Werkstoffbearbeitung

Oberflächenlösungen für die Windkraftenergie

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E.CARBON WCH

Amorphe Kohlenstoffschichten, wie E.CARBON WCH, vereinen wesentliche Vorteile für den Gebrauch in Windkraftanlagen. Neben einer geringen Adhäsion zeigen sie einen ausgezeichneten Verschleißwiderstand. Daher sind E.CARBON-WCH-Schichten ideal für den Schutz von Bauteilen geeignet, die starkem tribologischen Verschleiß oder Tribooxidation ausgesetzt sind.

(Bild: Sulzer Metco)

Bildergalerie

Die Vorteile der E.CARBON-WCH-Schichten beruhen auf mehreren ineinander greifenden Mechanismen, die mit der speziellen Nanostruktur der Beschichtung zusammenhängen. Die Struktur besteht aus einer Chrom-Haftschicht mit einer Wolframkarbid-Stützschicht und einer funktionalen WC/C-Multilagen-Schicht mit anpassbarer Schichtdicke. Während des Trockenlaufs wird die Schicht vom beschichteten Bauteil auf das gegenüberliegende unbeschichtete Bauteil übertragen. Dies führt zu einer glatten Oberfläche beider Teile, gleichzeitig ist ein geringerer Bedarf an Schmiermitteln möglich.

Gleichbleibende Temperatur beim Beschichten

Während des Beschichtungsprozesses wird die Temperatur zur Beschichtung von gehärtetem Stahl bei ca. 200°C gehalten.

Zur Abscheidung dieser DLC-Schichten (Diamond-Like Carbon) wird das PVD-Sputter-Verfahren angewandt. Beim Sputter-Verfahren wird ein Target mit hochenergetischen Ionen beschossen, wodurch Atome gelöst werden. Die Grundwerkstoffe werden aus der festen Phase in die Gasphase überführt. Anschließend werden die Metallpartikel ionisiert. Die Beschichtung wird durch das Kondensieren hauptsächlich metallischer Materialien in Verbindung mit Gasen, wie Stickstoff, erzeugt. Die Härte der entstehenden Schichten liegt zwischen 10 und 40 GPa.

Eigenschaften von E.CARBON WCH:

  • E.CARBON WCH: Typische Schichtdicke: 1 μm bis 5 μm, Härte: 1000 HV bis 1200 HV
  • E.CARBON WCHmod: Typische Schichtdicke: 1 μm bis 5 μm, Härte: 1200 HV bis 1500 HV
  • Reibungskoeffizient (trocken): 0,15

Untersuchungen der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) zur Flanken- und Fußtragfähigkeit WCH-beschichteter Verzahnungen, bestehend aus WCH-beschichteten trowalisiertem Ritzel und unbeschichtetem geschliffenen Rad, zeigten eine deutliche Erhöhung der Fresstragfähigkeit um mindestens den Faktor 2,8 im Vergleich zu unbeschichteten Verzahnungen. Die Graufleckentragfähigkeit konnte mindestens um den Faktor 1,4 erhöht werden.

Auch die Notlaufeigenschaften konnten enorm gesteigert werden. So konnten bei unbeschichteten Verzahnungen eine Notlaufzeit von 30 Minuten nachgewiesen werden, während die beschichteten Zahnräder Notlaufzeiten von mehr als 14 Stunden erreichten. Die Zahnfußdauerfestigkeit und das Verschleißverhalten konnten dank der WCH-Beschichtung gesteigert werden. [1]

Beschichtete Zahnräder aus 16MnCr5, zeigten nach der WCH-Behandlung mit vorheriger Einsatzhärtung eine Lebensdauersteigerung um den Faktor 2-3 gegenüber unbehandelten Bauteilen. Gleichzeitig können Grübchenbildung und Zahnbruch verhindert werden. Typische Anwendungsgebiete für eine E.CARBON WCH-Beschichtung liegen bei hydraulischen und pneumatischen Bauteilen, sowie bei Getriebeteilen.

Übersicht Ergebnisse E.CARBON WCH auf 16MnCr5:

  • Grübchentragfähigkeit

Das Zeitfestigkeitsgebiet der beschichteten Variante zeigte eine Lebensdauersteigerung um den Faktor 2 bis 3 gegenüber der unbeschichteten Variante.

Dauerfestigkeit: unbeschichtet: sHlim=1300 N/mm2; beschichtet sHlim=1650 N/mm2

  • Graufleckentragfähigkeit

Unbeschichtet: niedrig

Beschichtet: hoch

  • Fresstragfähigkeit

Unbeschichtet: Ausfall-Kraftstufe 3, TRi=35Nm

Beschichtet: Ausfall-Kraftstufe 12, TRi=535Nm

  • Verschleißwiderstand

Unbeschichtet: Verschleißkategorie mittel

Beschichtet: Verschleißkategorie niedrig

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