Mehrwert durch funktionale Schichten

Wettbewerbsvorteil für Schaeffler durch Oberflächentechnik/ Modularer Systembaukasten bietet mit durchgängigem Ansatz viele Möglichkeiten für sehr unterschiedliche Branchen
Dr. Tim Hosenfeldt, Leiter des Kompetenzzentrums Oberflächentechnik bei Schaeffler, sieht einen klaren Trend zu multifunktionalen und sensorischen Schichten (PresseBox) (Herzogenaurach/Schweinfurt, ) Die funktionalen Anforderungen an die Bauteile in den unterschiedlichen Branchen steigen stetig. Das gilt für die Automobiltechnik oder Schienenfahrzeuge genauso wie für die Windkraft oder die Luftfahrt. Fast immer ist der Basiswerkstoff bereits bis an die Grenze belastet. Mit richtig eingesetzter Beschichtung können dann noch einmal erhöhte Anforderungen an Korrosions- und Verschleißschutz, Reibungsminimierung, elektrische Isolation oder bald sogar Sensorik erfüllt werden. Kein Wunder also, dass die Beschichtung für die Schaeffler Technologies AG & Co. KG heute ein wichtiges Konstruktions- und Produktelement ist und einen eindeutigen Wettbewerbsvorteil darstellt.

Schaeffler hat in seinem Kompetenzzentrum Oberflächentechnik einen modularen Systembaukasten entwickelt, der mit etwa 20 validierten Beschichtungslösungen für jedes Anforderungsfeld die richtige Lösung im Mikrometerbereich bietet. Zur Herstellung der Schichtsysteme stehen den Fachleuten in den unterschiedlichen Geschäftsbereichen weltweit verschiedene Verfahren zur Verfügung, etwa Spritzen, Lackieren, galvanische und chemische Abscheidung sowie physikalische Abscheidung aus der Gasphase (PVD) und Plasma-unterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase (PACVD).

Prof. Dr.-Ing. Peter Gutzmer, Vorstand Forschung und Entwicklung der Schaeffler AG, fasst die Bedeutung der Oberflächentechnik für die Produktentwicklung zusammen: "Beschichtung ist heute bei Schaeffler ein Konstruktions- und Produktelement, das untrennbar mit unserem hohen Qualitätsanspruch verbunden ist und einen eindeutigen Wettbewerbsvorteil darstellt. Die drei wesentlichen Basisbausteine von Schaeffler - Qualität, permanente Verbesserung und konsequentes Innovationsdenken - spiegeln sich in der Beschichtungstechnik wider. Deshalb passt diese Technologie gut zu uns."

Das größte Beschichtungsvolumen entfällt bei Schaeffler gegenwärtig auf die Automobiltechnik. Meist sind es Bauteile aus dem Ventiltrieb, wie etwa Tassenstößel oder Abstützelemente. Die Beschichtung senkt die Reibung mit der Nockenwelle etwa um 50 Prozent und somit den Kraftstoffverbrauch. Elektrische Antriebe, an denen Schaeffler auch intensiv arbeitet, haben dagegen völlig andere Anforderungen an die Beschichtung. Isolierende keramische Schichten aus Aluminiumoxid schützen die unterschiedlichen Komponenten vor dem elektrischen Strom. Die hohen Stromstärken könnten sonst zu einer Anschmelzung der Metalle, verbunden mit einer extrem schnellen Alterung des Öls, und dann zu einem Ausfall des Lagers führen.

Bei elektrischen Schienenfahrzeugen treten noch höhere Ströme auf und deshalb ist die Isolation auch hier die wichtigste Aufgabe der Beschichtung. Korrosions- und Verschleißschutz sowie Reibungsreduzierung sind weitere wichtige Parameter bei den Schienenfahrzeugen. So kann die Funktion der Lager auch bei schlechter Schmierung sichergestellt werden und die Korrosion hat zum Beispiel bei Radsatzlagern trotz Feuchtigkeit und Schmutz wenig Chancen für ihr zerstörerisches Werk.

In Windkraftanlagen werden Wälzlager mit Außendurchmessern von bis zu vier Meter eingesetzt. Reibungsreduzierung und hohe Schlupftoleranz bei plötzlichem Anlauf der Anlage sowie Isolation gegen Stromdurchgang sind bei der Windkraft die wichtigsten Aufgaben der Beschichtung. Schaeffler beschichtet zum Beispiel Generatorenlager mit einer in Epoxidharz getränkten Glasfaser, die Schutz vor Stromdurchgang für Spannungen bis zu 20.000 Volt bietet.

Höchste Sicherheitsanforderungen herrschen im Geschäftsbereich Aerospace. Alle wichtigen Flugzeughersteller vertrauen auf Schaeffler bei der Auswahl der Triebwerklager. So auch Airbus bei seinem Flaggschiff A380. Entlang der drei Wellen des Triebwerks der A380 ist Schaeffler für die Hauptwellenlager und mehrere rotationssymmetrische Bauteile verantwortlich, die mit bis zu fünf verschiedenen Beschichtungen versehen sind.

Die Anforderungen an die Schichten steigen weiter. Dr. Tim Hosenfeldt, Leiter des Kompetenzzentrums Oberflächentechnik bei Schaeffler, bemerkt dazu: "Die Zunahme mechatronischer Systeme stellt natürlich neue Anforderungen an die Oberflächen, zum Beispiel hinsichtlich sensorischer Eigenschaften zur Datenermittlung und Signalverarbeitung. Mit dem Sensotect Schichtsystemen wird das beschichtete Bauteil zum Sensor oder der Sensor zum Bauteil. Das nur mit wenigen Mikrometern beschichtete Wälzlager überträgt dann nicht nur Kräfte, sondern erfasst und überträgt auch physikalische Größen wie Drehmomente, Kräfte, Dehnung oder Temperatur. So können die Lagerbelastungen zum Beispiel in einem Getriebe oder Radlager im Auto kontinuierlich gemessen und überwacht werden. Der Trend geht deutlich zu diesen Zusatzinformationen."

Auch Vorstand Peter Gutzmer sieht in der Sensorik großes Potenzial: "Die bisherigen Ergebnisse in der Vorentwicklung sind sehr positiv. Das wird der nächste Schritt der funktionalen Erweiterung. Ich bin sehr zuversichtlich, dass Schaeffler in absehbarer Zeit ein Wälzlager anbieten wird, das Messdaten mit Hilfe einer sensorischen Schicht misst und weiterleitet."

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