, Zusatzregeln und Ausle-gungen zu hinterfragen!

Es liegt auf der Hand, dass eine verantwor-tungsvolle Prüfung von neuartigen Regula-rien wie REACh aus mindestens drei Blick-winkeln zu erfolgen hat: inhaltlich, politisch und juristisch.

Inhaltlich ist schon vieles an dieser Stelle dargestellt worden. Von der Auswahl der Stoffe für die Kandidatenliste über die Qua-lität der Anhang XV-Dossiers, den REACh-Review bis hin zur Frage, ob REACh auf die eingeschlagene Weise seine Ziele über-haupt erreichen kann. Letzteres ist ein be-sonders entscheidender Aspekt! Denn auch wenn viele es nicht wahrhaben wollen – REACh hat auch ökonomische Ziele und gerade REACh kann nicht unökonomisch betrachtet werden. Seine Kosten und Auf-wände treffen uns alle – unvermeidbar. Darum ist es wichtig, nur realen Risiken entgegenzutreten. Realismus ist gefragt bei der effizienten Umsetzung der Ziele von REACh.

Politisch ist es wichtig, dass die Entschei-dungsträger über die Art der Wahrung der Werte unserer Gesellschaft (in erster Linie

also gewählte Volksvertreter, denn nur sie haben die Legitimation dazu), korrekt und vollständig informiert werden. Dazu müs-sen die Betroffenen zu Wort kommen kön-nen und gehört werden. Die Betroffenen sollten sich aber auch aktiv zu Wort mel-den! Sie müssen den Volksvertretern mit-teilen, wenn die wohlgemeinten Ansätze zur Aufrechterhaltung unseres Wohlstandes zu scheitern drohen oder zu weit größeren negativen Begleiterscheinungen führen.

Interessanterweise wird diese Diskussion von den wenigsten Interessengemeinschaf-ten der von REACh Betroffenen geführt. REACh selbst und die internen Abläufe wer-den kaum in Zweifel gezogen.

Juristisch ergeben sich viele Fragen, die gerade bei einem so umfangreichen, allum-fassenden Mammutwerk wie REACh nicht vernachlässigt werden dürfen. Wie sorgfäl-tig müssen die Behörden prüfen, zum Bei-spiel die tatsächliche Risikolage? Welche Verantwortung tragen die Behörden? Wie kann Gleichbehandlung ohne feste Ver-gleichskriterien sichergestellt werden? Wie kann sozioökonomischer Nutzen als Recht-fertigung dienen, höhere Risiken zu emp-fehlen? Wie kann Verhältnismäßigkeit ge-wahrt werden? Und wer sichert uns alle bereits im Vorfeld dagegen ab, dass die im-mensen Aufwände zu einem positiven Er-gebnis führen und nicht unnötigerweise aufgewandt werden?

Auch dieser Aspekt wird von den meisten In-teressengemeinschaften nicht betrachtet. Warum eigentlich nicht? Warum wird meist nur versucht, die Anforderungen irgendwie erträglich zu erfüllen?

07 2013WOMag42

VERBÄNDE

Zentralverband Oberflä-chentechnik e. V. (ZVO)

Welt der Oberfläche auf der O&S 2014

Die Welt der Oberfläche ist der ZVO-Ge-meinschaftsstand im Rahmen internati-onaler Industriemessen oder wichtiger Branchen-Fachmessen für Galvano- und Oberflächentechnik. Der nächste Gemein-schaftsstand findet vom 24. bis 26. Juni 2014 im Rahmen der O&S Internationale Fach-messe für Oberflächen & Schichten in Stutt-gart statt. Er wird in Halle 9 plaziert.

Während die veranstaltende Deutsche Messe AG Mitte Juni die Ausschreibungs-unterlagen für die O&S verschickt, wird die ZVO Service GmbH ihre Ausschreibungsbe-dingungen bis Mitte August 2013 veröffent-lichen. Über die Homepage des ZVO kann die derzeitige Planungsskizze eingesehen werden. Unverbindliche Standreservierun-gen werden ab sofort per E-Mail entgegen-genommen: mail@zvo.org

➲➲ www.zvo.org

ZVO intensiviert politische Interessenvertretung

Nachdem sich im vergangenen Jahr die Mit-gliederversammlung des ZVO für eine ver-stärkte Positonierung des Verbandes in Berlin und Brüssel ausgesprochen hat, in-tensiviert der ZVO weiter seine Aktivitäten im politischen Bereich.

So fand am 13. Juni im Jakob-Kaiser-Haus des Deutschen Bundestages eine Früh-stücksveranstaltung mit dem Parlaments-kreis Mittelstand (PKM) der CDU/CSU-Bundestagsfraktion statt. Der PKM gilt

als DER Wirtschaftsflügel der Union und ist Ansprechpartner für sämtliche mittel-standsrelevanten Themen. Es nahmen teil die Abgeordneten Christian Freiherr von Stetten (Vorsitzender des PKM und mittel-standspolitischer Sprecher der Fraktion), Marie-Luise Dött (Umweltpolitische Spre-cherin der Fraktion), Ernst Hinsken (Vor-sitzender des Wirtschaftsausschusses), Dr. Georg Nüßlein (Wirtschafts- und ener-giepolitischer Sprecher der CSU-Landes-gruppe), Jens Koeppen (Mitglied Umwelt-ausschuss) und Dr. Michael Paul (Mitglied Umweltausschuss).

Nach einer kurzen Vorstellung des ZVO durch dessenn Vorsitzenden Walter Ze-schky gingen die Unternehmer und ZVO-Vorstandsmitglieder Dr. Ralph Blittersdorf und Jörg Püttbach auf Mittelstandsthemen ein, die aktuell unter den Nägeln brennen. So kritisierte Dr. Blittersdorf die fehlende Planungssicherheit angesichts der europä-ischen REACH-Verordnung. Wenn Automo-bilhersteller heute Aufträge für Bauteile für die nächsten sieben Jahre vergeben, könne der Beschichter kein Angebot abgeben, da er nicht absehen könne, ob ihm das ent-sprechende Oberflächensystem über den gesamten Produktzyklus noch zur Verfü-gung stehe. Somit bestehe akut die Gefahr der Auslandsverlagerung solcher Bauteile. Jörg Püttbach setzte sich für nachhaltige Än-derungen des Erneuerbare-Energien-Geset-zes (EEG) ein. Es könne nicht sein, dass die EEG-Umlage im kommenden Jahr voraus-sichtlich auf sieben Cent steige, einen Wert, der in anderen Ländern den Strompreis für eine Kilowattstunde darstelle.

Die anschließenden Diskussionen zeugten von hoher Sachkompetenz der Politiker, die die vorgebrachten Probleme nachvollziehen

konnten. Für den Herbst haben sich ZVO und PKM zu weiteren Gesprächen verabre-det. Weitere Positionierungsgespräche mit Vertretern anderer Parteien als auch auf Mi-nisteriumsebene sind für die Zeit nach der Bundestagswahl geplant.

Schon im April fanden zwei ähnlich gela-gerte Gespräche ebenfalls in Berlin bezie-hungsweise im Europäischen Parlament in Brüssel in Kooperation mit dem VECCO e. V. statt.

➲➲ www.zvo.org

Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflä-chentechnik e. V. (DGO)

DGO-Geschaftsführung wieder besetzt

Die Stelle des DGO-Geschäftsführers ist wieder besetzt. Mit Karl-Hermann Klobes hat die DGO eine erfahrene und kompetente Persönlichkeit aus der Branche gewonnen, die der DGO in allen konzeptionellen Be-langen mit großem Sachverstand zur Seite steht. Karl-Hermann Klobes wird die DGO vorübergehend unterstützen. Mit dieser In-terimslösung gewinnt die DGO Zeit, um die eingeleitete, aber längst nicht beendete Neustrukturierung zu überbrücken.

Da die DGO daran interessiert ist, die Posi-tion langfristig zu besetzen, wird nach Ab-schluss der Neustrukturierung eine erneute Ausschreibung der Geschäftsführerposition erfolgen.

➲➲ www.dgo-online.de

Die meisten Interessengemeinschaften oder Konsortien werden von Dritten koordi-niert. Es wird Experten geben. Wenn diese Experten nur die Erfüllung der Anforderun-gen empfehlen und andere politische und juristische Aspekte nicht betrachten, wer-den die Interessen der Betroffenen nur unzureichend berücksichtigt.

