Entwicklung eines Energie sparenden Oxidationsverfahrens zur Herstellung extrem fester Harteloxalschichten auf hochlegierten Aluminiumwerkstoffen mittels selbsterlernter Stromdichteregelung
ProjekttrÀger
Fischer OberflÀchentechnik GmbH
Wullener Feld 15 A
58454 Witten
Telefon: 02302/28255-0
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
In der Al-Produktion wird nur ein geringer Anteil eloxiert, da der Beschichtungsprozess energieintensiv und daher kostentrĂ€chtig ist. Hinzu kommt, dass das Eloxieren hochfester Al-Legierungen technisch problematisch ist. Dieses Marktsegment wird traditionell durch KMUs gedeckt, denen sich mit dem Ein-satz des neuen Materials in Produktionsprozessen und Produktentwicklung weitere Marktfelder öffnen. Daher war das Ziel, ein Energie sparendes Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung reproduzierbarer OberflĂ€chenbeschichtungen mit hoher GĂŒte erlaubt. Damit wird zugleich das Umweltentlastungspotential, das durch die leichten Werkstoffe, z. B. im Hinblick auf Energieeinsparung sowohl im Herstellungsprozess als auch wĂ€hrend des Lebenszyklus der Produkte, gegeben ist, erschlossen.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie grundlegende Untersuchung bezog sich auf den Einfluss der Prozessparameter (Spannungs-/Stromregelung als Funktion der Zeit, Ăberlagerung der Gleichspannung mit Wechsel- und Gleichspannungen unterschiedlicher Frequenz bzw. Spannungspulsen, Temperatur) auf die erzielten Eigenschaften der OberflĂ€chen (Schichtdicke, HĂ€rte, HomogenitĂ€t, Abriebfestigkeit). Dabei stellte sich u.a. heraus, dass die ProzessfĂŒhrung zur Erreichung von hohen OberflĂ€chengĂŒten manuell nicht mehr möglich ist und daher eine automatische Prozesssteuerung zwingend erforderlich ist. AuĂerdem stellten sich zunĂ€chst unerkannt gebliebene Probleme dar, die in der Hauptsache das Gleichrichtersystem betrafen (Störfelder, TrĂ€gheit, Restwelligkeit). Die Probleme konnten durch umfangreiche Ănderungen am Gleichrichtersystem schlieĂlich behoben werden. Das Verfahren wurde an Werkstoffmustern unterschiedlicher BaugröĂen, OberflĂ€chenbeschaffenheiten, Topographien (Hohlkörper) und Legierungen erprobt, die anschlieĂend auf ihre OberflĂ€chengĂŒte untersucht wurden.
Ergebnisse und Diskussion
Das wichtigste Ergebnis des Projektes ist, dass das Vorhabensziel, die Grundlagen fĂŒr ein Energie sparendes Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung von Al-Werkstoffen mit hoher GĂŒte zu entwickeln, erreicht werden konnte. Mit dem Verfahren können auch Werkstoffe, die aufgrund ihrer hohen Festigkeit, ihres vergleichsweise geringen Preises und ihrer guten Zerspanbarkeit - nĂ€mlich Cu-haltige Aluminium-Legierungen - besonders interessant sind, mit extrem harten Eloxalschichten versehen werden. Das entwickelte Verfahren eignet sich gleichermaĂen fĂŒr die Beschichtung anderer Al-Legierungen und stellt damit eine universell einsetzbare Technologie dar. Durch das vergleichsweise niedrige Spannungsniveau ergeben sich je nach Materialsorte Energieeinsparungen von bis zu 57 %. Aufgrund des abgesenkten Spannungsniveaus entsteht weniger ProzesswĂ€rme, sodass auch bei der KĂŒhlung eine betrĂ€chtliche Energiemenge eingespart werden kann. SchlieĂlich ergibt sich durch den Einsatz der leichten Werkstoffe - etwa im Fahrzeug-Sektor - eine weitere Energieeinsparung wĂ€hrend des Lebenszyklus der Produkte. Mit dem Verfahren steht ein erprobtes Basisverfahren zur VerfĂŒgung, das beim Anwender die Herstellung reproduzierbare Eloxalbeschichtungen erlaubt. Damit ist die Grundlage geschaffen fĂŒr einen weit ĂŒber das bisherige MaĂ hinausgehenden Einsatz leichter Werkstoffe. Damit entfĂ€llt eine wesentliche Restriktion, die bisher einem verbreiteten Einsatz der umweltfreundlichen Werkstoffe im Wege gestanden hat. In vielen industriellen AnwendungsfĂ€llen kann dadurch auch auf umweltbedenkliche Stoffe (z.B. HĂ€rtebĂ€der fĂŒr Stahlwerkstoffe) verzichtet werden. Damit ergeben sich fĂŒr KMUs sowohl erweiterte als auch völlig neue Marktfelder.
Ăffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation
WĂ€hrend der Entwicklung wurden zahlreiche Kontakte zu KMUs, Anwendern und industriellen Fertigern sowohl im In- als auch im Ausland aufgenommen.
Fazit
Mit dem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt konnte eine wesentliche Grundlage zum verstĂ€rkten Einsatz von leichten Werkstoffen in industriellen Produktionsprozessen und Produk-ten geschaffen werden. Auf diese Weise kann die umweltentlastende Substitution von Stahlwerkstoffen durch leichte und leicht zu bearbeitende Al-Werkstoffe vorangetrieben werden. Mit dieser Basistechnologie tritt - neben den Umweltentlastungen - eine StĂ€rkung der Wettbewerbssituation ein, die auch andere europĂ€ische MitgliedslĂ€nder betreffen wird. Die mit Hilfe der DBU entwickelte Basistechnologie soll in einem europĂ€ischen Verbundprojekt, in das neben KMUs aus Belgien, England, Deutschland und Portugal auch namhafte Hochschulinstitute eingebunden sind, fĂŒr ein breites industrielles Anwendungsspektrum ertĂŒchtigt und weiterentwickelt werden.
Fördersumme
102.258,38 âŹ
Förderzeitraum
03.01.2000 - 31.01.2002
Bundesland
Nordrhein-Westfalen
Schlagwörter
Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik