Ein Thema voller Spannung

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1 Ein Thema voller Spannung von André Fackiner, Applied Technology, Dörken MKS-Systeme GmbH & Co. KG, Herdecke und Peter Ammann, Manager Produktion Baumann Federn AG, Rüti Technische Federn stellen besondere Ansprüche, wenn es um den Korrosionsschutz geht. Ein hoch leistungsfähiges Zinklamellensystem erfüllt diese Anforderungen quasi im Paket. Wichtige Vorteile neben den hohen Korrosionsstandzeiten sind: eine gleichmäßige Beschichtung auch bei Teilen mit komplizierter Geometrie, geringe Einbrenntemperaturen und die Vermeidung der wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion. Bei technischen Federn ist der Oberflächenschutz besonders wichtig, da Federn kerbempfindliche Bauteile sind, bei denen bereits geringer Korrosionsbefall zu Brüchen führen kann. Die Beschichtung muss dabei speziell an die jeweilige Feder angepasst sein. Neben der verwendeten Stahlsorte sind deshalb Aspekte wie Vorbehandlung, Temperaturbelastung, Schichtdicke und Geometrie der Feder zu berücksichtigen. Bei der Auswahl des geeigneten Korrosionsschutzes kommt es besonders bei hochfesten Stählen darauf an, dass während des Beschichtungsvorganges kein Wasserstoff eingetragen wird, denn dies würde die Eigenschaften der Feder erheblich beeinträchtigen und mit steigender Zugfestigkeit zu Rissen und Brüchen führen. Darüber hinaus müssen bei Einbrennsystemen bestimmte Höchsttemperaturen eingehalten werden. Wenn bei der Oberflächenbehandlung die Anlasstemperaturen erneut erreicht oder sogar überschritten werden, könnte die Druckeigenspannung der Feder verloren gehen. Das Bauteil wäre damit funktionsuntüchtig. Stand der Technik Die Zinklamellensysteme der Dörken MKS-Systeme GmbH & Co. KG haben sich seit vielen Jahren bei Schrauben und anderen Befestigungselementen vor allem für den Automobilbau bewährt und sind hier mittlerweile Stand der Technik. Doch auch für

2 2 die Beschichtung von Federn bringen sie viele Vorteile mit. Zunächst einmal ist das System für technische Federn aller Geometrien - seien es z.b. Druck-, Teller-, Spiral-, Blatt- oder auch Parabelfedern - geeignet. Ein Grund dafür ist das gute Penetrationsverhalten und die besondere Kriechfähigkeit des lösemittelhaltigen Basecoats Delta -Tone 9000 und Topcoats Delta -Seal. Auch bei Teilen mit komplizierter Geometrie werden so alle Flächen und Zwischenräume erreicht und gleichmäßig beschichtet. Weitere Vorteile sind der hohe Korrosionsschutz, der materialschonende Beschichtungsprozess und das Einbrennen bei niedrigen Temperaturen. Die Beschichtung Im Regelfall werden Schutzschichten im Schichtdickenbereich zwischen 6 und 25 µm aufgebracht, die sehr hohe Korrosionsstandzeiten von bis zu Stunden im Salzsprühnebeltest (DIN EN ISO 9227) ermöglichen. Im Allgemeinen bestehen die Beschichtungssysteme aus einer Grundbeschichtung (Basecoat) und einer organischen bzw. anorganischen Deckschicht (Topcoat). Sowohl Grundbeschichtung als auch Deckbeschichtung sind Einbrennsysteme, die bei Temperaturen zwischen C chemisch vernetzt werden. Das Zinklamellensystem Delta -Tone 9000 ist eine weitgehend anorganische, mikroschichtbildende Grundbeschichtung auf Basis von Zink- und Aluminiumlamellen. Sie ermöglicht aufgrund ihres metallischen Charakters einen kathodischen Korrosionsschutz. Durch die schuppenartig angeordneten Lamellenschichten kommt es zu einem Barriere-Effekt, der den Angriff von korrosiven Medien deutlich verlangsamt. Durch eine anschließende organische Deckbeschichtung mit Delta -Seal kann der Korrosionsschutz noch deutlich gesteigert werden. Abhängig von der Wahl der Deckbeschichtung können weitere Forderungen wie z. B. Farbgebung und Chemikalienresistenz erfüllt werden. Ein optimaler Korrosionsschutz kann jedoch nur bei sehr guter Haftung der Beschichtung auf dem Werkstück erfolgen. Voraussetzung für eine gute Haftung der Beschichtung ist deshalb die jeweils auf das Teil abgestimmte Vorbehandlung. Gängig sind hier das heißalkalische Entfetten, das Strahlen und das feinkristalline Zinkphosphatieren.