Auch wenn die Ziele von REACh unbestreit-bar richtig sind – das darf nicht zur Äch-tung jeglicher Kritik und vor allem Selbst-kritik führen. Wirtschaftlich stehen Europa und Deutschland noch relativ gut dar. Doch ist das kein Garant dafür, dass es so bleibt. Denn folgende Frage hat noch niemand beantwortet: Könnte unsere wirtschaftli-

che Situation und Zukunftsaussicht besser sein, wenn wir manches in der Vergangen-heit rechtzeitig vermieden hätten? REACh und seine Ausführungsorgane müssen hin-terfragt werden und sie müssen vor allem hinterfragt werden dürfen! Inhaltlich, poli-tisch und juristisch!

➲➲ www.eupoc.de

07 2013 WOMag 43

VERBÄNDE

Gesundheit der Bevölkerung nicht gefähr-det und die Umweltbelastungen minimiert werden.

Blatt 2 der Richtlinie VDI 2102 beschreibt dabei den aktuellen Stand der Technik von Kupfer- und Kupferlegierungsschmelzanla-gen sowie der geeigneten Emissionsminde-rungsmaßnahmen. Darüber hinaus gibt sie Anleitungen für Emissionsmessungen und zeigt beispielhaft Möglichkeiten, die Ener-gieeffizienz dieser energieintensiven Pro-zesse zu steigern beziehungsweise anfal-lende Abwärme sinnvoll zu nutzen.

Der Anwendungsbereich umfasst Anlagen, in denen Kupferkathoden, Legierungsmetal-le, Rücklaufmaterialien sowie kupferhaltige Schrotte eingeschmolzen und anschließend zu Formaten weiterverarbeitet werden. Die Richtlinie gilt auch für Anlagen, in denen aus Kupfer- und Kupferlegierungen metal-lische Pigmente hergestellt werden. Sie wendet sich gleichermaßen an Betreiber, Anlagenbauer, Planer sowie Aufsichts- und Überwachungsbehörden.

Herausgeber der Richtlinie VDI 2102 Blatt 2 Emissionsminderung – Kupfer- und Kupfer-legierungsschmelzanlagen ist die Kommis-sion Reinhaltung der Luft im VDI und DIN. Die Richtlinie ersetzt den Entwurf von Au-gust 2011 und ist ab sofort zum Preis von 164,80 Euro in deutsch/englischer Sprache beim Beuth Verlag in Berlin erhältlich. Wei-tere Informationen und Möglichkeiten zur Onlinebestellung sind unter www.vdi.de/richtlinien oder www.beuth.de zu finden.

➲➲ www.vdi.de

Neue Richtlinie VDI 3674 – Abgasreinigung mit Polizeifilter

Ob Öl- oder Kohlekraftwerke, Schiffsdiesel-motoren oder Prozessgas- und Abluftströ-me – Abgase fallen in vielen Bereichen an und müssen fachgerecht von Schadstof-fen gereinigt werden. Wie eine Abgasreini-gung durch Adsorptionsverfahren gesche-hen sollte, beschreibt die neue Richtlinie VDI 3674 der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN (KRdL).

Verein Deutscher Ingenieure e. V. (VDI)

Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 erschienen

In der Verfahrenstechnik ist der Füllstand eine der wichtigsten Messgrößen. Große Anlagen beinhalten einige hundert Füll-stands- und Grenzschichtmessungen. Jede ist individuell auf die jeweilige Messauf-gabe abzustimmen. Zu berücksichtigen sind Einbaubedingungen, Umgebungseinflüsse, Genauigkeitsanforderungen und die Eigen-schaften des Messstoffs.

Das macht die Projektierung von Füllstands-messtechnik aufwändig und schwierig. Ent-sprechendes Wissen ist erforderlich, das die Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 Füllstand-messtechnik nun in aktueller Form zusam-menstellt. Die Richtlinienreihe beschreibt die Füllstandsmessung von Flüssigkeiten und Feststoffen, zum Beispiel bei Schütt-gütern. Blatt 1 beurteilt die prinzipielle Eig-nung der Messverfahren, die Folgeblätter gehen auf die Details ein. Sie geben auch Erläuterungen, Bewertungen und Hinwei-se für die geeignete Anwendung der ver-schiedenen Verfahren. Herausgeber der Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 Füllstand-messtechnik ist die VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA). Die Richtlinie ist in deutsch/englischer Sprache beim Beuth Verlag in Berlin (www.beuth.de) erhältlich.

➲➲ www.vdi.de

Neue Richtlinie VDI 2102 Blatt 2

Die Verfügbarkeit von Rohstoffen, insbe-sondere von metallischen Rohstoffen, ist entscheidend für die Zukunftsfähigkeit der deutschen Industrie. Deshalb ist es wichtig, langfristig den Anteil an Recyclingrohstof-fen zu steigern. Rund ein Drittel der Kupfer-produktion eines der größten Kupferprodu-zenten Deutschlands stammt bereits heute aus Altkupfer und anderen Recyclingroh-stoffen. Die neue Richtlinie VDI 2102 Blatt 2 trägt dazu bei, dass das zunehmende Recy-cling von Kupfer und Kupferlegierungen die

Die Richtlinie VDI 3674 behandelt die Pro-zessgas- und Abgasreinigung durch Ad-sorption, welche ein bedeutsamer Be-standteil der Techniken zur Minderung von gas- und dampfförmigen Emissionen ist. Sie kann sowohl als einzige Reinigungs-stufe als auch in Verbindung mit anderen Techniken angewendet werden. In einzel-nen Fällen hat sie die Funktion eines soge-nannten Polizeifilters und sorgt so für eine funktionierende Abgasreinigung bei einem eventuellen Ausfall von vorgeschalteten Abgasreinigungsstufen.

Bei der Adsorption zur Abgas- und Pro-zessgasreinigung werden unerwünschte Gas- und Dampfmoleküle auf der inneren Oberfläche eines hochporösen Feststoffs angelagert. Dieses Verfahren wird seit einem knappen Jahrhundert großtech-nisch angewandt und ist aus vielen Gasrei-nigungsprozessen nicht mehr wegzuden- ken.

Die Richtlinie behandelt die Reinigung von Prozessgas- und Abluftströmen, die durch gasförmige beziehungsweise dampfförmige luftfremde Stoffe verunreinigt sind. Dabei werden nicht nur organische und anorga-nische Schadstoffe entfernt, sondern auch geruchsintensive Stoffe effektiv beseitigt. VDI 3674 vermittelt zudem einen Überblick über die verfahrenstechnischen Grundla-gen, die Auslegung und die konstruktive Ausführung der Anlagen, die Verfahrens-varianten und deren Betrieb sowie typische Anwendungsbeispiele.

Herausgeber der Richtlinie VDI 3674 Ab-gasreinigung durch Adsorption – Prozess-gas- und Abgasreinigung ist die Kommis-sion Reinhaltung der Luft im VDI und DIN. Die Richtlinie ersetzt den Entwurf von Ja-nuar 2012 und ist ab sofort zum Preis von 155,10 Euro in deutsch/englischer Sprache beim Beuth Verlag in Berlin erhältlich. Wei-tere Informationen hierzu und Möglichkei-ten zur Onlinebestellung sind unter www.vdi.de/richtlinien oder www.beuth.de zu finden.

➲➲ www.vdi.de

07 2013WOMag44

RUBRIKEN

Erster berufsbegleitender Weiterbildungsmaster für die Windenergie

Mit ihrem neuesten Angebot reagiert die Hochschule Bremerhaven gemeinsam mit dem Haus der Technik, Essen, auf eine große Nachfrage aus der Branche. Ab dem Wintersemester 2013/2014 können Inter-essierte dann erstmals berufsbegleitend einen Weiterbildungsstudiengang mit dem Abschluss Master of Science absol-vieren. Windenergie Technik – Projektie-rung – Betrieb heißt der kostenpflichtige Studiengang, der auf zweieinhalb Jahre angelegt ist. Für die Inhalte und den Ab-schluss ist die Hochschule Bremerhaven verantwortlich, Organisation und Bewer-bung übernimmt das Haus der Technik. Bewerbungen sind ab sofort möglich un-ter E-Mail: f.d.erbsloeh@hdt-essen.de

dem kommt es zu den unterschiedlichs-ten Varianten der Hybridisierung zweier Energieträger beziehungsweise Antriebs-motoren im gleichen Fahrzeug

−Diversifizierung der verwendeten Materi-alien: Es werden vermehrt leichtere Ma-terialien genutzt, um eine Gewichts- und Energieeinsparung zu erreichen. Weiter-hin werden verstärkt neue Materialien wie Aluminium, Magnesium oder kohlefaser-verstärkte Kunststoffe kombiniert

−Diversifizierung der Modellpalette: Es werden neue Variationen der Karosserie- typen und neue Klein(st)fahrzeuge ent- wickelt

−Diversifizierung der Wertschöpfung: Die Automobilhersteller sind nicht mehr nur Anbieter von Fahrzeugen, sondern bieten neben ihren Produkten auch multimoda-le Mobilitätsdienstleistungen wie Carsha-ring an, was die Nutzung und Kombina- tion verschiedener Verkehrsmittel fördert.

