Pallas: Beschichten und Auftragsschweissen

Hochbelastete Bauteile schnell instand setzen

| Redakteur: Konrad Mücke

Beim Instandsetzen individueller Hydraulikzylinder vertraut die Ruhfus Systemhydraulik GmbH in Neuss auf das Laserstrahlverfahren und das Fachwissen von Pallas.
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Beim Instandsetzen individueller Hydraulikzylinder vertraut die Ruhfus Systemhydraulik GmbH in Neuss auf das Laserstrahlverfahren und das Fachwissen von Pallas. (Bild: Pallas Oberflächentechnik GmbH & Co. KG)

Um Offshore, im Automobil-, im Maschinen- und im Werkzeugbau Stillstandszeiten zu minimieren, lohnt es häufig, beschädigte Komponenten instand zu setzen statt durch neu angefertigte zu ersetzen. Der Oberflächenspezialist Pallas bietet ein breites Spektrum an Technologien.

Verschleiss und Korrosion verursachen häufig den Ausfall stark beanspruchter Bauteile. Insbesondere das Innere von Bohrungen, Hydraulikzylindern und Lagersitzen verschleisst stark aufgrund kontinuierlicher Belastung oder Abrasion durch Fremdkörper. Es gilt, die Bauteile dem Original entsprechend schnell und zuverlässig instand zu setzen. Ähnlich kann man bei Bearbeitungs- und Produktionsfehlern verfahren. Die Pallas GmbH & Co. KG, Oberflächenspezialist in Würselen bei Aachen, bietet aus einer Hand komplexes Werkstoffwissen und das Gesamtspektrum an Bearbeitungstechnologien. Je nach Zustand und Einsatzbereich der Komponenten wählt das Unternehmen dafür thermisches Beschichten, Hartverchromen, chemisch Vernickeln oder Laserauftragsschweissen. Dabei kann ein einzelnes Verfahren oder eine Verfahrenskombination passend sein. Die Vielzahl der zur Verfügung stehenden Anlagen, Verfahren und Werkstoffe ermöglicht, innerhalb kürzester Zeit verschlissene oder fehlerhaft bearbeitete Bauteile – optimal abgestimmt auf den jeweiligen Einsatzfall – instand zu setzen. Wegen vollständiger Prozessketten gelingt dies besonders wirtschaftlich.

Wellen, Walzen und Kolben beschichten

Zum Instandsetzen rotationssymmetrischer Bauteile, zum Beispiel Walzen, Wellen und Kolben, mit bis zu 1 mm dicken Schichten eignet sich bevorzugt thermisches Spritzen. Es ist besonders wirtschaftlich wegen des schnellen Schichtaufbaus. Pallas verfügt dafür über sechs unterschiedliche thermische Beschichtungsverfahren. So kann das Unternehmen Einzelstücke sowie Bauteile in kleinen und mittleren Serien instand setzen, regenerieren oder modifizieren. Um Dichtsitze und Walzen vor Korrosion zu schützen, versehen die Experten diese mit kostengünstigen und im Bedarfsfall bis zu mehrere Millimeter dicken Schichten aus niedrigschmelzenden Metallen. Gegen abrasiven Verschleiss dagegen schützen auf den Anwendungsfall abgestimmte Hartmetalle, wie Wolframcarbid und Chromcarbid, oder Keramik. In der Luftfahrt werden Fahrwerke inzwischen sogar überwiegend thermisch beschichtet anstatt hartverchromt. Um besondere Effekte zu verwirklichen, kann Pallas Bauteile partiell mit unterschiedlichen Schichten versehen. So können keramische und metallische Beschichtungswerkstoffe und multifunktionale Schichtsysteme kombiniert werden.

