Forscher an EHLA-Anlage, Bild: Fraunhofer-Gesellschaft

Engineering-Manager Andres Veldman von IHC Vremac Cylinders B.V. und Wissenschaftler Thomas Schopphoven haben die EHLA-Anlage entwickelt. Bild: Fraunhofer-Gesellschaft

Wegen der drohenden Zulassungsbeschränkung von Chrom(VI)-Beschichtungen befand sich IHC Vremac Cylinders schon seit langem auf der Suche nach einer schnellen und preiswerten Alternative zum Hartverchromen: Die Niederländer entschieden sich schließlich für das Verfahren EHLA (extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen) des Fraunhofer ILT, das im Mai 2017 mit dem Joseph-von Fraunhofer-Preis 2017 ausgezeichnet wurde. Beim patentierten EHLA-Verfahren schmilzt ein Laser die Pulverpartikel bereits oberhalb des Schmelzbades auf.

Beschichten mit bis zu 500m/min

Weil die Partikel im Schmelzbad nicht mehr aufgeschmolzen werden müssen, lässt sich die Prozessgeschwindigkeit von bisher 0,5 bis 2,0 Meter pro Minute auf bis zu 500 Meter pro Minute steigern. Mit EHLA lässt sich außerdem die Schichtdicke senken: Waren bisher nur über 500 Mikrometer dicke Schichten möglich, so lassen sich nun auch 25 bis 250 Mikrometer dünne Schichten wirtschaftlich auftragen. Zudem werden die Schichten glatter, die Rauheit wurde auf ein Zehntel des typischen Wertes beim Laserauftragschweißen reduziert.

Das Konzept, die Idee und die erste Anlage in Aachen kamen an. Das Unternehmen ließ sich vom niederländischen Anlagenhersteller für Laserauftragschweißsysteme Hornet Laser Cladding B.V. aus Lexmond eine EHLA-Anlage bauen. "Der Vorteil beim Beschichten von rotationssymmetrischen Bauteilen mit EHLA ist, dass die erforderlichen Komponenten hervorragend in eine Drehmaschine integriert werden können", erklärt Thomas Schopphoven, Leiter des Teams Produktivität und Systemtechnik in der Gruppe Laserauftragsschweißen am Fraunhofer ILT, Aachen. Beschaffung und Umbau einer Drehmaschine zur rund 14 Meter langen EHLA-Anlage und Aufbau sowie Inbetriebnahme dauerten nur knapp sechs Monate.

Schneller als thermisches Spritzen

EHLA-Anlage, Bild: Fraunhofer ILT, Aachen / Hornet Laser Cladding B.V., Lexmond,
EHLA-Anlage zum Laserbeschichten von bis zu zehn Meter langen Kolbenstangen. Bild: Fraunhofer ILT, Aachen / Hornet Laser Cladding B.V., Lexmond,

"Wir tragen für einen Hydraulikzylinder derzeit noch eine rund 400 Mikrometer dicke Schutzschicht aus Inconel 625 auf, die noch durch Schleifen nachbearbeitet werden muss. Die endgültige Schichtdicke beträgt dann rund 200 Mikrometer", sagt Andres Veldman, Manager Engineering bei der IHC Vremac Cylinders: "Das Verfahren ist deutlich schneller als das thermische Spritzen, das sogenannte HVOF. Außerdem fällt der Aufwand für die Nachbearbeitung im Vergleich zu allen anderen Technologien deutlich geringer aus."

Die Niederländer befinden sich bereits in der Serienproduktion. Nach mehreren, abgeschlossenen Projekten steht für Veldman fest, dass EHLA derzeit noch etwa so viel wie das thermische Spritzen kostet. Preiswerter wird EHLA – so seine Einschätzung – nach der Optimierung der Nachbearbeitungsprozesse.

Kritische Endkunden etwa aus dem Offshore-Bereich konnte IHC Vremac Cylinders schon von der neuen Schicht überzeugen: Dazu ließ das Unternehmen EHLA von Lloyds nach DIN EN ISO 15614-7 zertifizieren. Veldman: "Die Fachleute waren anfangs sehr skeptisch, weil wir nur 200 Mikrometer dünne Schichten im Labor prüfen ließen, die dann noch auf 150 bis 100 Mikrometer herunter geschliffen wurden. Damit wollten wir sichergehen, dass die Schichten auch nach Verschleiß noch guten Korrosionsschutz bieten." hei