Forschung und Innovation

Untersuchung der Serientauglichkeit des Schichttransplantationsprozesses zur Herstellung von beschichteten Druckgussbauteilen
von Maik Otten, Christian Klose, Kai Möhwald, Patrick Knödler und Hans Jürgen Maier, Garbsen

In diesem Beitrag werden Ergebnisse aus dem IGF-Forschungsvorhaben 17675 N vorgestellt, bei dem die Serientauglichkeit des Schichttransplantationsprozesses für die Herstellung von innenbeschichteten Druckgussbauteilen betrachtet wurde. Die Untersuchungen erfolgten anhand der Herstellung von Demonstratorbauteilen unterschiedlicher Bauteilklassen. Hierbei handelte es sich unter anderem um ein Zylinderkurbelgehäuse mit im Schichttransplantationsprozess hergestellten Zylinderlaufbahnbeschichtungen sowie um Demonstratorbauteile, bei denen durch die Schichttransplantation innenbeschichtete Gleitlagerflächen realisiert wurden.

Konventionell hergestelltes Demonstratorbauteil einer Heckklappenmechanik: oben mit montierten Gleitlagern, unten das Druckgussbauteil. (Foto: LEIBNITZ UNIVERSITÄT HANNOVER)

Die Beschichtung technischer Bauteile bietet die Möglichkeit, eine belastungsangepasste Gestaltung des Bauteils durch Funktionsintegration verschiedener Werkstoffeigenschaften zu realisieren. Die Schichttransplantation stellt hierbei ein Verbundgießverfahren dar, bei dem die Beschichtung von Druckgussbauteilen während des Gießprozesses erfolgt. Der Prozess der Schichttransplantation („Transplant Coating“) wurde erstmals in den 1960er-Jahren vorgestellt [1]. Das Verfahren war einzelnen Patentschriften und Veröffentlichungen zufolge zur Herstellung von Zylinderlaufflächen für Verbrennungsmotoren konzipiert [2], geriet infolge damals unlösbarer Probleme jedoch in der Industrie und Forschung in Vergessenheit. Im Rahmen des Forschungsprojektes Mo 881/9-1 bzw. Bi 489/6 1 „Herstellung endbearbeiteter, beschichteter Druckgussbauteile im Verbundgussverfahren durch prozessintegrierte Applikation thermisch gespritzter Schichten in Gussformen“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden die Thematik der Schichttransplantation aufgegriffen und die Umsetzbarkeit sowie grundlegende Funktions- und Wirkprinzipien der Schichtransplantation am Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover gemeinsam mit dem Institut für Spanende Fertigung der Technischen
Universität Dortmund untersucht [3-9].

Die grundlegende Prozesskette zur Fertigung mittels Schichttransplantation beschichteter Druckgussteile ist in Bild 1 schematisch dargestellt (sh. Komplettbeitrag unten). Als Beschichtung dienen thermische Spritzschichten, die zunächst auf einen Wechseleinsatz der Druckgießform aufgebracht werden. Der beschichtete Wechseleinsatz wird in die Druckgießform eingesetzt und während des Gießprozesses erfolgt die Übertragung der Beschichtung von der Oberfläche des Wechseleinsatzes auf die Oberfläche bzw. Innenfläche des Gussteils. Auf diese Weise wird die konventionelle Prozessreihenfolge umgekehrt, da die thermische Spritzschicht nicht während der Nachbearbeitung auf das Druckgussteil appliziert, sondern vor dem Gießprozess auf den Wechseleinsatz aufgebracht wird. Auf diese Weise ergeben die ersten Schichtlagen der thermischen Spritzschicht die spätere Funktionsfläche des Bauteils. Somit ist es auch möglich, auf den Wechseleinsätzen des Druckgießwerkzeugs vorhandene geometrische Strukturen und Mikrostrukturen als Negativ auf die Oberfläche der Beschichtung zu übertragen [3-9].


Dipl.-Ing. Maik Otten, Dr.-Ing. Christian Klose, Apl. Prof. Dr.- Ing. habil. Kai Möhwald, Dipl.-Ing. Patrick Knödler, Prof. Dr.- Ing. Hans Jürgen Maier, Leibniz Universität Hannover, Institut für Werkstoffkunde, Garbsen



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pdf-Datei aus "GIESSEREI SPECIAL" Heft 1/2017 Seiten 74-89
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