Hartchrom schützt vor vorzeitigem Verschleiss

Um Dicht- und Gleitflächen hochbeständig gegen Verschleiss und Korrosion zu schützen, wählt der Oberflächenspezialist meist Hartchrom. Bei ausgeschlagenen Lagern erweist sich die besondere Härte dieses Werkstoffs bei kleiner Schichtdicke als vorteilhaft. Für weitere Instandsetzungen eignen sich bis zu mehrere Zehntelmillimeter dicke Hartchromschichten als günstig. Mehr als 60 HRC hart sorgen sie für lange Betriebszeiten der damit beschichteten Maschinenkomponenten. Mit Übermass aufgebrachte Schichten schleift Pallas auf das erforderliche Passmass. Dieser Arbeitsschritt ist allerdings bei defekten Passungen, komplexen Geometrien oder Innengewinden sehr aufwendig. Deshalb erweist sich meist chemisch Nickel als bessere Alternative. Aussenstromlos abgeschieden baut sich die Schicht konturgetreu und mikrometergenau bis zur vorgegebenen Abmessung auf. Sie erreicht dabei eine mit Hartchrom nahezu vergleichbare Härte. So werden bei Pallas beispielsweise aus Stahl gedrehte, bis zu 80 kg schwere Hydraulikzylinder mit 800 mm Durchmesser chemisch vernickelt. Wegen durchgehender Passungen und bis zu 100 mm tiefer, innen zu beschichtender Bohrungen erweist sich diese Beschichtung als vorteilhaft gegenüber Hartchrom. Auch zum Nacharbeiten gefertigter Bauteile, um beispielsweise zu kleine Passungen zu korrigieren, dient bevorzugt chemisch Vernickeln.

Tief im Inneren

Besondere Forderungen an das Beschichten stellt die Innenbearbeitung verschlissener oder fehlerhaft bearbeiteter Bauteile mit kleinen Öffnungsdurchmessern, grossen Bearbeitungstiefen oder innenliegenden Stufen. Dafür verfügt der Aachener Beschichtungsspezialist über die selbst entwickelte Spezialoptik iClad zum Laserauftragsschweissen. Sie kann in Bohrungen ab 50 mm Durchmesser eingesetzt werden. Sie hat sich beim Beschichten schwierig zugänglicher Innenkonturen bestens bewährt. Für unterschiedliche Eigenschaften stehen eine Vielzahl an Schweisswerkstoffen, von Reparaturstählen bis zu Pseudo-Hartlegierungen, zur Verfügung. So kann man die Oberflächeneigenschaften gezielt an die jeweilige Belastung anpassen. Beim Bearbeiten schmilzt der eng fokussierte Laserstrahl eine dünne Randschicht des Grundwerkstoffs auf. Der Beschichtungswerkstoff wird als Pulver mit einer Düse eingestrahlt. Im entstehenden Schmelzbad verbinden sich die beiden Werkstoffe metallurgisch zu einer dichten Schicht mit wenig Mischung. Mit dieser Technologie schweisst Pallas auch an schwer zugänglichen Stellen. Mit Roboter oder CNC-gesteuert bringt das Verfahren bis zu mehrere Millimeter dicke Schichten auf. Für Aussenkonturen ist dieses Verfahren seit vielen Jahren etabliert.

Beim Beschichten von Innenkonturen begrenzt der Durchmesser die Eintauchtiefe üblicher Bearbeitungsoptiken. Beispielsweise sollen 1000 mm x 2000 mm messende Getriebegehäuse instand gesetzt werden. Speziell betrifft dies unrichtig gefertigte Gewinde im Gusskörper. Dafür eignet sich die Spezialoptik iClad mit einem nur 35 mm messenden Bearbeitungskopf von Pallas. Bei lokal eng begrenztem Wärmeeintrag und somit verzugsfrei kann man die fehlerhaften Geometrien durch 2D- oder 3D-Applikation korrigieren.

