BECHEM, cleanLASER, Evonik und Fraunhofer ILT entwickeln neues Verfahren für tribologische Beschichtungen
Neues Beschichtungsverfahren reduziert den Energieverbrauch um bis zu 90 Prozent
- Förderung der Landesregierung Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union
- Partnernetzwerk stärkt den Innovationsstandort NRW
- Neues Beschichtungsverfahren reduziert den Energieverbrauch um bis zu 90 Prozent
- Förderung der Landesregierung Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union
Nordrhein-Westfalen. Ein industrielles Partnernetzwerk aus Nordrhein-Westfalen hat ein neues effizientes Verfahren für tribologische Beschichtungen entwickelt. Das laserbasierte Beschichtungsverfahren senkt den Energieverbrauch gegenüber konventionellen Ofenprozessen um bis zu 90 Prozent. Es beweist zudem eine nachhaltige Reduktion des Materialverlustes bei der Schichtapplikation sowie den Verzicht auf chemische Reinigungsmittel und Strahlmedien. Das neue Verfahren resultiert aus der Zusammenarbeit der Unternehmen BECHEM, cleanLASER, Evonik und Fraunhofer ILT im Abschluss des von der Landesregierung Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekts „ENLAPRO“.
Das übergeordnete Ziel des von Evonik konsortial geführten Projekts bestand in der Ausarbeitung eines energieeffizienten, laserbasierten Produktionsverfahrens für PEEK-basierte (Polyetheretherketon) tribologische Beschichtungen. Damit können metallische Komponenten beschichtet werden, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind - etwa Kolben oder Lagerschalen in Verbrennungsmotoren oder Metallbauteile in Klimakompressoren.
Neues Beschichtungsverfahren verbraucht weniger Energie
Der zentrale Innovationsgehalt des neuen Verfahrens besteht in der signifikanten Verbesserung der Energieeffizienz, da lediglich das Beschichtungsmaterial und eine dünne Randschicht des Bauteils mittels Laserstrahlung erwärmt werden. Erste Berechnungen zeigen einen um bis zu 90 Prozent reduzierten Energieverbrauch gegenüber Ofenprozessen - je nach Größe des Bauteils und der Beschichtungsfläche. Mit dem neuen Beschichtungsverfahren kann außerdem der Materialverlust bei der Schichtapplikation nachhaltig reduziert sowie auf chemische Reinigungsmittel und Strahlmedien dank einer Laservorbehandlung verzichtet werden.
Mit der Entwicklung neuer Hochleistungsmaterialen auf Basis von VESTAKEEP® PEEK legte Evonik die Grundlage für die Projektarbeit. Daraufhin stellte BECHEM eine wasserbasierte PEEK-Dispersion als eine notwendige Bedingung für den Einsatz von Tauch-, Druck- und Sprühverfahren (exkl. elektrostatischem Sprühen) her. Da bislang kein Unternehmen deutschlandweit stabile PEEK-Dispersionen in verschiedensten Viskositäten produzieren kann, ist diese Entwicklung für BECHEM und den Chemiestandort NRW eine bedeutende Innovation.
Mittels des neuen laserbasierten Schmelzverfahrens können haftfeste PEEK-Schichten auf Aluminium und Stahl sowohl mit dem VESTAKEEP® PEEK-Pulver von Evonik als auch mit den Dispersionen von BECHEM hergestellt und charakterisiert werden. Dafür setzte das Fraunhofer ILT einen aufgebauten Prozesskopf samt Prozessregelung um und führte umfangreiche Wärmeleitungs-Simulationen zur Generierung von Prozessverständnis parallel durch. Schließlich wurde ein Aluminium- und ein Stahldemonstrator in dem neuen Verfahren mit PEEK in den drei Hauptprozessschritten – Laservorbehandlung, Beschichtung, Laserschmelzen – erfolgreich beschichtet.
Für laserbasierte Beschichtungsverfahren ist eine Vorerwärmung der Bauteiloberfläche notwendig, um haftfeste Schichten zu erzeugen. Im Rahmen des „ENLAPRO“ Projekts ermittelte cleanLASER geeignete Parameter für die Laservorbehandlung von Stahl und Aluminium, um die Haftfestigkeit zwischen PEEK-Schicht und Bauteil zu erhöhen und somit die notwendige Vorwärmtemperatur zu senken. Das Unternehmen entwickelte zudem ein neues miniaturisiertes Optikkonzept. Es ermöglicht nicht nur, das Gewicht um 20 Prozent zu reduzieren, sondern verbessert hauptsächlich die Energieeffizienz der Vorbehandlung.