Nach Feststellung von Dr. Wolfgang Schade, Leiter dieser Studie, ist die deutsche Auto-mobilindustrie heute insgesamt gut aufge-stellt. Sie ist präsent auf global wichtigen Märkten, bedient auf weltweiter Ebene das stark wachsende und profitable Premium-segment und verfügt über das Know-how, sowohl Effizienztechnologien als auch alter-native Antriebsenergien in der angemesse-nen Dynamik voranzutreiben. Risiken liegen unter anderem in der Schwäche der europä-ischen Auslandsmärkte sowie darin, wich-tige Trends zu verpassen. Zu den wichtigs-ten Entwicklungen gehört die zunehmende Verbreitung elektrischer Antriebe und neuer Mobilitätskonzepte.

Auf das Thema elektrische Antriebe fokus-siert ist die zweite Studie Konzepte der Elektromobilität und deren Bedeutung für Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt. Elektromobilität auf der Straße wird in den kommenden zwei Dekaden ein wich-tiger Bestandteil der Mobilitätssysteme in Deutschland und der Welt werden. Diese Entwicklung kann dazu beitragen, die bei-den Jahrhundertprobleme des Verkehrs zu lösen oder zumindest deutlich abzumildern: Treibhausgasemissionen und die Knappheit fossiler Ressourcen, so Dr. Anja Peters, Lei-terin dieser Studie. Zentrale Voraussetzung dafür ist aber, dass der Strom aus erneuer-baren Energiequellen kommt und ein An-stieg des motorisierten Individualverkehrs vermieden wird. Dazu bietet sich die Ver-breitung von Elektrofahrzeugen in multi-modalen Mobilitätsangeboten an. Auf diese Weise kann die Elektromobilität den Trend

zur Kombination unterschiedlicher Ver-kehrsmittel unterstützen.

Die Verbreitung von Elektrofahrzeugen dürf-te zudem vorrangig in gewerblichen Flotten sowie bei Pendlern erfolgen. Beispiele für Maßnahmen, die eine solche Entwicklung unterstützen, sind förderliche Stellplatz-regelungen für Carsharing und Ladeplätze sowie Standards für Lade-, Buchungs- und Abrechnungssysteme. Für gewerbliche Flotten können geeignete Regulierungen effektiv sein, beispielweise Umweltzonen und die Ausdehnung von zeitlichen Liefer-fenstern für innerstädtische Anlieferungen durch Elektrofahrzeuge.

Die Analyse der gesamtwirtschaftlichen Ef-fekte zeigt, dass eine zukünftige Verbrei-tung der Elektromobilität in Deutschland gesamtwirtschaftlich nicht zu Mehrkosten führt, sondern bis 2030 ein leicht positiver Effekt auf das Bruttoinlandsprodukt und die Beschäftigung zu erwarten ist. Die Batterie-zellenproduktion wird derzeit allerdings von asiatischen Industrie- und Schwellenlän-dern dominiert, deutsche Firmen spielen hier international kaum eine Rolle. Um bei zukünftigen Batterietechnologien relevan-te Marktanteile erreichen beziehungsweise Batterien aus deutscher Produktion nutzen zu können, ist es entscheidend, ...

➲➲ www.isi.fraunhofer.de

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

Studien – Zukunft der Auto-mobilindustrie im Fokus

Vor kurzem wurde im Bundestag die Zukunft der Automobilindustrie zusammen mit einer zukünftigen Verbreitung der Elektromobili-tät diskutiert. Dr. Anja Peters, Dr. Wolfgang Schade und Prof. Dr. Martin Wietschel vom Fraunhofer-ISI stellten zwei Studien vor, die im Auftrag des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung erstellt wurden. Unter anderem wurde deut-lich, dass die deutsche Automobilindustrie gut aufgestellt ist, sich aber auf eine starke Diversifizierung auf mehreren Ebenen ein-stellen muss. Weiterhin zeigte sich, dass die Verbreitung von Elektrofahrzeugen öko-logische und ökonomische Vorteile bringen kann – wenn entsprechende Rahmenbedin-gungen dies unterstützen.

Die Studie Zukunft der Automobilindu- strie analysierte die globalen Entwicklun-gen sowie die heutige Aufstellung der deut-schen Automobilindustrie mit ihren Zulie-ferern und ihren Produktionsstandorten im In- und Ausland. Die Ergebnisse zeigen, dass zukünftig eine Diversifizierung auf vier Ebenen zu erwarten ist:

−Diversifizierung der Antriebskonzepte: Strom, Biogas und Wasserstoff ergänzen die fossilen Energieträger zunehmend, zu-

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

HZB stärkt Aktivitäten zur Forschung an solaren Brennstoffen

In seiner Sitzung Anfang Juni hat der Senat der Helmholtz-Gemeinschaft seine Zustimmung gegeben für die Ansiedlung eines neuen Helmholtz-Instituts zur Erfor-schung erneuerbarer Energien in Erlangen und Nürnberg, kurz HI ERN. Das Helm-holtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) ist neben dem Forschungs-zentrum Jülich und der Universität Erlan-gen und Nürnberg einer der Kooperations-partner und wird seine Expertise auf dem Gebiet der Dünnschicht-Photovoltaik in das neue Institut einbringen.

➲➲ http://www.helmholtz-berlin.de

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

WOMag07 2013 45

RUBRIKEN

Neue NormenMessen – Prüfung (Analysen- und Messtechnik)

ISO 23833:2013-04 / Titel (deutsch): Mikrobe-reichsanalyse – Elektronenstrahl-Mikroanalyse (ESMA) – Vokabular / Titel (englisch): Microbeam analysis – Electron probe microanalysis (EPMA) - Vocabulary Dokumentart: Norm, Ausgabedatum: 2013-04, Sprachen: Englisch

DIN EN ISO 4287/A2:2013-04 / Titel (deutsch): Geometrische Produktspezifikation (GPS) – Ober-flächenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren – Benennungen, Definitionen und Kenngrößen der Oberflächenbeschaffenheit – Änderung 2: Kenn-größen Xsm und Xc (ISO 4287:1997/DAM 2:2013); Deutsche Fassung EN ISO 4287:1997/prA2:2013 / Titel (englisch): Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters – Amendment 2: Parameters Xsm and Xc (ISO 4287:1997/DAM 2:2013); German version EN ISO 4287:1997/prA2:2013 Dokumentart: Norm-Entwurf, Ausgabedatum: 2013-04, Erscheinungsdatum: 2013-04-22, Ein-sprüche bis 2013-06-22, Sprachen: Deutsch. Einführungsbeitrag: Das Dokument DAM 2 zur In-ternationalen Norm ISO 4287:1997 ist eine GPS-Norm und als allgemeine GPS-Norm zu betrachten (siehe ISO/TR 14638). Es beeinflusst Kettenglied 2 der Normenkette über Oberflächenbeschaffenheit. Das Dokument DAM 2 zur Internationalen Norm ISO 4287:1997 definiert die Kenngrößen Xsm und Xc zur Beschreibung der Oberflächenbeschaffen-heit mit Tastschnittverfahren. Dieses Dokument (EN ISO 4287:1997/prA2:2013) wurde vom Techni-schen Komitee ISO/TC 213 "Dimensional and geo-metrical product specifications and verification" (Sekretariat: DS, Dänemark) unter Mitwirkung deutscher Fachleute, in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee CEN/TC 290 "Geometrische Produktspezifikationen und -prüfung" erarbeitet. Zuständiges nationales Gremium: Arbeitsaus-schuss NA 152-03-03 AA "Oberflächen" im DIN-Normenausschuss Technische Grundlagen (NATG).

