Laser Metal Deposition: EMAG entwickelt Produktionslösung für beschichtete Bremsscheiben

06.09.2021 - Markus Isgro

Per Laser Metal Deposition wird eine zweilagige Beschichtung aufgebracht.

Die Pkw-Bremsscheibe der Zukunft ist verschleißfest – und hält ein Autoleben lang. Möglich macht das eine zweilagige Hartstoff-Beschichtung, die per Laserschweiß-Verfahren auf die Scheibe aufgebracht wird. Die dazugehörige ganzheitliche Maschinenbaulösung mit dem Namen ELC 450 LMD entwickelt aktuell EMAG LaserTec. Die Maschine bindet die sogenannte Laser Metal Deposition in einen rundum effizienten und qualitätsgesicherten Prozess ein. Was zeichnet die Produktionslösung von EMAG im Detail aus?


Heutige Bremssysteme erzeugen von jeher (zu) viel Feinstaubpartikel. Dazu kommt aber eine neue Herausforderung: Bei E-Autos werden die Bremsen nur selten genutzt, denn während der Rekuperation des Motors entsteht bereits ausreichend Bremswirkung – und die dauerhaft ungenutzte Bremsscheibe beginnt dann unter Umständen sogar zu rosten. Vor diesem Hintergrund verändert sich gerade die Bremsscheibentechnologie bei den Autobauern. So könnten beispielsweise Trommelbremsen eine Renaissance erfahren, weil der Bremsprozess hier keinen Feinstaub in die Umwelt abgibt. Eine interessante Alternative dazu sind Hartstoff-beschichtete Bremsscheiben, die verschleiß- und korrosionsfrei sind. Hier entsteht zumindest durch die Scheibe kein Feinstaub und sie hält ein Autoleben lang.

Effiziente Beschichtungstechnologie im Fokus

Allerdings stellt die Beschichtung der Scheiben mit Wolframcarbid oder ähnlichen Werkstoffen derzeit noch eine besondere Herausforderung dar. Der Grund: Bisher kommt zumeist das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) zum Einsatz, bei dem die Beschichtung mit hohen Geschwindigkeiten auf das Bauteil „geschossen“ wird, was allerdings mit großen Werkstoffverlusten einhergeht. Gibt es eine effizientere und zugleich prozesssichere Alternative? „Mit dieser Frage kamen Zulieferunternehmen vor einiger Zeit auf uns zu, weil unser Laser-Know-how allgemein eine ideale Grundlage für Laser-Beschichtungsverfahren darstellt“, sagt Dr. Andreas Mootz, Geschäftsführer bei EMAG LaserTec mit Sitz in Heubach bei Aalen. „Zudem haben wir sehr viel Erfahrung rund um die Entwicklung von ganzheitlichen Prozessen. Beides haben wir zusammengebracht für die Entwicklung der neuen Maschine ELC 450 LMD, mit der die sogenannte Laser Metal Deposition extrem prozesssicher abläuft. Hierbei werden eine Haftschicht und die darüber liegende Hartmetallschicht jeweils per Laserschweiß-Prozess auf die Bremsscheibe aufgebracht. Es geht nahezu kein Werkstoff verloren.“

Wie man sich diesen Prozess genau vorstellen kann, offenbart ein Blick auf die Details der Maschine. Sie beinhaltet einen Rundtisch mit fünf Stationen, die jedes Bauteil insgesamt vier Mal durchläuft (zweimal pro Seite wegen der Zweilagigkeit der Beschichtung):

  • Wiegen: In der ersten Station wird das Bauteil zunächst unbeschichtet gewogen. Der Wert dient als Referenz, um später (beim nächsten Wiegen nach einem Durchgang) das Schichtgewicht bestimmen zu können. Das Ergebnis gibt dann Aufschluss darüber, ob sich die richtige Menge Werkstoff auf der Scheibe befindet.
  • Laserreinigung: Anschließend wird der Rohling in der nächsten Station von Arbeitsstoffen und Schmutz befreit. Dabei trifft gepulste Laserstrahlung auf die Oberfläche und das Material verdampft schlagartig. 
  • Vorwärmen: In der dritten Station sorgt Induktionstechnologie von EMAG eldec für eine ideale Bearbeitungstemperatur am Bauteil.
  • Laser-Cladding: Jetzt startet die eigentliche Beschichtung per Laserverfahren. Pro Durchgang wird eine Schicht aufgebracht­ – zuerst eine Haftschicht, dann die Karbid-Beschichtung. Dabei profitiert der ganze Prozess vom ausgeklügelten Konzept des Laser-Werkzeugs, in dem das Werkstoffpulver durch einen Kanal zugeführt wird. Es verschmilzt mit der Oberfläche der Scheibe im Schmelzpunkt des Schweißprozesses.
  • Wendestation/Vermessen: Zuletzt enthält der Rundtisch noch eine Mess- und Wendestation. Letztere kommt zum Einsatz, wenn die erste Seite des Bauteils zwei Beschichtungsdurchgänge durchlaufen hat und somit die zweite Seite ansteht.

Ganzheitliche Lösungen von EMAG

Insgesamt ist die Entwicklung der neuen Beschichtungstechnologie noch nicht ganz abgeschlossen, wie Mootz bestätigt: „Zusammen mit Kunden führen wir aktuell noch Versuche rund um die Beschichtung durch. Wir sehen aber jetzt schon, dass wir unseren Kunden zukünftig eine extrem effiziente Lösung anbieten können. Die Kombination aus hochpräziser Laser-Beschichtungstechnologie mit weiteren Verfahren wie Reinigen, Vorwärmen und Qualitätssicherungsmaßnahmen wie dem Wiegen garantiert die nötige Prozesssicherheit, die bei großen Stückzahlen im Automobilbau natürlich unverzichtbar ist.“  Dazu kommt noch ein EMAG typischer Vorteil: Für vorgelagerte Drehprozesse am Scheiben-Rohling und abschließende Schleifprozesse an der fertig beschichteten Bremsscheibe entwickeln die Maschinenbauer ebenso passgenaue Produktionstechnologie. Auf Wunsch der Kunden kommt die komplette Fertigungslösung für die nächste Generation von Bremsscheiben also von EMAG. „Wir stehen mit unserem großen Verfahrens-Know-how in vielen Anwendungsfeldern für ganzheitliche Lösungen ‚aus einer Hand‘. Beschichtete Bremsscheiben zählen hier in Kürze auch dazu“, fasst Mootz abschließend zusammen.
 

Interview

Ein Gespräch mit Dr. Andreas Mootz, Geschäftsführer von EMAG LaserTec, über die Vorteile der sogenannten Laser Metal Deposition und der dazugehörigen neuen Maschine ELC 450 LMD, gibt es auf unserem Blog.

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