Haben Automobilbauer früher die Kolben ihrer Verbrennungsmotoren mit besonders reibungsarmen Zylinderhülsen umgeben, um den Verschleiß zu minimieren und eine hohe Laufruhe zu erzielen, so erreichen sie diese und noch bessere Effekte heute durch eine extrem glatte und widerstandfähige Beschichtung der Zylinder-Innenseiten. Das vereinfacht die Motorenproduktion, spart Kosten und erhöht die erwünschte Wirkung.
Ein ähnliches Bild zeigt sich bei Wasserkraftwerken. Deren Turbinenschaufeln waren früher hohem Verschleiß unterworfen, weil ihre Oberfläche aus Stahl schnell korrodierte. Heute arbeiten die Turbinen in Kraftwerken ebenso wie in Flugzeug- oder Raketentriebwerken mit speziell beschichteten Schaufeln. Nicht nur um der Korrosion Einhalt zu gebieten, sondern auch, um beispielsweise die aerodynamischen Eigenschaften günstig zu beeinflussen.
Die Oberfläche macht´s
Die metallverarbeitende Industrie braucht beschichtetes Werkzeug und beschichtete Bauteile, ebenso die Petrochemie, die Textil-, Druck- und Papierindustrie. Gleiches gilt für die Medizintechnik, deren Produkte oft hoch komplexen Anforderungen genügen müssen. Damit etwa künstliche Gelenke möglichst schnell und dauerhaft in die umgebenden Knochen einwachsen, beschichtet das schweizerische Unternehmen Medicoat die Gelenke mit einem biokompatiblen Werkstoff auf Titanbasis. Die raue und fest haftende Beschichtung bietet den Knochenzellen die ideale Oberfläche zum Einwachsen. Zudem verhindert die natürliche Oxidhaut auf der Ti-Schicht die Abgabe von Metall-Ionen nach der Implantation.
Beschichtungsprozesse sind für gewöhnlich mit hohen Temperaturen zwischen 500 °C und 15.000 °C verbunden. Wie hoch die Temperaturen im Einzelfall sind, hängt stark vom Verfahren ab. Gekühlt werden müssen die feinen Spritzdüsen, die beim sogenannten thermischen Spritzen zum Einsatz kommen, aber immer. Um seine Prozesse gerade auch beim thermischen Spritzen stabil zu halten, verwendet Medicoat Industriekühlmaschinen von KKT Chillers.
Hohe Verlässlichkeit ist entscheidend
Eine hohe Verlässlichkeit und gleichmäßige Stabilität der Kühlung ist mit entscheidend für die Qualität der Ergebnisse. Es werden zum Beispiel mehrere Dutzend Hüftknochen in einem Set beschichtet. Je stabiler die Prozesse dabei ablaufen, umso genauer entspricht deren Oberfläche letztlich den Vorgaben. Und die sind anspruchsvoll.
Beim Arbeiten mit Flammen – erzeugt mit Brenngas oder Flüssigbrennstoffen – treten üblicherweise Temperaturen zwischen 2000 °C und 3000 °C auf. Immer häufiger aber kommt auch das Plasmaspritzen zum Einsatz. Dabei trennt ein elektrisches Feld zwischen Anode und Kathode das Gas – meist Argon oder Wasserstoff – in Protonen und Neutronen auf. Die dafür erzeugte Spannung liegt sehr hoch, im Bereich mehrerer Kilovolt. Die Temperaturen beim Plasmaspritzen können bis zu 15.000 °C erreichen.
Hochpräzise Bauteile
Der Vorteil dieser Technologie: Anders als beim Flammspritzen bleibt der Grundwerkstoff, also das zu beschichtende Werkstück, beim Plasmaspritzen relativ kühl. Das ist gerade bei hochpräzisen Bauteilen, die sich möglichst nicht verformen sollten, enorm wichtig. Während für die Kühlung beim Flammspritzen einfaches Leitungswasser ausreicht, arbeiten die Kühler beim Plasmaspritzen mit deionisiertem Wasser, um die elektrische Leitfähigkeit so gering wie möglich zu halten. Die Vorlauftemperaturen liegen in der Regel zwischen 16 °C und 20 °C, der Rücklauf bei 40 °C bis 45 °C. Gekühlt wird die Spritzdüse, indem das Kühlwasser durch sehr kleine Kanäle das Innere der Düse durchspült. Dafür liefert der Chiller permanent Kühlwasser mit 15 bar bis 18 bar Druck, in der richtigen Temperatur und der richtigen Menge.
Wegen der hohen Spannungen, die beim Beschichten anliegen, sind die Geräte so konzipiert, dass die Bildung von Kondenswasser praktisch ausgeschlossen ist. Dabei kommt es darauf an, das Kühlwasser mit möglichst geringen Abweichungen konstant auf der definierten Temperatur zu halten, damit der Taupunkt nicht unterschritten wird.
Das Kühlsystem muss allerdings nicht nur für verlässlich stabile Prozesse sorgen, auch relativ banal klingende Eigenschaften gehören dazu: Trotz Leistungen bis zu 100 kW sollten die Geräte klein und leise sein. So gibt es Kompaktgeräte, die mit einer Stellfläche von 83 x 124 cm auskommen. Drehzahlgeregelte Ventilatoren lassen die Chiller leise arbeiten. ■