Mehr Effizienz durch weniger Reibung
Eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere im Maschinen- und Automobilbau, ist durch Reib- und Verschleißbeanspruchungen bei gleichzeitig höchsten Anforderungen bezüglich Temperaturbelastung und Korrosionsbeständigkeit geprägt. Dies erfordert oftmals den Einsatz spezieller Beschichtungen. Hinsichtlich der Materialeigenschaften sind insbesondere Hochleistungspolymere für solche Anwendungsfälle prädestiniert.
Konventionelle Beschichtungsverfahren umfassen typischerweise mehrere Schritte: eine chemische Bauteilreinigung sowie eine Vorbehandlung des Bauteils mittels Strahlmedien, einen Schichtauftrag in Pulverform mit einem Materialverlust von bis zu 70 Prozent und einen anschließenden, energieaufwendigen Ofenprozess. Darin wird das komplette Bauteil auf typischerweise 400 °C erwärmt, um das Beschichtungsmaterial aufzuschmelzen und so eine haftfeste Beschichtung zu erhalten.
Projektpartner des durch die Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Projektes sind die Unternehmen Carl Bechem GmbH, Hagen (Entwicklung von PEEK-Beschichtungen), die Clean-Lasersysteme GmbH, Herzogenrath (Laservorbehandlung) und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen (Laserverfahrensentwicklung).
Förderkennzeichen: EFRE-0801268
Über BECHEM
Die Carl Bechem GmbH mit Hauptsitz in Hagen ist ein international tätiges Unternehmen im Bereich Spezialschmierstoffe und wurde 1834 von Carl Bechem (1806–1891) als erste deutsche Ölfabrik gegründet.[2] BECHEM Produkte überzeugen durch innovative Rezepturen in unterschiedlichsten industriellen Anwendungsbereichen – in der spanenden und formenden Metallbearbeitung, in der Beschichtungstechnologie oder als konsistenter Lebensdauerschmierstoff in vielen technischen Bauteilen.
Über cleanLASER
Die Clean-Lasersysteme GmbH (cleanLASER) entwickelt und produziert seit über 25 Jahren Fertigungslösungen für die Bauteilreinigung und Oberflächenbearbeitung. Ob handgeführt oder vollautomatisiert, die Lasersysteme sind vor allem in der Formen- und Werkzeugreinigung, Entlackung und Entschichtung sowie Vorbehandlung im Einsatz.
Das Portfolio umfasst Lasersysteme mit 12 bis ca. 2.000 Watt, die sich direkt in die Produktion integrieren lassen. Zudem gibt es flexible Arbeitsstationen, kundenspezifische Sondersysteme sowie Portalanlagen.
cleanLASER garantiert eine anspruchsvolle Technologie „Made in Germany“ mit höchster Verfügbarkeit und erfüllt alle Ansprüche der Green Production. Das nachhaltige Verfahren spart Energie und benötigt weder Chemie noch Strahlmedien.
Über Evonik
Evonik ist ein weltweit führendes Unternehmen der Spezialchemie. Der Konzern ist in über 100 Ländern aktiv und erwirtschaftete 2020 einen Umsatz von 12,2 Mrd. € und einen Gewinn (bereinigtes EBITDA) von 1,91 Mrd. €. Dabei geht Evonik weit über die Chemie hinaus, um innovative, wertbringende und nachhaltige Lösungen für Kunden zu schaffen. Rund 33.000 Mitarbeiter verbindet dabei ein gemeinsamer Antrieb: Wir wollen das Leben besser machen, Tag für Tag.
Über Fraunhofer ILT
Das Fraunhofer ILT steht seit mehr als 35 Jahren für gebündeltes Know-how im Bereich Lasertechnik. Innovative Lösungen von Fertigungs- und Produktionsaufgaben, Entwicklung neuer technischer Komponenten, kompetente Beratung und Ausbildung, hochspezialisiertes Personal, neuester Stand der Technik sowie internationale Referenzen sind die Garanten für langfristige Partnerschaften. Die zahlreichen Kunden des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT stammen aus Branchen wie dem Automobil- und Maschinenbau, der Chemie und der Elektrotechnik, dem Flugzeugbau, der Feinmechanik, der Medizintechnik und der Optik. Mit über 480 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, mehr als 19 500 m² Nettogrundfläche und über 40 Ausgründungen zählt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstituten seines Fachgebietes.
Rechtlicher Hinweis
Soweit wir in dieser Pressemitteilung Prognosen oder Erwartungen äußern oder unsere Aussagen die Zukunft betreffen, können diese Prognosen oder Erwartungen der Aussagen mit bekannten oder unbekannten Risiken und Ungewissheit verbunden sein. Die tatsächlichen Ergebnisse oder Entwicklungen können je nach Veränderung der Rahmenbedingungen abweichen. Weder Evonik Industries AG noch mit ihr verbundene Unternehmen übernehmen eine Verpflichtung, in dieser Mitteilung enthaltene Prognosen, Erwartungen oder Aussagen zu aktualisieren.