DIN 53240-1:2013-06 / Titel (deutsch): Bestim-mung der Hydroxylzahl – Teil 1: Verfahren ohne Katalysator / Titel (englisch): Determination of hydroxyl value – Part 1: Method without catalyst Dokumentart: Norm, Ausgabedatum: 2013-06, Er-satz für: DIN 53240:1971-12, Sprachen: Deutsch Einführungsbeitrag: Die Norm legt ein Verfahren zum Bestimmen der Hydroxylzahl von Harzen, Ölen, Lösemitteln und anderen technischen orga-nischen Stoffen fest. Das angegebene Verfahren entspricht im Wesentlichen dem im Deutschen Arz-neibuch, 7. Ausgabe 1968, enthaltenen und damit auch dem von der "Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft e. V." unter C V 17 a (1953) veröf-fentlichten Verfahren. Der Anwendungsbereich wurde jedoch auf Stoffe mit sehr niedrigen und sehr hohen Hydroxylzahlen erweitert. Weiterhin wurde das Verfahren so formuliert, dass Abwand-lungen im Interesse einer höheren Genauigkeit (zum Beispiel potentiometrischen Titration) vorge-nommen werden können, ohne damit außerhalb der Norm arbeiten zu müssen. Sollten nach dem

beschriebenen Verfahren in einzelnen Fällen keine übereinstimmenden Ergebnisse erhalten werden, so sind besondere Acetylierungsbedingungen zu vereinbaren und im Prüfbericht anzugeben. Bei Hydroxylzahlen unter 1 muss sehr genau gearbei-tet werden, um die angegebenen Fehlerbereiche einzuhalten, außerdem ist eine Substanzabhän-gigkeit der Fehlerbereiche gegeben. Für diese Norm ist das Gremium NA 002-00-02 AA "Lackroh-stoffe" im DIN zuständig. / Änderungsvermerk: Gegenüber DIN 53240:1971-12 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) zur Norm-Nummer wurde Teil 1 ergänzt, da bereits seit einigen Jahren Teil 2 der Norm "Verfahren mit Katalysator" be-steht; b) der Abschnitt "Kurzbeschreibung" wurde ergänzt; c) in 7.4 wurde die Verweisung auf die bei-spielhaft angegebene Norm aktualisiert; d) in ei-nem Literaturverzeichnis wurden weitere Normen zur Bestimmung der Hydroxylzahl ergänzt; e) die Norm wurde redaktionell überarbeitet.

DIN EN ISO 9934-3:2013-05 / Titel (deutsch): Zer-störungsfreie Prüfung – Magnetpulverprüfung - Teil 3: Geräte (ISO/DIS 9934-3:2013); Deutsche Fassung prEN ISO 9934-3:2013 / Titel (englisch): Non-destructive testing - Magnetic particle tes-ting – Part 3: Equipment (ISO/DIS 9934-3:2013); German version prEN ISO 9934-3:2013 Dokumentart: Norm-Entwurf / Ausgabedatum: 2013-05 / Erscheinungsdatum: 2013-05-27, Spra-chen: Deutsch Einführungsbeitrag: Dieser europäische Norm-Entwurf beschreibt drei Gerätearten für die Mag-netpulverprüfung: tragbare oder mobile Geräte; stationäre Einrichtungen; spezielle Prüfeinrichtun-gen zur kontinuierlichen Bauteilprüfung, bei de-nen die einzelnen Prüfschritte zu einer Prozessli-nie zusammengefasst sind. Er umfasst außerdem Geräte zur Magnetisierung, Entmagnetisierung, Beleuchtung, Messung und Überwachung. Der Norm-Entwurf legt Eigenschaften, die vom Geräte-hersteller anzugeben sind, Mindestanforderungen für die Anwendung und Messmethoden für ver-schiedene Parameter fest. Soweit erforderlich, sind Anforderungen an die Messung und Kalibrie-rung sowie Betriebskontrollen angegeben. Dieses Dokument (prEN ISO 9934-3:2013) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 138 "Zerstörungs-freie Prüfung", dessen Sekretariat vom AFNOR (Frankreich) gehalten wird, in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee ISO/TC 135 "Non-de-structive testing" erarbeitet. Das zuständige deut-sche Gremium ist der Arbeitsausschuss NA 062-08-24 AA "Elektrische und magnetische Prüfverfahren" im Normenausschuss Materialprü-fung (NMP) im DIN. / Änderungsvermerk: Gegen-über DIN EN ISO 9934-3:2002-10 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Dokument inhalt-lich und redaktionell überarbeitet.

DIN 50159-1:2013-06 / Titel (deutsch): Metalli-sche Werkstoffe – Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren - Teil 1: Prüfverfahren / Titel (englisch): Metallic materials – Hardness testing with the UCI method - Part 1: Test method Dokumentart: Norm-Entwurf, Ausgabedatum: 2013-06, Erscheinungsdatum: 2013-06-24, Spra-chen: Deutsch Einführungsbeitrag: Tragbare Härteprüfgeräte er-lauben die Härteprüfungen an Proben, die zu groß oder zu schwer sind, um sie auf ortsfesten Härte-prüfmaschinen zu prüfen. Da die klassischen Här-

teprüfverfahren wie Rockwell, Vickers, Brinell un-ter anderem in tragbaren Geräten nicht oder nur schwer realisierbar sind, haben verschiedene Her-steller in Anlehnung an die klassischen Verfahren neue Prüfverfahren entwickelt, die auch in tragba-ren Geräten verwendbar sind. Jedoch bedeutet die Entwicklung jedes neuen Prüfverfahrens im Prinzip auch die Einführung einer neuen Härteskala. Wenn diese Geräte die gemessenen Härtewerte in den gängigen Skalen wie Rockwell, Vickers oder Brinell angeben sollen, müssen sie an einem Punkt ihrer Messkette eine Umwertung durchführen. Solche Härtewerte sind dann keine wirklichen Rockwell-, Vickers- oder Brinellwerte, weil sie nicht mit den genormten Rockwell-, Vickers- oder Brinell-Verfah-ren bestimmt worden sind. Dieser Teil von DIN 50159 legt das Verfahren für die Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren für metallische Werkstof-fe, insbesondere für feinkörnigen Stahl, Nichtei-senmetalle und Hartmetall fest. Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-01-41 AA "Härteprüfung für Metalle" erarbeitet. / Ände-rungsvermerk: Gegenüber DIN 50159-1:2008-10 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Ergänzung eines Zusammenhangs zwischen Ober-flächenrauheit zur Schleifmittelkörnung für Stähle unter 8.3; b) Ergänzung der Anforderungen zur Durchführung der Prüfung; c) redaktionelle Ände-rungen.

DIN 50159-2:2013-06 / Titel (deutsch): Metalli-sche Werkstoffe – Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren – Teil 2: Prüfung und Kalibrierung der Härteprüfgeräte / Titel (englisch): Metallic mate-rials – Hardness testing with the UCI method – Part 2: Verification and calibration of the testing devices Dokumentart: Norm-Entwurf, Ausgabedatum: 2013-06, Erscheinungsdatum: 2013-06-24, Spra-chen: Deutsch Einführungsbeitrag: Dieser Norm-Entwurf legt das Verfahren für die Kalibrierung von tragbaren Här-teprüfgeräten nach dem UCI-Verfahren nach DIN 50159-1 fest. Dieser Norm-Entwurf legt ein direk-tes und indirektes Prüfverfahren, das für die Er-mittlung aller Abweichungen und der Wieder-holpräzision des Prüfgerätes geeignet ist, fest. Das indirekte Prüfverfahren kann für die regelmä-ßige Routineüberwachung beim Anwender einge-setzt werden. / Änderungsvermerk: Gegenüber DIN 50159-2:2008-10 wurden folgende Änderun-gen vorgenommen: a) Ergänzung der Möglichkeit der Ankopplung von Härtevergleichsplatten, wenn bestimmte Mindestdicken unterschritten werden; b) redaktionelle Änderungen.

