Hydraulik-Kolbenstangen effizienter beschichten

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In enger Zusammenarbeit mit Bosch Rexroth entwickelte das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden einen Prozess für effizientes Hochleistungs-Laser-Pulver-Auftragschweißen. Im niederländischen Boxtel wurde eine Anlage für das Beschichten großer Hydraulik-Kolbenstangen bis zu 19 Metern Länge und 600 Millimeter Durchmesser umgerüstet. Laut Fraunhofer IWS steigere das neue Verfahren die Produktivität der Anlage um ein Vielfaches, indem es Auftragsraten von bis zu 15 Kilogramm pro Stunde ermöglicht. Die Systemtechnik der Anlage optimierten die Forscher für Laserleistungen von bis zu 20 Kilowatt und bereiteten sie außerdem für Industrie-4.0-Anwendungen vor. Ideen für potenzielle weitere Entwicklungen sollen in den kommenden Monaten gemeinsam erarbeiten werden. Geplant sind der Aufbau von geschlossenen digitalen Regelkreisen, Simulation der Prozessführung sowie die Anbindung von selbstüberwachenden Komponenten zur automatischen Fehlerüberwachung und -minimierung zum Zwecke der Qualitätssicherung.

Metallurgisch haftsichere Verbindungen

Im Vergleich zur früheren Konfiguration sollen sich mit dem neuen Verfahren wesentlich höhere Pulvermengen in deutlich kürzerer Zeit verarbeiten lassen. Ziel der Entwicklung war es, Schweißgut so aufzuschmelzen, dass eine Beschichtung entsteht, die Verschleiß und Korrosion verringert. Während sich bei dem alternativen Verfahren des thermischen Spritzens lediglich eine metallische Verklammerung zwischen dem aufgebrachten Pulver und dem zu beschichtenden Grundwerkstoff ergibt, entsteht hier eine metallurgische Schweißverbindung auf der Oberfläche der Kolbenstange bei gleichzeitig geringer Eisen-Aufmischung von niedriglegiertem Grundwerkstoff in die Deckschicht. Im Unterschied zum Plasma-Pulver-Auftragschweißen lasse sich beim Laser-Pulver-Auftragschweißen Aufmischungsgrade von unter drei Prozent bereits bei einlagiger Beschichtung erzielen.

Für die Bearbeitung werden die zu beschichtenden Hydraulikstangen in der Anlage eingespannt und gedreht, während ein Laser mit gleichmäßigem Vorschub entlang der zu bearbeitenden Stange geführt wird. Auf diese Weise entsteht eine spiralförmige Beschichtungsraupe mit geringer Porosität und gleichmäßiger Schichthöhe. Die Laserleistung soll das Schweißverfahren nicht nur erheblich beschleunigen, sondern gleichzeitig weniger Wärme ins Basisbauteil einbringen. So bleibe das Basismaterial hinsichtlich Struktur und Form intakt. Je nach Einsatzzweck und -bedingungen lassen sich verschiedene Arten von Pulverwerkstoffen mit speziell angepassten Eigenschaften wie Verschleißbeständigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit oder spezifischen Reibeigenschaften auftragen. Zusätzlich rüstete das Fraunhofer IWS die Anlage bei Bosch Rexrodt mit einem speziell entwickelten, induktiven Erwärmungsprozess aus. Dies ermöglicht eine gezielte Prozesswärmeführung, wodurch auch risskritische und schwer schweißbare Beschichtungen fehlerfrei aufgeschweißt werden können.