Wirtschaftlich bei kundenspezifischer Hydraulik

Unter anderem nutzt der Hydraulikhersteller Ruhfus Systemhydraulik GmbH in Neuss dieses Verfahren, um Hydraulikzylinder zu reparieren. Spezialisiert ist das Unternehmen darauf, kundenspezifische, komplexe Hydraulikzylinder zu konstruieren und zu fertigen. Da die meist kostenintensiven Einzelstücke Fehlstellen im Gussgefüge aufweisen können oder mitunter fehlerhaft bearbeitet werden, erweist sich das Instandsetzen als wirtschaftlich und lohnend. Mit der filigranen Spezialoptik von Pallas gelingt es bis zu 1500 mm lange Hydraulikzylinder mit nur 30 mm Durchmesser innen zu beschichten, um offene Poren im Gussgefüge zu schliessen. Ebenso kann der Hydraulikhersteller verschlissene Komponenten instand setzen und somit die Lebensdauer kundenspezifischer Hydraulik­zylinder deutlich verlängern. Häufig sind Genauigkeiten von wenigen Hundertstelmillimeter gefordert. Das betrifft unter anderem auch bis zu 15 000 mm lange, bis zu 4000 kg schwere Rohre für Hydraulikzylinder mit 400 bis 500 mm Durchmesser. In diese Bauteile aus unlegiertem Baustahl darf nur wenig Wärme eingebracht werden, damit das Gefüge des Stahls erhalten bleibt. Zudem ist eine hohe Genauigkeit bei den wenige Zehntelmillimeter dicken Schichten unabdingbar.

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Dank integrierter Medienzufuhr bewältigt die Spezialoptik iClad, in Hohlräume und Bohrungen mit nur 30 mm Durchmesser bis zu 500 mm tief einzutauchen. Beträgt der Durchmesser 50 mm, ermöglicht eine aufschraubbare Verjüngung bis zu 750 mm tief einzutauchen und zu beschichten. Diese Anordnung bewährt sich auch in Bohrungen, die sich beispielsweise ab 500 mm auf 36 mm Durchmesser verjüngen. Im kompakten Gehäuse der Strahloptik befinden sich alle erforderlichen Baugruppen. Am hinteren Ende werden die Lichtleitfaser und die Zuleitungen für Prozessmedien angeschlossen. Eine aktive Wasserkühlung schützt die optischen Komponenten vor Überhitzung. Verschmutzung oder Beschädigung durch Partikelablagerung verhindert ein interner Optikschutz. Zusätzlich wird der Strahlengang permanent mit Schutzgas gespült. Zum Bearbeiten dreht sich das innen zu beschichtende Rohr um die feststehende Optik. Dabei wird je nach Lage der Arbeitsfläche der geeignete Laserstrahlwinkel gewählt. Somit kann das Verfahren mit der Spezialoptik von Pallas sogar Sackbohrungen beschichten. Der Bearbeitungskopf benötigt minimal 5 mm – bei der Verjüngung 8 mm – bis etwa 12 mm Abstand zum Bauteil. Deshalb kann er in alle Richtungen in engen Hohlräumen zuverlässig arbeiten.

Kompetenz und Erfahrung für schwierige Bedingungen

Der Hersteller in Aachen verfügt über umfassende Verfahrenskompetenz. Deshalb bewältigt er auch anspruchsvolle Instandsetzungen. Dank ihrer branchen- und verfahrensübergreifenden Beratungs- und Engineeringkompetenz analysieren die Oberflächenexperten jeden Schadensfall individuell und sehr sorgfältig. Anhand der konkreten Anwendungsvorgaben und Rahmenbedingungen, zum Beispiel Erreichbarkeit der Schadstellen oder Wärme­empfindlichkeit der Bauteile, wählen sie die optimale Technologie, um schnell, effizient und wirtschaftlich instand zu setzen. Die Vielzahl der zur Verfügung stehenden Anlagen, Werkstoffe und Verfahren gewährleistet, dass die massgeschneiderte Lösung auch innerhalb kurzer Zeit verwirklicht wird. Da die Kapazitäten kurzfristig verfügbar sind, lassen sich Durchlaufzeiten von nur zwei Tagen realisieren. Bei Bedarf kommen die Experten sogar zum Anwender und zu den beschädigten Bauteilen. Somit können sie Komponenten im Anlagen- und Maschinenbau, in der Chemie-, der Kunststoff- und der Papierindustrie schnell und zuverlässig instand setzen. SMM

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