Hundertfach schneller: Verschleißschutz für Bremsscheiben auflasern

Das EHLA-Verfahren bringt es auf Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 500 Meter pro Minute. Beim herkömmlichen Laserauftragschweißen liegt der Maximalwert bei bis zu 2 Meter pro Minute. Bild: Fraunhofer ILT

"Durch EHLA lassen sich erstmalig gut haftende Schichten auf Bremsscheiben auftragen, die fest mit dem Grundstoff verbunden und im Gegensatz zu den mit herkömmlichen Verfahren erzeugten Schichten nicht abplatzen können", so Thomas Schopphoven, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Teamleiter »Produktivität und Systemtechnik« in der Gruppe Laserauftragschweißen am Fraunhofer ILT (Institut für Lasertechnik).

Während die Schichten herkömmlicher Verfahren Poren und Risse aufweisen, sind die mit dem EHLA-Verfahren erzeugten Schichten dicht und schützen das Bauteil wesentlich effizienter und langfristiger. Dies erhöht die Lebensdauer und verhindert frühzeitige Ausfälle durch Oberflächenschäden der Reibflächen. Da mit dem Verfahren eine große Materialpalette verarbeitet werden kann, wird eine an die jeweilige Anwendung angepasste Beschichtung mit umweltfreundlichen Materialien möglich.

Die Innovation basiert auf  dem konventionellen Laserauftragschweißen, das sich als Reparaturverfahren z. B. für Turbinenschaufeln bewährt hat. Gegenüber diesem werden beim EHLA jedoch die Pulverpartikel des Beschichtungswerkstoffes direkt im Laserstrahl aufgeschmolzen und nicht erst im Schmelzbad auf der Oberfläche des Bauteils.

Da so flüssige Materialtropfen statt feste Pulverpartikel in das Schmelzbad gelangen, kann die Prozessgeschwindigkeit von bisher 0,5 bis 2 Metern pro Minute beim herkömmlichen Laserauftragschweißen auf bis zu 500 Meter pro Minute gesteigert werden.

Dies führt dazu, dass die Wärmeeinwirkung auf das zu beschichtende Material deutlich sinkt. Statt wie beim herkömmlichen Laserauftragschweißen bis in den Millimeterbereich wird durch EHLA das Material nur im Mikrometerbereich thermisch beeinflusst. So werden vollkommen neue Materialkombinationen möglich: z. B. die Beschichtungen von Aluminium- oder Gusseisenlegierungen – wie nun bei den Bremsscheiben.

So wird nun auch vermieden, dass sich der Kohlenstoff aus der Bremsscheibe in der Schmelze löst, wodurch sonst spröde Phasen, Poren, Bindefehler und Risse in der Beschichtung bzw. der Anbindungszone entstehen. Damit können Bremsscheiben aus Grauguss erstmalig effektiv und stoffschlüssig, d.h. mit direkt verbundenen Schichten geschützt werden.


Normalerweise können mit Auftragschweißverfahren nur dicke Schichten ab einem halben Millimeter hergestellt werden, wodurch viel Material eingesetzt werden muss und die Nachbearbeitung sehr aufwändig ist.

Das EHLA-Verfahren ermöglicht es nun, sehr dünne Schichten mit Dicken von 25 bis 250 Mikrometern aufzutragen. Die Schicht wird reiner und glatter – die Rauheit konnte auf etwa ein Zehntel bisheriger Werte reduziert werden.

Außerdem werden beim neuen EHLA-Verfahren rund 90 Prozent des Materials genutzt. Dadurch ist das Verfahren extrem ressourcenschonend und wirtschaftlicher. Die Voraussetzungen für den serienmäßigen, industriellen Einsatz sind damit gegeben.

Wie es heißt beweisen erste erfolgreiche Untersuchungen, dass das EHLA-Verfahren mittlerweile die reproduzierbare Herstellung beschichteter Bremsscheiben auf der Basis konventioneller Grauguss-Scheiben mit unterschiedlichen Materialkombinationen ermöglicht. Eine serientaugliche Anlagentechnik mit angepasster Endbearbeitung durch Schleifen wird gerade in Aachen durch die Firma HPL Technologies aufgebaut.