Beschichtungen und OberflächenbehandlungenDIN EN 16623:2013-07 / Titel (deutsch): Be-schichtungsstoffe – Reaktive Beschichtungen für den Brandschutz metallischer Substrate – Begrif-fe, Einteilung, Eigenschaften und Bezeichnung; Deutsche Fassung prEN 16623:2013 / Titel (eng-lisch): Paints and varnishes – Reactive coatings for fire protection of metallic substrates – Defini-tions, classification, characteristics and marking; German version prEN 16623:2013 Dokumentart: Norm-Entwurf, Ausgabedatum: 2013-07, Erscheinungsdatum: 2013-07-01, Spra-chen: Deutsch Einführungsbeitrag: Dieser europäische Norm-Entwurf bezieht sich auf reaktive Beschichtungen

WOMag 07 201346

RUBRIKEN

unter den Bedingungen der Endanwendung und behandelt die reaktive Beschichtung allein oder in Verbindung mit Grundierungen und Deckbeschich-tungen und, falls zutreffend, Bewehrungssyste-men. Dieser europäische Norm-Entwurf legt die Leistungskriterien sowie die Verifizierungsverfah-ren zur Untersuchung der verschiedenen Aspekte der Leistungsfähigkeit, die Bewertungskriterien zum Beurteilen der Leistung für den vorgesehenen Verwendungszweck und die vorausgesetzten Be-dingungen für die Planung und Ausführung der re-aktiven Beschichtung im Werk fest. Dieser europä-ische Norm-Entwurf bezieht sich auf reaktive Beschichtungen für den Brandschutz von tragen-den I- und H-Profil-Trägern und -Stützen aus Stahl, einschließlich galvanisiertem Stahl, von Hohlpro-fil-Trägern und Stützen mit kreisförmigem und rechteckigem Querschnitt, von betonverfüllten Hohlprofilen und Trägern mit Stegöffnungen. Die-ser europäische Norm-Entwurf gilt nicht für zugbe-anspruchte Bauteile, Bauteile aus nichtrostendem Stahl und Bauteile, die ausschließlich aus Holz oder Beton bestehen. Dieser europäische Norm-Entwurf ist nicht für die Anwendung in Verbindung mit Brandschutzsystemen für Kohlenwasserstoff-brand-Beanspruchungen vorgesehen. Dieser euro-päische Norm-Entwurf behandelt die Leistungsfä-higkeit der reaktiven Beschichtung im Brandfall und auch ihre Verträglichkeit mit Grundierungen und Deckbeschichtungen sowie ihre Haltbarkeit bei einer Reihe unterschiedlicher Einsatz- und Endanwendungsbedingungen. Insbesondere legt er Verfahren für die Identifizierung, Charakterisie-rung, Ersttypprüfung und Konformität des reakti-ven Beschichtungssystems fest. Der Norm-Entwurf legt allgemeine Verfahren für die Stichprobenprü-fung im Rahmen der kontinuierlichen Produktüber-wachung am Einsatzort fest. Dieser europäische Norm-Entwurf enthält Anforderungen an die Kenn-zeichnung und Etikettierung. Dieser europäische Norm-Entwurf legt nicht die erforderliche Stufe ei-ner bestimmten Eigenschaft fest, die ein Produkt erreichen muss, um seine Gebrauchstauglichkeit für eine bestimmte Anwendung nachzuweisen. Die-ser europäische Norm-Entwurf legt die Strategie für die Anerkennung spezifischer Grundierungen und die Anwendung bestimmter Deckbeschichtun-gen fest, in Verbindung mit denen die reaktive Be-schichtung das CE-Kennzeichen tragen darf. Dieser europäische Norm-Entwurf liefert Leitlinien für die Herstellung, Lagerung, Anwendung, Instandhal-tung und Instandsetzung des reaktiven Beschich-tungssystems sowie die Endkontrolle des Werks.

DIN EN ISO 17463:2013-05 / Titel (deutsch): Be-schichtungsstoffe – Richtlinie zur Bestimmung der antikorrosiven Eigenschaften organischer Be-schichtungen durch beschleunigte zyklische elektrochemische Verfahren (ISO/DIS 17463:2013); Deutsche Fassung prEN ISO 17463:2013 / Titel (englisch): Paints and varni-shes – Guidelines for the determination of anti-corrosive properties of organic coatings by acce-lerated cyclic electrochemical technique (ISO/DIS 17463:2013); German version prEN ISO 17463:2013 Dokumentart: Norm-Entwurf, Ausgabedatum: 2013-05, Erscheinungsdatum: 2013-05-06, Spra-chen: Deutsch Einführungsbeitrag: Der Norm-Entwurf legt legt ein Verfahren zum Bestimmen der Korrosions-schutzeigenschaften organischer Beschichtungen

durch das beschleunigte zyklische elektrochemi-sche Verfahren (ACET) fest. Das Verfahren basiert auf der sogenannten Wechselstrom-/Gleich-strom-/Wechselstrom-Durchführung. Dieses Ver-fahren erlaubt den qualitativen und quantitativen Vergleich der Schutz- und Korrosionsschutzeigen-schaften verschiedener Beschichtungssysteme auf Metall innerhalb kurzer Zeit. Das ACET-Verfah-ren besteht aus der Anwendung zyklischer EIS-Messungen, kathodischer Polarisationen und Po-tenzialrelaxation. Der Abbau des Beschich- tungssystems wird durch die kathodische Polari-sation beschleunigt. EIS und Potenzialrelaxation überwachen die durch die kathodische Polarisati-on hervorgerufene Veränderung des Beschich-tungssystems. Das Verfahren beurteilt die Durch-lässigkeit der Beschichtung und Eigenschaften, die der Haftfestigkeit auf dem Substrat zuge-schrieben werden können. Dieser Norm-Entwurf behandelt: - die Geräteanordnung; - die Ausfüh-rung einer ACET-Prüfung und die Überlegungen, die die Proben und die elektrochemische Zelle, Prüfparameter und die Durchführung betreffen; - die Versuchsergebnisse und die Darstellung der erhaltenen Daten. Einige typische Beispiele sind in einem informativen Anhang aufgeführt. Für diesen Norm-Entwurf ist das Gremium NA 002-00-07 AA "Allgemeine Prüfverfahren für Beschichtungsstof-fe und Beschichtungen" im DIN zuständig.

Luft- und Raumfahrt

DIN EN 2565:2013-05 / Titel (deutsch): Luft- und Raumfahrt – Herstellen von CFK-Prüfplatten; Deutsche und Englische Fassung FprEN 2565:2013 / Titel (englisch): Aerospace series – Preparation of carbon fibre reinforced resin pa-nels for test purposes; German and English versi-on FprEN 2565:2013 Dokumentart: Norm-Entwurf, Ausgabedatum: 2013-05, Erscheinungsdatum: 2013-05-13, Spra-chen: Deutsch, Englisch Einführungsbeitrag: Dieser europäische Norm-Entwurf beschreibt die Vorbereitung von Platten mit jeglicher gewünschter Faserausrichtung aus gleichgerichteten Kohlenstofffasern oder -gewebe mit wärmehärtbaren Harzen. Der Zweck dieses Norm-Entwurfs besteht in der Beschreibung von empfohlenen Prozessen für die Vorbereitung von Platten, aus denen nachfolgend Probekörper ma-schinell hergestellt werden. Auf diese Art und Wei-se hergestellte genormte Probekörper können ent-weder zur Bewertung der Bestandteile, das heißt der Kohlenstofffaserverstärkung, Oberflächen, Harze, Katalysatoren, Härtungsmittel und so wei-ter oder zur Verifizierung der Gesamtqualität der fertigen Erzeugnisse verwendet werden. Das zu-ständige deutsche Normungsgremium ist der Ar-beitsausschuss NA 131-02-01 AA "Faserverstärkte Kunststoffe" im Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL) im DIN.

Korrosion und Korrosionsschutz

DIN EN 16299:2013-06 / Titel (deutsch): Kathodi-scher Korrosionsschutz für erdberührte und ge-gründete Außenflächen von oberirdischen Lager-tanks aus Stahl; Deutsche Fassung EN 16299:2013 / Titel (englisch): Cathodic protection of external surfaces of above ground storage tank bases in contact with soil or foundations; German version EN 16299:2013

Dokumentart: Norm, Ausgabedatum: 2013-06, Sprachen: Deutsch Einführungsbeitrag: In dieser Europäischen Norm werden Grundsätze und Anforderungen an Konzi-pierung, Umsetzung, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung kathodischer Schutzsysteme festgelegt, um Korrosionsangriffe auf die Außenflächen der Böden von Stahltanks für die oberirdische Lage-rung (AST) zu verringern, die mit dem Erdboden, den Bettungen oder Fundamenten in Berührung kommen. Diese Europäische Norm gilt sowohl für neu zu errichtende als auch für bereits bestehen-de Tankanlagen. EN 12954, die die allgemeinen Grundlagen des kathodischen Korrosionsschutzes von Stahl mit Erdkontakt behandelt, und EN 14505, die den kathodischen Korrosionsschutz komplexer Anlagen behandelt, werden in dieser Norm in Bezug genommen. Ausführlichere Anga-ben zu den Messtechniken für den kathodischen Korrosionsschutz, die in EN 13509 gegeben sind, werden ebenfalls in dieser Norm in Bezug genom-men. Die vorliegende Europäische Norm ist nicht auf oberirdische Behälter aus Stahlbeton anwend-bar. Dieses Dokument (FprEN 16299:20112) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 219 "Kathodi-scher Korrosionsschutz", dessen Sekretariat vom BSI (Vereinigtes Königreich) gehalten wird, erar-beitet. Das zuständige deutsche Gremium ist der Arbeitsausschuss NA 062-01-71 AA "Korrosion und Korrosionsschutz" im Normenausschuss Material-prüfung (NMP).

