Plasmaspritzen

Der richtige Dreh für sichere Antriebe

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Zahnrad- und Getriebefertiger Preinfalk lässt Großgetriebe für Papiermaschinen im Nassbereich mit hochschmelzender Keramik thermisch beschichten, um sie vor Korrosion zu schützen.

Ob universelles Standardgetriebe oder anwendungsspezifische Getriebelösungen mit Stückgewichten von bis zu 25 t: Betriebssicherheit und Leistungsdichte sprechen für die Komponenten der Wolfgang Preinfalk GmbH. Basis dafür ist die hochmoderne Produktion auf einer Fläche von 1800 m2 in St. Ingbert. Hier werden Zahnräder bis Modul 32 mit einem Außendurchmesser von 1,6 m und Stückgewichten von 5 t gefertigt. Die klimatisierte Fertigungshalle gewährleistet dabei eine gleichbleibende Qualität der Komponenten. Nur so ist die besondere Verzahnungsgenauigkeit zu erfüllen, ohne die Schiffs- oder Windturbinengetriebe ihren herausfordernden Umgebungen nicht dauerhaft gewachsen wären. Denn wo Drehmomente übertragen oder verändert werden sollen, entscheiden Verfügbarkeit und Wirkungsgrad über die Wirtschaftlichkeit der Anlagen.

Aus diesem Grund lässt auch ein führender Papierhersteller regelmäßig bei Preinfalk Getriebe für seine Papiermaschinen im Nassbereich anfertigen. Dieser Einsatzbereich stellt an die Oberflächenbeschaffenheit und Dichtheit der Getriebe besonders hohe Ansprüche. Der Grundwerkstoff am Dichtsitz ist durch Reibverschleiß der faserverstärkten Dichtung gefährdet und bietet damit bei Feuchtigkeit eine Angriffsfläche für Korrosion. Schlimmstenfalls könnte sie dazu führen, dass Wasser ins Getriebe dringt und dieses nachhaltig zerstört.

Um dieses Risiko auszuschließen, erhalten die Dichtsitze bei Pallas eine thermische Beschichtung durch atmosphärisches Plasmaspritzen. Dabei wird eine extrem verschleiß- und korrosionsfeste Schutzschicht nach Maß aufgetragen, ohne dabei den Grundwerkstoff der korrosionsgefährdeten Dichtsitze zu verändern. Zu diesem Zweck wird in die circa 18 000 °C heiße Plasmaflamme eine hochschmelzende, pulverförmige Keramikverbindung injiziert, die dort im Mikrosekundenbereich aufschmilzt und durch die im Prozess entstandene kinetische Energie auf die Werkstückoberfläche geschleudert wird. Dort bilden die Partikel auf dem zu beschichtenden Substrat eine dichte, stark haftende Schicht, deren hohe Maßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit zu den besonderen Vorteilen dieses Verfahrens zählt.

Neben der Größe des Bauteils sprechen zudem die lokal eng begrenzte Bearbeitung – der Spot misst nur 8 mm – und die exakte Steuerbarkeit der thermischen Belastung für die Beschichtung der stark beanspruchten Dichtsitze durch Plasmaspritzen. Die Vorgaben von Preinfalk an Pallas sind dabei hoch: Die Beschichtung der 700 kg schweren Großbauteile muss absolut porenfrei sein, eine Rauheit von Ra 0,4 µm aufweisen und nach der Endbearbeitung drallfrei geschliffen sein. Die Dichtsitze sollen innen und außen beschichtet werden, wobei es gilt, Rundlauftoleranzen von einem tausendstel Millimeter einzuhalten, damit das Komplettsystem die geforderte Dichtheit hat.

Nach Erhalt der Zahnräder überprüft Pallas ihre Maßhaltigkeit zunächst auf einer Karusselldrehbank per Taster. Sofern sich hier Abweichungen von mehr als 0,01 mm zeigen würden, wäre eine Präzisionsprüfung per Laser-Scan erforderlich, um einen werkseitig entstandenen Höhenschlag zwischen den Dichtsitzen auszuschließen. Nach dieser Prüfung werden die Zahnräder sorgfältig entfettet. Je nach Grad der Verschmutzung erfolgt dies zunächst elektrolytisch in der Galvanik, danach manuell mit Lösungsmittel, denn das gesamte Bauteil muss für die Beschichtung absolut sauber und fettfrei sein.

Damit das anschließend aufgebrachte Abdeckband besser hält, werden die Zahnräder auf 20 bis 30 °C erhitzt, um auch letzte Reste an Feuchtigkeit aus dem Bauteil zu entfernen. Da die von Preinfalk bereits einbaufertig geschliffenen Randbereiche von Pallas weder geschliffen noch bearbeitet werden dürfen, wird das Zahnrad an diesen Stellen drei- bis vierlagig mit Abdeckband abgeklebt. Die geschliffene Verzahnung erhält vor dem Strahlen eine Metallhülse als Schutz. Im nächsten Schritt wird das Zahnrad an den zu beschichtenden Flächen innen und außen mit Edelkorund gestrahlt. Durch die exakte Einstellung von Körnung, Strahlwinkel und Druck lässt sich der benötigte Rauigkeitsgrad zwischen 45 und 55 µm einstellen und das Ergebnis protokollieren. Durch das Aufrauen wird die Oberfläche aktiviert, sodass die Schichten gut haften.

Die eigentliche Beschichtung erfolgt anschließend per Roboter auf einem Beschichtungsdrehtisch. Ohne Umspannen werden hier Außen- und Innensitz am Zahnrad beschichtet. Um dabei eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten, beschichtet Pallas die Dichtsitze alternierend innen und außen – 40 bis 50 Mal, bis die 250 µm dicke Schicht aufgebracht ist.

Chromoxid Cr2O3 gilt in der Papierindustrie als Standard

Als Werkstoff kommt Chromoxid Cr2O3 zum Einsatz. Diese extrem harte (65HRC) und verschleißfeste Oxidkeramik hat einen sehr geringen Porenanteil von 3 bis 5 %, der durch die Schichtdicke zu vernachlässigen ist. Aus diesem Grund gilt sie in der Papierindustrie als Standard.

Im letzten Bearbeitungsschritt werden beide Sitze in einer Aufspannung innen und außen auf Endmaß geschliffen und poliert. Nach einer umfangreichen Endkontrolle auf Maßhaltigkeit, Rundlaufgenauigkeit, Rautiefe und Schichtdicke erhält Preinfalk die fertig beschichteten Zahnräder wieder zurück. Entsprechend zufrieden blickt Rafael Müller, Konstruktionsleiter für Getriebe und Verzahnungskomponenten bei Preinfalk, auf die Zusammenarbeit mit Pallas: „Bei Pallas stimmt die Qualität.“

Stephan Kalawrytinos, Geschäftsführer bei Pallas, Würselen


Über Preinfalk

1976 als mechanische Werkstatt zur Herstellung und Reparatur von Komponenten für die saarländische Bergbauindustrie gegründet, ist Preinfalk heute mit 200 Mitarbeitern und drei Geschäftsbereichen eine feste Größe im hochwertigen Getriebebau. Seit 2011 gehört das Unternehmen zur Schottel GmbH, einem Hersteller von Schiffsantrieben und -steuerungen. Im Bereich Getriebebau entwickelt und konstruiert Preinfalk Sondergetriebe für den Berg- und Tagebau sowie für zahlreiche Industriebranchen wie beispielsweise die Papierindustrie. Unternehmensschwerpunkt ist jedoch die Lohnfertigung von Verzahnungen.

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