In die Röhre geschaut

Future

»Lotuseffekt, Nanotechnik, Wasser perlt ab ...« – diese Worte fallen sicherlich bei einer Blitzumfrage in Sachen Oberflächentechnik. Doch Surface Technology ist mehr als nur ein paar winzige Kohlenstoffröhrchen.

15. September 2011

Sicherlich, an der Nanotechnologie führt kein Weg vorbei (siehe auch Meinungsbild »Bänder, Bleche, Nanorohre« auf Seite 18). So lassen sich mit ›intelligenten‹, polymeren Nanobeschichtungen die Benetzungseigenschaften von Oberflächen gezielt einstellen. Doch auch die anderen Verfahren müssen sich nicht verstecken. Daher präsentierte sich auch die ›konservative‹ Oberflächentechnik im April als ›Innovationsprimus der Hannovermesse‹. Auch wenn das fast ein halbes Jahr her ist – dieser Artikel ist trotzdem noch aktuell.

Der beste Beweis für die Bedeutung der Oberflächentechnik ist der ›Hermes Award‹, der 2011 nicht etwa an die Erfinder von Nanoröhrchen ging, sondern an die Krautzberger GmbH aus Eltville. Der mittelständische Lackiertechnikhersteller hat ein neues Dampfspritzverfahren zur Oberflächenveredelung entwickelt, das den Materialbedarf um 25 und den Energiebedarf um bis zu 50 Prozent senken soll. Für Glas und Emaille wird das Verfahren bereits eingesetzt. Prognose des Geschäftsführenden Gesellschafters Holger Weidmann: »In Frage kommen insbesondere Einkomponentensysteme für die Holzbeschichtung oder für Klebe- und Trennmittelanwendungen.«

Der Hermes-Preis wies auf einen wichtigen Treiber für Innovation hin: die Energieeffizienz. Als den größten ›Energiefresser‹ bezeichnet Prof. Reimund Neugebauer, Leiter des Fraunhofer IWU in Chemnitz, die Lackierung. Doch in der Branche kam es längst zu einem Umdenken. So stehen laut Günter Buchmann, Vorstandsvorsitzender der VDMA-Fachabteilung Oberflächentechnik, »Energieverbrauch oder Lebenszykluszeiten einer Lackieranlage mehr denn je im Fokus«. Buchmann ist zugleich Geschäftsführer der Lutro Luft- und Trockentechnik GmbH aus Leinfelden-Echterdingen, die bei sich die ›Lutro Green Energy Technology‹ (GET) einführte. Die Schwaben sparen Energie unter anderem mit Gasflächenbrenner, Wärmerückgewinnung, Frequenzumrichtern und sektionaler Kabinenbelüftung.

Eine zunehmend wichtige Rolle bei der Oberflächenbehandlung spielt die Strahltechnik: Die Branche stört laut Ulf Kapitza, dem Sprecher des VDMA-Arbeitskreises Strahltechnik, dass Strahltechnik als ein sogenanntes ›Low Interest Product‹ wahrgenommen wird. »Die Bereitschaft zu Investitionen und auch die Wahrnehmung der Wertschöpfung durch Strahlanlagen ist entsprechend niedrig«, bedauert Kapitza. »Die Anwender warten die Anlagen deshalb auch nicht optimal, die dann folgerichtig auch nicht optimal funktionieren.« Ein übergeordnetes Ziel des Arbeitskreises sei es daher, die Wahrnehmung der Branche und der Technologie zu positionieren.

Kapitza braucht sich nur in der Agtos Gesellschaft für technische Oberflächensysteme GmbH in Emsdetten (bei Münster) umzusehen, bei der er als Leiter für Marketing und Vertrieb arbeitet. Agtos setzt in seinen Schleuderrad-Strahlanlagen beispielsweise selbst entwickelte Einscheiben-Hochleistungsturbinen ein, die nicht zuletzt dank verschleißfester Gusswerkstoffe, Werkstoffstahl und Hartmetall die Standzeiten auf mehrere tausend Stunden erhöhen.

