Fremdelementen keine Chance

Mit Inbetriebnahme der dritten Durchlaufanlage Anfang 2008 setzt die Lübecker O.M.T. Oberflächen- und Materialtechnologie GmbH nach eigenen Angaben erneut einen Meilenstein in der Hartstoffbeschichtung von Großserien-Bauteilen mittels PVD-Technik sowie in der Beschichtung von Großwerkzeugen für Umformung und Kunststoffverarbeitung. Die neuartige In-Line-Anlage soll insofern neue Maßstäbe in der Hochvakuum-Beschichtungstechnik setzen, als in ihr erstmals auch im Durchlaufverfahren komplexe Bauteile wie Zahnräder, Wellen, Werkzeuge und dergleichen drehend beschichtet werden können.

Neben der hohen Wirtschaftlichkeit des getakteten In-Line-Betriebs liegen die Vorteile in der hohen qualitativen Reproduzierbarkeit der Schichtqualitäten und -eigenschaften. Während im weitverbreiteten Batch-Verfahren auf Einzelanlagen während des Prozesses immer noch Restgase wie Wasser, Sauerstoff und Stickstoff aus den Kammerwänden freigesetzt werden, liegt der Restgasanteil in in-Line-geführten Prozessen um ein bis zwei Größenordnungen niedriger.

Hieraus wiederum resultiert ein wesentlich geringerer Einbau von Fremdgasbestandteilen in die Schicht. Während bei den klassischen, Batch-geführten Prozessen zum Beispiel in nitridischen Hartstoffschichten bis zu 2 At% (Atomprozent) Sauerstoff und darüber hinaus Kohlenstoff mit etwa 1 At% detektiert werden können, liegt der Anteil an diesen Fremdelementen bei in-Line-geführten Prozessen weit unter 1 At%.

Fremdelement-Bestandteile verändern beispielsweise die Eigenschaften von DLC-basierten Schichten, Reinmetall- oder Hartstoffschichten in nicht gewünschter Weise: Bei DLC-Schichten ändern sich vielfach die Oberflächenenergien und damit ihre Einstellung zwischen Hydro- und Lipophilie sowie das Verhältnis von sp2- zu sp3-Bindungen. Bei Reinmetall-Schichten, bestehend aus Molybdän, Titan, Tantal oder Wolfram, wird durch den Sauerstoffgehalt das elektrochemische Verhalten und, im Falle von Wolfram, insbesondere das Hochtemperaturverhalten verändert. Besonders bei den im Subprozentbereich eingestellten nanodispergierten Chrom-Matrixschichten mit eingelagerten Chromkarbid-Nanopartikeln ist eine präzise, Monitoring-unterstützte Prozessführung mit extrem niedrigen Fremdgas-Bestandteilen unerlässlich.

Mit der In-Line-Anlage demonstriert O.M.T. – mit mehr als 30 Millionen beschichteter Kfz-Bauteile jährlich – die Fähigkeit zur Zero-Defekt-Produktion unter extremen Liefer- und Qualitätsansprüchen. Darüber hinaus bieten die Lübecker damit auch die Möglichkeit zur schwierigen sequentiellen Härtung und Mehrlagen-Beschichtung. Ein Beispiel ist die Abfolge Nitrieren plus nanodisperses Chrom plus Me-DLC auf Kfz-Schlepphebeln. re

Restgasanteil liegt deutlich niedriger

Exakte Prozessführung unerlässlich

Durch Rollieren lassen sich qualitativ hochwertige Oberflächen deutlich effizienter erzielen als durch Schleifen oder Honen. Gleichzeitig wird das Material verfestigt. So nehmen Dauerschwingfestigkeit und dynamische Belastbarkeit erheblich zu. Rollierte Flächen sind nicht nur glatter, sondern auch deutlich korrosionsbeständiger als etwa geschliffene. Durch die extrem glatte Oberfläche sinken beim späteren Einsatz der Bauteile die Laufgeräusche. Der Verschleiß wird stark reduziert.

Mit Diamant-Rollierwerkzeugen können kostengünstig qualitativ hochwertige Oberflächen erzeugt werden. Der Edelstein in der Spitze sorgt etwa bei Grauguss für Rauigkeitswerte (Ra) von 0,2 bis 0,4 µm.

Als Spezialist für Sonderwerkzeuge in Präzision bietet die Kempf GmbH, Reichenbach/Fils, eine Reihe von Produkten rund um das Rollieren oder Glattwalzen. Dazu gehören auch Diamant-Glattwalzwerkzeuge.

„Besonders, wo es bei der Oberflächenbearbeitung auf exakte Dimensionen und Endkonturen ankommt, haben sich unsere Diamant-Glattwalzwerkzeuge bewährt“, sagt Günther Schroter, Anwendungsberater für Rollier-Produkte bei Kempf. „Sie wurden ja auch entwickelt, um bei Außenflächen an Schäften, in großen Bohrungen oder bei Planflächen qualitativ hochwertige Oberflächen zu erzeugen.“ Normale Drehbearbeitung erreiche bei den meisten Materialien Oberflächengüten (Ra) zwischen 2 und 3 µm – ein Ergebnis, das per Glattwalzen deutlich verbessert werden könne. So seien beispielsweise bei Grauguss Rauigkeitswerte (Ra) von 0,2 bis 0,4 µm möglich.

Diamant-Glattwalzwerkzeuge sind sehr vielseitig einzusetzen: „Sie eignen sich für alle Durchmesser, und mit nur einem Werkzeug lassen sich unterschiedliche Konturen in einem Gang bearbeiten“, betont Günther Schroter. „Dabei entstehen nur geringe Kosten, da keine weiteren Investitionen erforderlich sind.“

Erhältlich sind die Cogsdill- Diamant-Glattwalzwerkzeuge bei Kempf in vier Varianten, jeweils bestehend aus einem Werkzeughalter und dem auswechselbaren Diamant-Einsatz. Mit den geschliffenen und polierten Diamanten sollen sich nahezu alle Materialien bearbeiten lassen: vom Kohlenstoffstahl über Werkzeugstahl und Gusslegierungen bis hin zu Eisen- und Nichteisen-Metallen. Die Vorbearbeitung sollte für die meisten Materialien zwischen den genannten Ra = 2 µm und Ra = 3 µm liegen. re