ERBE: Energieeffiziente und ressourcenschonende Beschichtung von tribologisch beanspruchten Oberflächen durch Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen
Wie eine energieeffiziente Prozesskette inklusive Werkstoffentwicklung zum Herstellen von bleifreien Gleitlagerschichten ermöglicht werden kann, erforscht das vom BMBF geförderten Projekt ERBE.
Die Kolbentrommel ist eine Hochleistungskomponente von Hochdruck-Axialkolbenpumpen. Diese werden in der Industrie eingesetzt um mechanische Energie in hydraulische umzuwandeln, wie beispielsweise beim Bau von Windkraftanlagen oder bei der Herstellung spezieller Baumaschinen. Die Kolbentrommeln müssen eine lange Lebensdauer von mehreren 1000 Stunden erreichen und sind dabei einer hohen Reibung ausgesetzt.
Die Hochdruck-Einheiten bestehen aus einem Stahlkörper mit einer Gleitschicht aus Bleibronze.
Diese Bronzen sind eine bewährte Kombination von Feststoffpartikeln aus Blei und den mechanischen Eigenschaften einer Kupferlegierung. Sie eignen sich daher besonders als Gleitwerkstoff. Nach einer energieintensiven Wärmebehandlung des Bauteils wird eine Bleibronzelegierung auf die Kolbentrommel aufgeschmolzen. Diese dient als reibungsreduzierende Verschleißschutzschicht.
Das schmelztechnische Verfahren ist jedoch besonders energieintensiv und erfordert, dass für die Herstellung eines Kolbentrommelrohlings mehr Material verwendet werden muss, als eigentlich benötigt. Ein erheblicher Teil des eingesetzten Rohmaterials geht durch Verzundern (ein Abbrand bzw. Verbrauch oder Verlust des Materials) und Abtragen verloren.
Steigerung der Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Klimaschutz
ERBE hat das Ziel, eine alternative effizientere Prozesskette zur Beschichtung von Kolbentrommeln zu entwickeln. Das untersuchte Verfahren „Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen – (EHLA)" erlaubt die leistungsoptimierte Beschichtung von Kolbentrommeln bei geringer Wärmeeinwirkung.
Dadurch werden Energie und Rohmaterialien eingespart. Zudem erhöht dieses Verfahren die Prozessgeschwindigkeiten im Vergleich zu bestehenden Verfahren (Spitz- oder Galvanikprozesse) und erlaubt den Auftrag unkonventioneller Materialkombinationen– dazu zählen beispielsweise Beschichtungen die Aluminium, Kupfer und Grauguss beinhalten. Das vergrößert die Auswahl an alternativen und klimafreundlicheren Schichtwerkstoffen.
Der Lehrstuhl Digital Additive Production der RWTH Aachen entwickelt beispielsweise mittels EHLA eine Innenbeschichtung für eine Pipelineinfrastruktur zur Beförderung von 100% Wasserstoff. Die Herstellung von dichten und metallurgisch verbundenen Beschichtungen wird durch das Verfahren möglich und macht es damit zur idealen Technologie für die Herstellung gasdichter Beschichtungen.
Im Rahmen des Projektes ERBE soll weiterhin ein neuer, bleifreier Hochleistungsgleitwerkstoff entwickelt werden, der die aktuell technisch alternativlosen Bleibronzelegierungen ersetzt und ebenfalls einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leistet.
Am Ende der Projektlaufzeit wird ein laserbasierter Beschichtungsprozess mit einem schadstofffreien Schichtmaterial vorliegen. Die Ergebnisse werden dazu verwendet, ein vollständiges Konzept der Prozesskette für die Herstellung von Kolbentrommeln zu entwickeln. Das Projekt wird mit etwa 740.000 Euro vom BMBF gefördert.
Projektleitung:
Stefanie Linnenbrink
Fraunhofer Institut für Lasertechnik
Steinbachstraße 15, 52074 Aachen
Tel.: 0241 8906 575
E-Mail: stefanie.linnenbrink@ilt.fraunhofer.de
Projektpartner:
ADMOS Gleitlager GmbH, Berlin
Rosswag GmbH, Pfinztal
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