Anlagen zum Verschleißschutzbeschichten von Werkzeugen und Bauteilen sind eine Spezialität der Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH in Schopfheim. Deren Kunden aus der Automobilindustrie verabschieden sich vom Hartverchromen mit dem in manchen Bereichen bereits verbotenen Chrom-VI. Die Alternative nennt sich PPD (Pulse Plasma Diffusion). Diese modifizierte gepulste Plasmabehandlung bietet Balzers nach eigenen Angaben als einziger Hersteller weltweit an. »Es handelt sich dabei um eine weiterentwickelte, unter Plasma arbeitende Nitrieranlage speziell für große Umformwerkzeuge«, sagt Geschäftsführer Uwe Horschig. Solche Anlagen werden bereits in Japan, USA und Korea eingesetzt.

Außerdem werden die Experten zunehmend mit neuen Werkstoffen konfrontiert. Ein Beispiel sind hochfeste Stähle für den automobilen Karosseriebau. Um sie zu verarbeiten, setzen Anwender beispielsweise auf Warmumformung. Zu den neuen ›Superblechen‹ zählt etwa Usibor 22MnB5 von Acelormittal. »Diese mit Aluminium-Silizium beschichteten Bleche sind extrem adhäsiv, aber auch resistent gegen die Verzunderung«, sagt Horschig. »Wir arbeiten bereits mit einem Schichtsystem, das die Produktivität der Werkzeuge erhöht. Derzeit ist eine Verdoppelung der Standzeit möglich. Jedoch haben wir noch keine hundertprozentig befriedigende Lösung gefunden.«

Nikolaus Fecht

Fachjournalist aus Gelsenkirchen

Lernen von den Bäumen

Auf der Suche der idealen Oberfläche kommt heute vor allem viel Virtuelles zum Einsatz. »Es ist ja alles so komplex«, stöhnt da mancher Entwickler und bemüht Supercomputer, Rechenalgorithmen und Simulationsverfahren auf der Suche nach der optimal schützenden Haut für Glas, Metall und Holz. Trotz tagelanger Optimierungsschleifen rosten dann später Edelstähle und durchschlagen Steinchen den vermeintlichen Superlack.

Eine für unsere Zeit revolutionäre Idee stammt von Prof. Dr. Claus Mattheck, Abteilungsleiter Biomechanik am Forschungszentrum Karlsruhe. »Ich habe 15 Jahre lang die Gestaltungsgesetze der Natur gejagt.« Dabei entstanden eine international anerkannte Methode zur Schadensanalyse an Bäumen (VTA: Visual Tree Assessment) und – quasi als ›Abfallprodukte‹ – zahllose Patente, Bücher und Seminare.

Seine Beobachtung: »Natürliche Bauteile streben lebenslang eine gleichförmige Spannungsverteilung an der Oberfläche an. Wird diese gestört, bilden sie am Orte höchster Spannung verstärktes Wachstum aus, wodurch lokal hohe Spannungen ausgeglichen und damit Sollbruchstellen entschärft werden. Umgekehrt werden ›Faulpelze‹ im Bauteil ausgemerzt. Erosion und Deformation schaffen computerfrei Optimalformen.«

Als Mittel zum Zweck entstanden drei Denkwerkzeuge (Methode der Schubvierecke, Zugdreiecke und Kraftkegel). »Diese ermöglichen in vielen Fällen Bauteiloptimierung per Mausklick, computerfreie Topologiefindung, ein tiefes Naturverständnis, eine neue Betrachtung der Wahlverwandtschaft von Schaden und Prävention sowie eine neue gesprochene Bruchmechanik«, sagt Dr. Mattheck. »Der Festigkeitsnachweis zum Beispiel mit FEM bleibt unverzichtbar, aber die neuen Denkwerkzeuge ersetzen in vielen Fällen unsere Optimierungssoftware CAO und SKO.«

Die Methode lässt sich auf unterschiedlichste Art und Weise erlernen oder zumindest begreifen: mit seinem Buch ›Denkwerkzeuge nach der Natur‹ (www.fabibook.de), im Seminar (www.mattheck.de) oder im Internet (www.youtube.com/user/clausmattheck).

Erschienen in Ausgabe: 01/2011