So leicht wie Kunststoff, so stabil wie Metall

Spitzentechnologiecluster eniPROD der TU Chemnitz präsentiert ein Verfahren zum Beschichten von Kunststoffen

08.04.2013 - Deutschland

Strukturleichtbau in Kombination mit hybriden Materialverbunden aus Kunststoffen und Metallen sind die Grundvoraussetzungen für Energieeinspaarungen in Industrie und Technik. Ein Verfahren, mit dem die Herstellung energieeffizienter Bauteile möglich wird, ist das thermische Spritzen.

"Die Basis unserer Forschungsarbeiten bildet das genormte Drahtlichtbogenspritzen nach DIN EN 657. Dieses Verfahren haben wir mit einer speziellen Pulsmodulation für die zum Zerstäuben aufgeschmolzenen Zusatzwerkstoffe ausgestattet. Es trägt den Namen `PulsedPlasmaArc´", fasst eniPROD-Mitarbeiter Gerd Paczkowski zusammen. Allgemein versteht man unter thermischem Spritzen Verfahren, die Materialien in Pulver- oder Drahtform unter dem Einfluss von hochkinetischen Gasströmungen verarbeiten können. Der wesentliche Unterschied der einzelnen Technologien besteht in der Bereitstellung der für den Beschichtungsprozess benötigten Energie - entweder in Plasma- oder in Flammenform. Allen Verfahren gemein ist das Prinzip der Erzeugung schneller, heißer oder kalter Gase, die infolge einer Impulsübertragung den aufgebrachten Werkstoff beschleunigen und durch Wärmeübertragung die Materialfraktionen ganz oder teilweise aufschmelzen. Die Innovation der Chemnitzer Verfahrensvariante des Drahtlichtbogenspritzens liegt in einer sinusähnlichen Beaufschlagung der Gasphase. Mit Geschwindigkeiten von mehr als 450 Metern pro Sekunde zerstäubt das Gas den aufgeschmolzenen Werkstoff schlagartig. "Das Besondere dabei ist, dass wir so eine Reduzierung der störenden Nachlaufgebiete, also der Wirbelgebiete, hinter den Drähten erreichen", sagt Paczkowski und ergänzt: "Die so erzeugten Schichten setzen einen neuen Qualitätsmaßstab. Sie zeichnen sich aus durch ihre hohe Dichte, niedrige Oxidation und materialschonende Verarbeitung des Beschichtungswerkstoffes. Außerdem wird teures und energieintensives Zerstäubergas eingespart."

Die Wissenschaftler haben einen Demonstrator entwickelt: eine hybride Kugelgewindespindel. Sie besteht im Kern aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, auf den mehrere Lagen Metall aufgespritzt sind. "Dieses Konzept ist auf dem Gebiet der Wälzschraubtriebe einzigartig. Es kombiniert die Vorteile hochsteifer Strukturen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit den Eigenschaften tribologisch beständiger thermischer Spritzschichten im Zentimetermaßstab", fasst Paczkowski zusammen. Das Ziel des Messebesuchs bestehe in der Etablierung dieser Technologie in neuen Märkten und Anwendungsfeldern mit dem Fokus auf energieeffizienter und ressourcenschonender Produktion.

Im Spitzentechnologiecluster "Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik" eniPROD forschen Wissenschaftler der TU Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU an ganzheitlichen Lösungsansätzen für eine 30-prozentige Reduzierung des Energieverbrauches in der Produktion. Die Forschungsaufgaben reichen von der ressourcenschonenden Produktentwicklung über innovative Produktionssysteme, die Verkürzung von Prozessketten und neue Werkstoffe bis hin zur energiesparenden Logistik und Fabrikplanung.

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