3 3 Die Beschichtungstechnik Die Auswahl der anzuwendenden Beschichtungstechnik ist abhängig vom jeweiligen Bauteil. Die Zinklamellenbeschichtungen werden mit den gängigen Applikationsverfahren der Lackiertechnik aufgebracht und anschließend nach jedem Beschichtungsgang in Durchlauföfen eingebrannt. Die Gefahr der applikationsbedingten Wasserstoffversprödung von hochfesten Bauteilen besteht nicht, da im Beschichtungsvorgang kein Wasserstoff angeboten wird. Im Vordergrund stehen die Tauch-Schleuder-Applikation für Massenkleinteile und die Spritzapplikation für größere Bauteile. Beim Tauch-Schleudern werden schüttfähige Bauteile in Körben in das Beschichtungsmedium getaucht und dann zentrifugiert, damit das überschüssige Material abgeschleudert werden kann. Dieser Vorgang läuft in geschlossenen Beschichtungsanlagen ab, so dass überschüssiges Material rückgewonnen werden kann. Die notwendigen Beschichtungsparameter wie Eintauchzeit, Schleuderzeit und Neigungswinkel der Anlage werden rechnergestützt gesteuert. Auch für große Formate Die Baumann Federn AG mit Sitz in Rüti in der Schweiz ist einer der international führenden Herstellern von Federn und Stanzteilen. Die technische Breite des Angebotes reicht dabei von technischen Federn über Drahtformteile, Stanz- und Stanzbiegeteile bis hin zu Verbundteilen und vielen Sonderteilen. So fertigt das Unternehmen auch großformatige Federn für die Ventilsteuerung bei Großdieselmotoren in der Schifffahrts- und Bahntechnologie. Aber auch bei Notstromaggregaten werden solche Antriebe vermehrt eingesetzt - zum Beispiel, um in Ländern mit schwankender Netzleistung die Stromversorgung eines produzierenden Unternehmens sicher zu stellen. Die Ventilfedern, die im Motor die Einlassventile für das Treibstoff-Luft-Gemisch und die Auslassventile für die Verbrennungsabgase in Position halten und für die erforderlichen Schließ- und Nockenanlagekräfte sorgen, gehören zu den dynamisch hoch belasteten Bauteilen innerhalb der Ventilbaugruppe. Sie müssen in aller Regel ein ganzes Motorenleben lang funktionieren; bricht eine Ventilfeder, bedeutet dies meist das Aus für den gesamten Motor. Deshalb dürfen hier nur Beschichtungssysteme zum Einsatz kommen, bei denen Spannungs- und Schwingungsrisskorrosion sicher ausgeschlossen werden können. Die Beschichtung mit Delta -Tone 9000 gehört bei

4 4 Baumann Springs deshalb schon seit Jahren zum Standard. Die Beschichtung wird dabei inhouse im Handspritzverfahren aufgebracht. Da die Federn auch mit benzolhaltigen Medien in Kontakt kommen, werden sie anschließend zusätzlich mit Delta - Seal versiegelt. Der Topcoat schützt die Federn jedoch nicht nur vor Chemikalienangriffen und Kontaktkorrosion; auch die Typen- bzw. die Firmenkennzeichnung der Bauteile ist durch eine individuelle Farbgebung der Beschichtung problemlos möglich. Abb.1 Die Baumann Federn AG mit Sitz in Rüti in der Schweiz ist einer der international führenden Hersteller von Federn und Stanzteilen. Abb. 2 Zum Produktportfolio des Unternehmens gehören dabei auch großformatige Federn für die Ventilsteuerung bei Großdieselmotoren

5 5 Abb. 3 und 4 Großdieselmotoren kommen vor allem in der Schifffahrts- und Bahntechnologie zum Einsatz und werden dort hoch beansprucht. Abb.5 und 6 Um bei den dynamisch hoch belasteten Bauteilen Probleme mit Spannungs- und Schwingungsrisskorrosion sicher auszuschließen, werden die Ventilfedern mit dem Zinklamellen-Basecoat Delta -Tone 9000 beschichtet. Die Beschichtung wird dabei inhouse im Handspritzverfahren aufgebracht. Fotos: Baumann Federn AG