ISO 7539-11:2013-04 / Titel (deutsch): Korrosion der Metalle und Legierungen – Leitfäden für die Prüfung der Resistenz von Metallen und Legie-rungen gegen Wasserstoffversprödung und was-serstoffverursachten Brüchen / Titel (englisch): Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion cracking - Part 11: Guidelines for testing the resis-tance of metals and alloys to hydrogen embrittle-ment and hydrogen-assisted cracking

Dokumentart: Norm, Ausgabedatum: 2013-04, Sprachen: Englisch

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

Normen beziehen Sie

beim Beuth Verlag,

Berlinwww.beuth.de

WOMag07 2013 47

RUBRIKEN

Patente PS – Patent Deutschland EP – Europapatent WP – Weltpatent

Mechanische Metallbearbeitung

Verfahren und Vorrichtung für das Stanzen durch Vibrationseinwirkung

PS 10 2004 038 609.9 – B21D 22/00. AT 09.08.2004; OT 23.02.2006; PT 16.05.2013. Anm.: Grinbaum, Jan, Dipl.-Ing., 4125 Kassel, DE. Erf.: Erfin-der ist Anmelder. Verfahren und Vorrichtung für das Stanzen durch die Vibrationseinwirkung, bei denen die Schwingungen des schwingbar angeordneten Wirkelements von ei-nem in die Vorrichtung integrierten Rotationserreger herrührend sind. Zum universellen Einsatz der Vibra-tion im Verlauf der verschiedensten Arbeitsverfahren der Stanztechnik wird das schwingbare Wirkelement in Axialrichtung zu Schwingungen versetzt, die vom Umsetzen der durch das funktionsgerechte Drehen des Erregerantriebsglieds herrührenden Kräften in diskret der außen angelegten Kraft in Form der Puls-stöße entgegenwirkende Kräfte erregt werden, wo-bei sich die transformierten Kräfte intensivieren las-sen. Dabei sind zwei Ausführungsformen möglich, die sich von einander durch die Drehart des An-triebsglieds des Erregers unterscheiden: Vibrations- oder Rotierungsverfahren.

Verfahren und Biegewerkzeug zum Biegen eines Werkstücks

PS 10 2008 003 067.8 – B21D 5/04. AT 03.01.2008; OT 09.07.2009; PT 29.05.2013. Anm.: EDAG GmbH & Co. KGaA, 36039 Fulda, DE. Erf.: Schwarz, Wil-helm, 36100 Petersberg, DE. Engel, Bernd, Dr.-Ing., 57299 Burbach, DE. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen ei-nes Werkstücks, bei dem das Werkstück mittels ei-ner Halteeinrichtung in einem Halteeingriff gehalten, in einem von der Halteeinrichtung in Längsrichtung vorragenden Biegeabschnitt mittels Reibschluss zwi-schen Biegewangen geklemmt und durch Biegen um-geformt wird, indem die Biegewangen mit dem ge-klemmten Biegeabschnitt relativ zu der Halte- einrichtung mittels einer Rotationsbewegung aus ei-ner ersten Biegewangenposition in eine zweite Bie-gewangenposition bewegt werden, wobei zumindest ein überwiegender Teil der das Biegen bewirkenden Biegekraft mittels einer im Reibschluss wirkenden Reibkraft in den Biegeabschnitt eingeleitet wird.

Bürstmaschine für Metallbänder im Durchlauf

PS 10 2008 057 482.1 – B21B 45/02. AT 14.11.2008; OT 20.05.2010; PT 23.05.2013. Anm.: Kramer, Carl, Prof. Dr.-Ing., 52074 Aachen, DE. Erf.: Erfinder ist Anmelder. Eine Bürstmaschine mit mindestens einer Walzen-bürste zur Oberflächenbehandlung von Metallbän-dern im Durchlauf, wobei jede Walzenbürste das über eine Gegendruckrolle geführte Band im Bereich der Bandumschlingung im Bereich der Gegendruck-rolle bearbeitet, hat ein zumindest teilweise als me-tallischer Hohlkörper, der als Blech-Schweißkonst-ruktion ausgeführt sein kann, gestaltetes Maschi-

nengestell. Durch Ausgießen des bzw. der Hohlkör-per mit einer Vergussmasse, z.B. Mineralguss oder Reaktionsharzbeton, die nach Aushärten eine feste Verbindung mit der Hohlkörperinnenwand eingeht, erhält das Maschinengestell Gestaltfestigkeit, Stei-figkeit und Dämpfungseigenschaften, die den ent-sprechenden Eigenschaften einer Stahlschweißkon-struktion nach dem Stand der Technik weit überlegen sind. Bei Ausführung der Bürstmaschine mit beidsei-tiger Lagerung der Walzenbürsten und Gegendruck-rollen weist die Maschine vorteilhaft eine Verstellung für jede Walzenbürste vertikal zum Bandlauf mit Hilfe von mindestens zwei in Buchsen geführten Säulen auf. Die Buchsen zur Führung der Säulen sind in Be-reichen des Maschinengestells zwischen dessen beidseits des Bandlaufs befindlichen Seitenwänden angeordnet.

Verfahren und Schleifmaschine zum Schleifen von zylindrischen und gekrümmten Konturen

PS 10 2009 038 817.6 – B24B 5/16. AT 25.08.2009; OT 05.05.2011; PT 06.06.2013. Anm.: EMAG Holding GmbH, 73084 Salach, DE. Erf.: Dibner, Benjamin, 89073 Ulm, DE, Schmitz, Roland, 71665 Vaihingen, DE. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schleif-maschine zum Schleifen von Werkstücken, beispiels-weise Kurbelwellen mit unterschiedlichen Radien an Haupt- und Hublagern und mit einer ersten und einer zweiten Schleifscheibe, deren Außenkonturen an die Werkstückkontur angepasst sind, mit zylindrischen Teilflächen und Randbereichen, wobei die Endab-schnitte mit den Randbereichen bearbeitet werden und die Endabschnitte mit den Randbereichen, wo-bei bei der Bearbeitung der zylindrischen Abschnitte die zylindrischen Teilflächen der Schleifscheiben gleichzeitig in Eingriff sind.

Reinigung von Werkzeugen zur Warmumfor-mung von Aluminiumblechen

PS 10 2010 005 869.6 – B24C 3/32. AT 27.01.2010; OT 30.09.2010; PT 27.06.2013. Anm.: GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates De-laware), Detroit, US. Erf.: Carter, Jon T., Farmington, US, Krajewski, Paul E., Troy, US

Verfahren zur Oberflächenverfestigung einer Komponente einer Windturbine

PS 10 2010 006 094.1 – B24C 1/10. AT 28.01.2010; OT 15.09.2011; PT 27.06.2013. Anm.: Siemens Akti-engesellschaft, 80333 München, DE. Erf.: Ventzke, Klaus, 52379 Langerwehe, DE.

Mikrostrukturtechnik

MEMS-Bauelemente und Verfahren zur Herstellung derselben

PS 10 2008 062 499.3 – B81B 7/02. AT 16.12.2008; OT 30.07.2009; PT 16.05.2013. Anm.: Infineon Tech-nologies AG, 85579 Neubiberg, DE. Erf.: Raberg, Wolf-gang, 82054 Sauerlach, DE, Schoen, Florian, 81671 München, DE, Weber, Werner, 80637 München, DE, Winkler, Bernhard, 93049 Regensburg, DE. Es werden Mikroelektromechanisches-System-Bau-elemente (MEMS-Bauelemente) und Verfahren zur Herstellung derselben offenbart. Bei einem Ausfüh-rungsbeispiel umfasst ein MEMS-Bauelement ein erstes halbleitendes Material und zumindest einen in

dem ersten halbleitenden Material angeordneten Graben, wobei der zumindest eine Graben eine Sei-tenwand aufweist. Über einen oberen Abschnitt der Seitenwand des zumindest einen Grabens in dem ersten halbleitenden Material und über einen Ab-schnitt einer oberen Oberfläche des ersten halblei-tenden Materials neben der Seitenwand ist eine Iso-liermaterialschicht angeordnet. Ein zweites halbleitendes Material oder ein leitfähiges Material ist in dem zumindest einen Graben und zumindest über die Isoliermaterialschicht angeordnet, die über den Abschnitt der oberen Oberfläche des ersten halbleitenden Materials neben der Seitenwand ange-ordnet ist.

