Ein neues Verfahren des Laserauftragschweißens kann die Entstehung von Feinstaub und den Verschleiß, beispielsweise bei Scheibenbremsen, erheblich reduzieren.
Bremsen ist schwierig
Die meisten Rotoren von Scheibenbremsen bestehen aus Grauguss. Dieses Material hält den hohen Temperaturen stand, die in Bremskomponenten häufig auftreten, und ist relativ kostengünstig. Grauguss nutzt sich jedoch leicht ab, bildet feste Partikel und korrodiert. Die Lösung besteht darin, eine dünne Schicht aus einem härteren Material – beispielsweise Edelstahl – auf die Oberfläche des Bremsrotors aufzubringen, die ihn vor Verschleiß und Korrosion schützt. Keine der Techniken, die üblicherweise zur Herstellung solcher Beschichtungen verwendet werden, ist jedoch bei Scheibenbremsen anwendbar. So verbinden sich beispielsweise Beschichtungen, die durch Galvanisieren und thermisches Spritzen hergestellt werden, metallurgisch nicht mit Grauguss. Das bedeutet, dass sie sich ablösen können. Zudem sind diese Verfahren kostspielig in der Umsetzung.
Auch das herkömmliche Laserauftragschweißen (auch als Laser-Material-Auftrag oder LMD bezeichnet) ist keine Lösung. Bei dieser Technik wird pulverförmiger Edelstahl auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht, und zum Schmelzen dieses Pulvers sowie des Bauteils wird ein leistungsstarker Dioden- oder Faserlaser verwendet. Dadurch wird das Werkstück wieder verfestigt und es entsteht eine neue Beschichtungsschicht, die eine starke metallurgische Verbindung mit dem Grundwerkstoff aufweist. Der Laser schmilzt jedoch auch eine gewisse Menge an Grauguss, sodass ein Teil des darin enthaltenen Kohlenstoffs in die Stahlbeschichtung wandern kann. Dadurch wird die Beschichtung spröde oder es entstehen Risse oder andere Fehler, die die Lebensdauer des Bauteils verkürzen könnten.
Neue Technologie des Laserauftragschweißens
Die Lösung ist ein neues Verfahren zur Lasermaterialabscheidung. Die als „Extrem High-Speed Laser Material Deposition“ (oder kurz EHLA) bezeichnete Methode führt mehrere entscheidende Innovationen in das Laserauftragschweißen ein. Genau wie beim herkömmlichen LMD trägt EHLA Metallpulver auf die Oberfläche der Scheibenbremse auf und schmilzt beides mithilfe eines leistungsstarken Diodenlasers ( HighLight DL-Serie). EHLA verwendet jedoch eine speziell entwickelte Düse, die es ermöglicht, das Beschichtungspulver „im Flug“ im Laserstrahl zu schmelzen, noch bevor dieser auf die Oberfläche des Werkstücks trifft. Die Tröpfchen des geschmolzenen Metalls lagern sich so in Form einer sehr dünnen Schicht aus aufgeschmolzenem Grauguss auf dem Bauteil ab. Das gesamte Metall erstarrt anschließend schnell und bildet eine dünne Beschichtung.
Bei der EHLA-Methode wird der Teil des Bremsrotors nicht übermäßig erhitzt, sodass keine nennenswerten Mengen an Kohlenstoff aus ihm in die Beschichtung wandern können. Obwohl dadurch Probleme mit Veränderungen des Materials selbst vermieden werden, entsteht eine feste, dünne Schicht, die metallurgisch mit dem Werkstück verbunden ist. Zudem ist das Verfahren hinsichtlich des Pulververbrauchs wesentlich schneller und effizienter als das herkömmliche Laserplattieren.
EHLA ist ein Erfolgsrezept
EHLA ist ein flexibles Verfahren, das an die genauen Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden kann. Manchmal kann es sinnvoll sein, zwei verschiedene Schichten aufzutragen. Die EHLA-Auftragdüse wurde speziell so konzipiert, dass mehr als ein Pulvermaterial gleichzeitig verwendet werden kann. Bei der Erzeugung dieser Schicht wird die Laserleistung so eingestellt, dass das härtere Material nicht schmilzt. Die kleinen Pulverpartikel „stecken“ einfach in der festen Stahlschicht fest, ähnlich wie Blaubeeren beim Backen eines Kuchens. So entsteht eine äußere Schicht, die extrem verschleißfest ist. Diese äußere Schicht ist jedoch spröde und daher anfällig für Risse, durch die anschließend Feuchtigkeit eindringen kann. Deshalb wird zunächst eine Grundschicht aus reinem Edelstahl aufgetragen, die das Bauteil „abdichtet“ und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert.
EHLA ist schneller und nutzt Metallpulver effizienter als herkömmliches Laserauftragschweißen, was bedeutet, dass es kostengünstiger ist. Darüber hinaus ist es auch für viele andere Werkstoffe als nur Grauguss und Edelstahl einsetzbar.
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