Schicht für Schicht zu besseren Oberflächen

„HEBe": Neue Technologie für eine effizientere Oberflächenbeschichtung

Das thermische Beschichten ist seit über 50 Jahren fester Bestandteil bei der Herstellung und Reparatur hochwertiger Bauteile und ein Kernprozess der Triebwerksreparatur. Mit dem Verfahren werden metallische und keramische Schichten aufgetragen. Dabei werden die verwendeten Spritzzusätze zunächst an-, auf- oder abgeschmolzen und dann mit hoher kinetischer Energie auf die vorbereiteten Oberflächen aufgeschleudert. Beim Aufprall verformen sich die schmelzflüssigen Teilchen und breiten sich auf dem Substrat aus. Dabei geben sie ihre Wärme ans kältere Grundmaterial ab, erstarren, schrumpfen und können sich so mit den Oberflächenunebenheiten des Grundmaterials mechanisch verklammern. Thermische Spritzverfahren zum Beschichten metallischer Werkstoffe dienen heute neben der Reparatur und Wiederherstellung beschädigter, verschlissener und korrodierter Bauteile vor allem auch der Herstellung vorbeugender Oberflächeneigenschaften. 

  • 2016 HEBe Spraying
    Thermische Spritzverfahren dienen vor allem auch der Herstellung vorbeugender Oberflächeneigenschaften.
  • 2016 HEBe Measuring System
    Optisches Messsystem ermöglicht Messung von Schichtdicken auf wenige µm Genauigkeit.
  • 2016 HEBe In Process
    Messsystem im Einsatz
  • 2016 HEBe Parameter
    Dank Parameterstudien ist es gelungen, Haupteinflussfaktoren zu ermitteln.
  • 2016 HEBe Surface Course
    Nano-basierte Verschleißschutzschichten

Durch das Auftragen funktionaler Schichten lassen sich viele Eigenschaften wie Korrosions- und Verschleißschutz, Gleitfähigkeit und thermische Isolation des Grundwerkstoffes deutlich verbessern. Thermische Beschichtungsprozesse ermöglichen aber nicht nur viele Reparaturen, sie sind vor allem auch deutlich kosteneffizienter und ressourcenschonender als die Verwendung von Neuteilen. Um bei Triebwerks-, Fahrwerks- und Gerätereparaturen Zeit- und Kosten zu minimieren, Qualität und Einsatzspektrum zu steigern sowie neue Reparaturen durchführen zu können, hat Lufthansa Technik das bereichsübergreifende Forschungs- und Entwicklungsprojekt „HEBe - Hocheffizienter Endkonturnaher Beschichtungsprozess" aufgelegt. Dabei wurde gezielt ein Verfahren entwickelt, das dünne Beschichtungen mit hoher Oberflächengüte umweltverträglich zu geringen Kosten ermöglicht.

Zusammen mit den Innovationspartnern Thermico GmbH, dem Forschungszentrum Jülich, der RWTH Aachen und der Technischen Universität Braunschweig ist es mithilfe von Parameterstudien gelungen, Haupteinflussfaktoren wie Größen- beziehungsweise Skalierungseffekte und Auswirkungen von Standardgeometrien auf die Oberflächengüte zu ermitteln. Neue, kostengünstigere Spritzpulver und nanobasierte Materialien dienen dabei als Grundlage für einen ökonomischen und konkurrenzfähigen Prozess. Eine neu geschaffene In-Prozess-Messtechnik samt aktiver Regelung, die während des Bearbeitungsprozesses zum Einsatz kommt, ermöglicht die zielgenaue Beschichtung auf Endkonturmaß. Dadurch entfallen in Zukunft nachgeschaltete Prozessschritte wie das Kontrollmessen oder mechanische Nachbearbeitungen weitgehend.

Durch das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützte und von Juli 2012 bis Juli 2015 laufende Projekt konnten wolframkarbidhaltige Spritzpulver durch andere Karbide ergänzt oder partiell ersetzt werden. Dadurch wird sich die Abhängigkeit von seltenen Erden und Schwermetallen zukünftig mindern. Durch angepasste Parameter können nun mehrere Arbeitsschritte wie Beschichten, Messen und Berechnen in einer Anlage durchgeführt werden. Feinere Partikel, die eine homogene Schicht bilden und die Qualität der einzelnen Schichten deutlich verbessern sowie das neu entwickelte optische Messsystem und ein selbstregelnder Regelkreis, ermöglichen zukünftig ein hocheffizientes endkonturnahes Beschichten (Near-Net-Shape).

Lufthansa Technik hat mit den Ergebnissen des Projektes „HEBe" viele neue Erkenntnisse gewonnen, um Verschleißfaktoren von Triebwerks-, Fahrwerks- und Gerätebauteilen zu verbessern und deren Lebenszyklen zu verlängern. Verkürzte Rüst- und Durchlaufzeiten, schnelle und kostengünstige Entwicklungen und Prozesse sowie technologisch neue Reparaturen und Produkte tragen zu einer deutlichen ökonomischen Verbesserung in der Bauteilinstandhaltung bei. Außerdem kann Lufthansa Technik zukünftig wirtschaftliche Alternativen für galvanisches Hartchrombeschichten von Bauteilen anbieten, ein Verfahren, das von einigen Originalherstellerbetrieben nicht mehr erlaubt und unter heutigen ökologischen Gesichtspunkten auch nicht mehr zeitgemäß ist. Damit kommt Lufthansa Technik ihrem Ziel vom „Green MRO" wieder einen wesentlichen Schritt näher.