Eisen- und Nichteisenmetalle

Reparaturverfahren zum Vermeiden einer Rissbildung und einer Verlangsamung des Rissfortschritts in metallischen Flugzeug-strukturen mittels Laserschockstrahlen

WP 50 2009 007 389.5 – C21D 10/00. AT 26.11.2009; OT 27.10.2011; PT 19.06.2013. Anm.: -. Erf.: Ohrloff, Nikolaus, 21614 Buxtehude, DE, Furfari, Domenico, 22589 Hamburg, DE, Dalle Donne, Clau-dio, 81827 München, DE, Steinwandel, Jürgen, 88690 Uhldingen-Mühlhofen, DE

Werkstückträger für die Wärmebehandlung eines ringförmigen metallischen Bauteils eines Schubriemens

EP 60 2005 039 660.8 – C21D 9/40. AT 21.12.2005; OT 09.08.2007; PT 22.05.2013. Anm.: Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE. Erf.: Van Melle, Ferdi-nand Karel François, 5037 DL Tilburg, NL, Van Sti-phout, Nicolaas Henricus Josephus Maria, 5741 DK Beek en Donk, NL, Nelis, Wilhelmus Adrianus Anto-nius, 3036 CH Tilbug, NL.

Beschichten

Verfahren zum Aufbringen einer Widerstands-schicht in Form eines Edelmetall-Dünnfilms auf ein Substrat und Verfahren zur Herstellung eines Temperaturmessfühlers

PS 10 2009 033 930.2 – C25D 5/50. AT 20.07.2009; OT 03.02.2011; PT 18.07.2013. Anm.: Bernitz, Györ-gy, 90441 Nürnberg, DE; Zitzmann, Heinrich, Dr., 91207 Lauf, DE. Erf.: Erfinder ist Anmelder. Bei einem Verfahren zum Aufbringen eines Edelme-tall-Dünnfilms auf ein Substrat wird zunächst eine leitfähige Grundbeschichtung aus einem Edelmetall auf einem Substrat aufgebracht. Diese Grundbe-schichtung wird anschließend auf eine erwünschte Gesamtdicke des Dünnfilms durch galvanisches Ab-scheiden des Edelmetalls auf der Grundbeschich-tung verstärkt. Anschließend erfolgt eine Tempera-turbehandlung des erzeugten Dünnfilms.

Ablagerungsquelle und Vorrichtung zur Ablagerung einer organischen Schicht damit

EP 60 2012 000 055.4 – C23C 14/12. AT 11.01.2012; OT 30.08.2012; PT 29.05.2013. Anm.: Samsung Dis-play Co., Ltd., Yongin-City, KR. Erf.: Kim, Chae-Woong, 446-711 Yongin-City, KR, Lee, Dong-Kyu, 446-711 Yongin-City, KR, Choi, Young-Mook, 446-711 Yongin-City, KR, Kim, Mu-Hyun, 446-711 Yongin-City, KR, Kang, Hee-Cheol, 446-711 Yongin-City, KR

WOMag 07 201348

RUBRIKEN

Verfahren zum elektrochemischen Beschichten und Einbau von Partikeln in die Schicht

PS 10 2009 043 594.8 – C25D 15/00. AT 25.09.2009; OT 31.03.2011; PT 16.05.2013. Anm.: Siemens Aktiengesellschaft, 80333 München, DE. Erf.: Jensen, Jens Dahl, Dr., 14050 Berlin, DE, Lech-ner, Stefan, Leonding, AT, Lekic-Ninic, Marinko, Dipl.-Wirtsch., Linz, AT, Stier, Oliver, Dr., 12163 Berlin, DE, Wieser, Peter, Mag., Linz, AT, Winkler, Gabriele, Chem.-Ing., 13587 Berlin, DE. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, vorzugsweise der Arbeitswalze ei-nes Walzwerkes, wobei das Beschichten elektroche-misch beispielsweise mittels Brush Plating durch ei-nen Überträger erfolgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in die Schicht Partikel eingebaut werden, indem die einzubauenden Partikel mit einem thermischen Spritzverfahren, beispielsweise mit ei-ner Kaltspritzdüse auf die Oberfläche des Werkstü-ckes aufgetragen werden. Hierdurch lässt sich vor-teilhaft die Konzentration der Partikel in der Schicht genau einstellen. Nach dem Aufbringen der Partikel wird wieder elektrochemisch beschichtet, so dass die Partikel in die Schichtmatrix eingebaut werden.

Verfahren zum Beschichten von Substraten auf Magnesiumbasis

PS 10 2010 033 785.4 – C25D 13/00. AT 09.08.2010; OT 25.08.2011; PT 04.07.2013. Anm.: GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware), Detroit, US. Erf.: Song, Guang-ling, Troy, US.

Verfahren zur Erzeugung einer schwarzen oxidkeramischen Oberflächenschicht auf einem Bauteil aus einer Leichtmetalllegierung

PS 10 2011 055 644.3 – C25D 11/10. AT 23.11.2011; OT 23.05.2013; PT 29.05.2013. Anm.: Verein zur För-derung von Innovationen durch Forschung, Entwick-lung und Technologietransfer e.V. (Verein INNOVENT e.V.), 07745 Jena, DE. Erf.: Schmidt, Jürgen, 07745 Jena, DE, Henning, Angelika, 07751 Zöllnitz, DE, Ru-dolf, Jenny, 07749 Jena, DE.

Hochdruck Elektrolyse-Vorrichtung

GM 20 2012 104 728.4 – C25B 1/04. AT 06.12.2012; ET 26.03.2013; PT 16.05.2013. Anm.: Ritzberger, Siegfried, 63073 Offenbach, DE.

Verfahren zum Metallisieren von an der Oberfläche mindestens zwei verschiedene Kunststoffe aufweisenden Gegenständen

EP 50 2010 003 302.5 – C23C 18/16. AT 12.02.2010; OT 22.09.2011; PT 15.05.2013. Anm.: Atotech Deutschland GmbH, 10553 Berlin, DE. Erf.: Ewald, Heinz, 41352 Korschenbroich, DE, Pereira, Arnaldo, 12203 Berlin, DE.

Gleitelement

WP 50 2010 003 560.5 – C23C 14/06. AT 24.02.2010; OT 10.05.2012; PT 05.06.2013. Anm.: Federal-Mogul Burscheid GmbH, 51399 Burscheid, DE. Erf.: Kennedy, Marcus, 40479 Düsseldorf, DE, Hoppe, Steffen, 51491 Overath, DE, Fischer, Man-fred, 42799 Leichlingen, DE.

Gleitelement

WP 50 2010 003 576.1 – C23C 14/06. AT 19.05.2010; OT 10.05.2012; PT 05.06.2013. Anm.:

Federal-Mogul Burscheid GmbH, 51399 Burscheid, DE. Erf.: Fischer, Manfred, 42799 Leichlingen, DE, Hoppe, Steffen, 51491 Overath, DE, Kennedy, Mar-cus, 40479 Düsseldorf, DE.

Verschleißfester Überzug zum Schutz einer Oberfläche, Verfahren zum Schützen einer Oberfläche und beschichteter Kolbenring

PS 102 00 508.7 – C23C 4/06. AT 09.01.2002; OT 11.07.2002; PT 13.06.2013. Anm.: Mahle Internatio-nal GmbH, 70376 Stuttgart, DE. Erf.: Stong, Thomas C., Kent City, US, Einberger, Peter J., Muskegon, US, Smith, Thomas J., Muskegon, US. Es wird ein verschleißfester Überzug zum Schutz von Oberflächen angegeben, welche Gleitkontaktverhält-nissen ausgesetzt sind. Der verschleißfeste Überzug wird durch Aufbringen mittels hoher Geschwindig-keit von Sauerstoff-Brennstoff (HVOF) eines pulver-förmigen Gemisches der Überzugskomponenten auf-gebracht. Das pulverförmige Gemisch umfasst eine Nickel-Chrom-Legierung, Chromcarbid und Molyb-dän. Der angegebene Überzug kann als eine Lager-fläche an Kolbenringen, Zylinderlaufbüchsen und an-deren Komponenten einer Arbeitszylinderanordnung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.

Verfahren zum Abscheiden dielektrischer Schichten im Vakuum sowie Verwendung des Verfahrens

EP 50 2011 000 910.0 – C23C 14/00. AT 16.11.2011; OT 09.08.2012; PT 19.06.2013. Anm.: -. Erf.: Bartzsch, Hagen, 01309 Dresden, DE, Frach, Peter, 01454 Radeberg, DE, Pötschick, Pierre, 01326 Dres-den, DE, Fahland, Matthias, 01257 Dresden, DE, Gottfried, Christian, 01219 Dresden, DE.

