Lösung: Highspeed-Laserauftragschweißen
Drei Beschichtungsverfahren waren schnell abgehakt: elektrochemisches Beschichten – zu schmutzig. Thermisches Beschichten – zu langsam. Kaltgasspritzen – zu teuer. Lott entschied sich wegen des sauberen Prozesses und der kurzen Bearbeitungszeit für die Hochgeschwindigkeitsvariante des Laserauftragschweißens, das sogenannte Highspeed Laser Metal Deposition (HS-LMD). Hierbei blasen Düsen ein Metallpulver auf die Oberschicht und ein Laserstrahl schmelzt sie dabei auf, so dass eine Beschichtung entsteht. Im konkreten Fall rotiert eine gusseiserne Pkw-Bremsscheibe unter einer Laseroptik und sieben Pulverzufuhrdüsen. Die Highspeed-Laserauftragschweißzelle, NaCoat genannt, trägt zwei Schichten auf. Zuerst eine 0,1 Millimeter dicke Haftschicht aus Edelstahl. Und obendrauf eine 0,2 Millimeter dicke Funktionsschicht, die mit ultraharten Partikeln aus Karbiden gespickt ist. „Aber Gusseisen ist ein undankbarer Träger für Schichten.“ Sie bleiben einfach schwer haften, deswegen braucht es viel Pulver. „Das Pulver macht aber im Produktionsprozess der Bremsscheibe am Ende 60 bis 70 Prozent der Herstellkosten aus. Unsere Maschine muss also einen hohen Pulverwirkungsgrad erreichen, sprich: so viel wie möglich vom zugeführten Pulver ausnutzen."
Umsetzung: Strahlformung für mehr Pulvereffizienz
Lott erzählt: „Wir haben mit der Entwicklung von TRUMPF eng zusammengearbeitet. Und die wenden einen doppelten Trick bei der Strahlformung an, um den Pulverwirkungsgrad zu maximieren.“ Die Strahlformungstechnik BrightLine Weld teilt die Laserleistung in eine unabhängig voneinander regelbare Kern- und Ringzone auf. Ein bisschen wie ein Duschkopf mit Kern- und Ringstrahl. Energie- und Wärmeeintrag lassen sich so optimal einstellen. Zum einen heißt das, dass sich die Bremsscheibe kaum verzieht. Zum anderen fällt die Beschichtung deutlich dünner aus, braucht also weniger Pulver. Der zweite entscheidende Schritt für den Pulververbrauch ist die Bifokaltechnologie von TRUMPF: Ein Teil des Laserstrahls wärmt das Gussteil leicht an, kurz bevor der Pulverschauer darauf niedergeht. Dadurch haftet das Pulver sofort problemlos an, statt erst einmal abzuprallen und zu Ausschuss zu werden. Die Maschine nutzt während des Beschichtungsprozesses bis zu 94 Prozent des Pulvers aus. Dadurch hat Nagel jetzt eine wirtschaftliche Produktionsmethode für Euro-7-konforme, abriebarme Bremsscheiben.
