Szybkie napawanie laserowe redukuje emisję drobnego pyłu przy ścieraniu się hamulców

Wyzwania

Nowa norma Euro 7 wymaga znaczącej redukcji emisji drobnego pyłu – po raz pierwszy dotyczy nie tylko spalin pojazdów spalinowych, ale także ścierania się opon i hamulców. Wszyscy producenci, którzy po 2026 roku chcą dalej sprzedawać samochody osobowe w Unii Europejskiej, potrzebują teraz szybko rozwiązania do obu komponentów. Dr Claus-Ulrich Lott jest dyrektorem zarządzającym Nagel Technologies GmbH w Nürtingen. Idąc przez starą, wypełnioną światłem część głównego zakładu, odpowiada na pytanie: „Jak musi wyglądać rozwiązanie? Po pierwsze: musi być zgodne z normą. Zero ścierania. Jasne. Po drugie: musi być niedrogie. Hamulce są produktem masowym, w cenie jednostkowej chodzi o centy. I po trzecie: musi w miarę możliwości niezauważalnie zintegrować się w ugruntowanym przebiegu produkcji“. Lott zatrzymuje się przed instalacją próbną do produkcji tarcz hamulcowych. „Dlatego zdecydowaliśmy się wyprodukować maszynę, która nanosi ultra twardą powłokę na tarcze hamulcowe“.

Rozwiązanie: szybkie napawanie laserowe 

Trzy procesy powlekania były szybko skreślone: powlekanie elektrochemiczne – zbyt brudne. Powlekanie termiczne – zbyt wolne. Natryskiwanie zimnego gazu – zbyt drogie. Lott zdecydował się, z powodu czystszego procesu i krótszego czasu obróbki, na wariant napawania laserowego z dużą prędkością, tzw. Highspeed Laser Metal Deposition (HS-LMD). W tym procesie dysze wydmuchują metalowy proszek na górną warstwę, a promień lasera topi go, tworząc powłokę. W konkretnym przypadku żeliwna tarcza hamulcowa samochodu osobowego wiruje pod układem optycznym lasera i siedmioma dyszami proszku. Komórka do szybkiego napawania laserowego, zwana NaCoat, nakłada dwie warstwy. Najpierw jedną warstwę przyczepną ze stali nierdzewnej o grubości 0,1 mm. I na nią warstwę funkcyjną o grubości 0,2 mm, w której znajdują się ultra twarde cząstki z karbidu. „Ale żeliwo jest niewdzięcznym nośnikiem warstw“. Po prostu nie przyklejają się łatwo, więc potrzeba dużo proszku. „W procesie produkcji tarczy hamulcowej, na koniec dnia, proszek stanowi 60–70 procent kosztów produkcji. Nasza maszyna musi więc osiągać wysoką efektywność proszku, krótko mówiąc: wykorzystać jak najwięcej doprowadzonego proszku”.

Rozwiązanie: formowanie wiązki dla większej efektywności proszku

Lott opowiada: „Blisko współpracowaliśmy z działem rozwoju TRUMPF. Stosują oni podwójną sztuczkę podczas formowania wiązki, aby zmaksymalizować efektywność proszku“. Technologia kształtowania wiązki BrightLine Weld dzieli moc lasera na strefę rdzenia i pierścienia, które mogą być sterowane niezależnie od siebie. Trochę tak jak głowica prysznicowa ze strumieniem rdzeniowym i pierścieniowym. Dostarczanie energii i ciepła można optymalnie ustawić. Z jednej strony oznacza to, że tarcza hamulcowa prawie w ogóle się nie odkształca. Z drugiej strony warstwa jest znacznie cieńsza, potrzeba zatem mniej proszku. Drugim kluczowym etapem w kwestii zużycia proszku jest technologia dwuogniskowa TRUMPF: jedna część promienia lasera lekko podgrzewa odlew tuż przed tym, jak spadnie na niego strumień proszku. Dzięki temu proszek od razu bez problemu przyczepia się, nie odrywa się na początku i nie staje się odrzutem. Podczas procesu powlekania maszyna wykorzystuje do 94 procent proszku. W ten sposób firma Nagel posiada teraz opłacalną metodę produkcji tarcz hamulcowych o niskim ścieraniu, która jest zgodna z normą Euro 7.

Perspektywa: sukces biznesowy i dobry wkład 

Lott został dyrektorem zarządzającym w firmie Nagel dwa i pół roku temu i stawia w pełnym zakresie na transformację i tarcze hamulcowe. „Nasza dotychczasowa działalności była silnie związana z silnikiem spalinowym i odczuwalnie traci znaczenie. Dzięki naszemu rozwiązaniu dla tarcz hamulcowych zgodnych z Euro 7 chcemy zaoferować produkt niezależny od napędu, a jednocześnie pozostać w branży, na której znamy się najlepiej”. Lista zamówień potwierdza jego rację: w ciągu pierwszych sześciu miesięcy firma Nagel dostarczyła dwucyfrową liczbę tarcz hamulcowych do produkcji seryjnej. Lott jest dumny z sukcesu, ale jego zachwyt trwa tylko chwilę i po chwili mówi poważnie: „Ważna jest jeszcze jedna kwestia: nasze urządzenia przyczyniły się do tego, że ludzie są mniej narażeni na drobny pył i dzięki temu są zdrowsi. Dla mnie to bardzo zadowalające uczucie“. 

Stan na dzień: 10.02.2025 r.