Vorbehandlung für Aluminium und Aluminiumlegierungen

WP 60 2004 042 102.2 – C23C 22/05. AT 21.01.2004; OT 24.11.2005; PT 15.05.2013. Anm.: The United States of America as represented by The Secretary of The Navy, Patuxent River, US. Erf.: Ni-ckerson, William, C., Jr., Hughesville, MD 20637, US, Matzdorf, Craig, A., California, MD 20619, US.

Beschichteter Silikon-enthaltender Werkstoff zum Schützen vor Umweltkorrosion

EP 60 2006 036 382.6 – C23C 28//04. AT 16.06.2006; OT 05.04.2007; PT 22.05.2013. Anm.: General Electric Co., Schenectady, US. Erf.: Hazel, Brian Thomas, West Chester Ohio 45069, US.

Zusammensetzung und Verfahren für ein Wärmebeschichtungssystem

EP 60 2010 007 867.1 – C23C 4/12. AT 06.09.2010; OT 05.05.2011; PT 19.06.2013. Anm.: General Elec-tric Company, Schenectady, US. Erf.: Murphy, Jane Ann, Cincinnati, OH 45215, US, Skoog, Andrew Jay, Cincinnati, OH 45215, US.

Gefestigte Rasierklinge

WP 60 2010 007 960.0 – C23C 8/38. AT 20.05.2010; OT 16.05.2012; PT 19.06.2013. Anm.: The Gillette Co., Boston, US. Erf.: Marchev, Krassimir, Grigorov, Sudbury 01776, US, Madeira, John, Assonet MA 02702, US.

Schnittplatte und Herstellungsverfahren dafür

EP 60 2011 001 757.8 – C23C 14/06. AT 29.06.2011; OT 16.02.2012; PT 29.05.2013. Anm.: Kabushiki Kai-sha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe-shi, JP. Erf.: Yamamoto, Kenji, Kobe-shi Hyogo 651-2271, JP, Yoshida, Junji, Imizu-shi Toyama 934-8502, JP, Haya-shida, Yasuhiro, Kobe-shi Hyogo 651-2271, JP.

Verfahren zur Entfernung von Silber von einer Leiterplatte

WP 603 44 109.2 – C23F 1/40. AT 18.02.2003; OT 27.01.2005; PT 22.05.2013. Anm.: MacDermid, Inc., Waterbury, US. Erf.: Letize, Raymond, A., West Ha-ven, CT 06516, US, Larson, Brian, Cheshire, CT 06410, US, Kologe, Donna, M., Thomaston, CT 06787, US

Verfahren zur Herstellung von beschichtetem Metalldraht

WP 603 44 188.2 – C23C 14/56. AT 22.12.2003; OT 27.10.2005; PT 29.05.2013. Anm.: Pirelli Tyre S.p.A., Milano, IT. Erf.: Cavallotti, Pietro, Luigi, I-20131 Mila-no, IT, Nobili, Luca, I-20100 Milano, IT, Agresti, Simo-ne, I-50047 Prato, IT, Pavan, Federico, I-50136 Firen-ze, IT.

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

Kompetente

WOTech GbRwww.wotech-technical-media.de

Patent- recherchen:

07 2013 WOMag 49

BERUF + KARRIERE

AHC Oberflächentechnik GmbH 33

Balzer AG 7

Chrom Schmitt GmbH 1

Gross Wassertechnik GmbH 29

NMI Reutlingen U2

Poeton Industries Ltd. 39

Franz Rieger Metallveredlung 11

Ruhl & Co. GmbH 25

Ventaix GmbH 27

Winter Metalle GmbH 22

Zerrer GmbH U4

INSERENTENVERZEICHNIS

Härte

Untere Härte versteht man den mechani-schen Widerstand, den ein Werkstoff dem Eindringen eines anderen, härteren Stof-fes (genormter Prüfkörper) entgegensetzt. Härte ist auch ein Maß für das Verschleiß-verhalten von Materialien. Harte Werkstof-fe zerkratzen weniger, gehärtete Zahnräder oder Wellen nutzen sich beispielsweise we-niger ab. Bei der Auswahl von Werkzeug-schneiden (z. B. Drehmeißel, Bohrer, Frä-ser) spielt die Härte eine große Rolle. Harte Schneidkeile bleiben länger scharf, brechen aber dafür schneller ab. In der Werkstoff-kunde, speziell bei den Metallen, werden vor allem Prüfverfahren eingesetzt, welche die Eindringhärte messen. Dabei werden genormte Prüfkörper unter festgelegten Be-dingungen in das Werkstück gedrückt. Man unterscheidet statische und dynamische Härteprüfverfahren. Die dynamischen Prüf-verfahren bringen die Belastung des zu prü-fenden Teiles schlagartig auf. Bei statischen Verfahren ist die Belastung gleich bleibend oder allmählich zunehmend.

Als Kenngröße der Härte ist das Verhältnis von der Prüfkraft zur Oberfläche des Ein-drucks (z. B. nach Brinell und Vickers) fest-gelegt. Bei der Messung nach Rockwell ist eine umgerechnete Eindringtiefe die Kenn-größe der Härte (Tab. 6).

Ein weiteres Härteprüfverfahren ist die Här-temessung nach Martens. Das Verfahren ist in der DIN EN ISO 14577 (Metallische Werkstoffe – Instrumentierte Eindringprü-fung zur Bestimmung der Härte und an-derer Werkstoffparameter) genormt. Hier wird während der Belastungs- und Entlas-tungsphase kontinuierlich die Kraft und die Eindringtiefe gemessen. Die Martenshärte

Fachwissen aus Werkstoffkunde und Oberflächentechnik – für alle, die ihr Wissen auffrischen wollen oder neues Wissen erwerben, für Fachfremde, Auszubildende oder Praktiker. Als Abonnent der womag-online haben Sie rund um die Uhr über die Homepage Zugriff auf die gesamten Fachtexte in voller Länge. Der Stoff wird laufend erweitert und ist auf der Homepage ohne Einschränkung verfügbar!

Kleine Werkstoffkunde – Werkstoffe als Basis für Bauteile – Werkstoffeigenschaften

(HM) wird definiert als das Verhältnis der Maximalkraft zur dazugehörigen Kontakt-fläche und in der Einheit N/mm2 angege-ben. Dieses Verfahren erlaubt auch Schlüs-se auf weitere Werkstoffparameter wie zum Beispiel den Eindringmodul, das Eindring-kriechen sowie plastische und elastische Verformungsarbeiten.

Die Härtebestimmung bei hochelastischen Werkstoffen wie beispielsweise den Elas-tomeren oder anderen Kunststoffen er-folgt nach Shore und ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt. Der Prüfkörper besteht aus einem federbelaste-

ten Stift aus gehärtetem Stahl, dessen Ein-dringtiefe ein Maß für die Shore-Härte ist, die auf einer Skala von 0 Shore (2,5 mm Ein-dringtiefe) bis 100 Shore (0 mm Eindringtie-fe) gemessen wird. Eine hohe Zahl bedeutet eine große Härte. Die Härte des Elastomers wird durch den Vernetzungsgrad (schwach vernetzt = Weichgummi, stark vernetzt = Hartgummi) und den Gehalt an Füllstoffen bestimmt.

Lesen Sie weiter als Abonnent unter:www.womag-online.de

Tab. 6: Vergleich der wichtigsten Härteprüfverfahren

Brinellhärte HB Vickershärte HV Rockwellhärte HR

Prüfnorm DIN EN ISO 6506-1 DIN EN ISO 6507-1 DIN EN ISO 6508-1

Bilder

Prüfkörper Hartmetallkugel

Kugeldurchmesser: 10 mm, 5 mm, 2,5 mm, 2 mm und 1 mm

Diamantpyramide

Öffnungswinkel von 136°

Diamantkegel oder Hartmetallkugeln

Spitzenwinkel von 120°

Messung Kreisdurchmesser: Mit-telwert zweier rechtwink-lig zueinander liegenden Durchmesser d

1 und d

2

über die Diagonalen des Quadrats wird die Ein-dringoberfläche bestimmt

Eindringtiefe eines Prüf-körpers bei Anliegen einer bestimmten Vor- und Prüfkraft

Anwendung weiche und mittelhar-te Metalle, inhomogene Werkstoffe (Grauguss)

homogene, dünnwan-dige oder gehärtete Werkstoffe

gehärtete Werkstoffe, ungeeignet für Prüflinge, die im Prüfgerät elastisch nachgeben, z. B. Rohre