Funktionelle Gleitlackschichten als Problemlösung

WiBOTec-Surfaces® GmbH & Co. KG bietet funktionelle Schichten für unterschiedliche Herausforderungen

WiBOTec-Surfaces® – Das Unternehmen

Die WiBOTec-Surfaces® GmbH & Co. KG mit Sitz in Vettweiß, Kreis Düren, wurde 2013 basierend auf dem Motto We slide up your products von Wilfried Brake gegründet und beschäftigt sich mit der Entwicklung, Herstellung und Applikation von funktionellen Beschichtungswerkstoffen. Das Unternehmen greift auf eine mehr als 20-jährige Erfahrung des Gründers in der Oberflächentechnik und speziell der Lackentwicklung zurück. Neben der mehrjährigen Forschungs- und Entwicklungsarbeit von Lacksystemen an renommierten Forschungsinstitutionen mit Schwerpunkten im Bereich selbstreinigende Oberflächen, Pigmententwicklung und Sol-Gel-Technik qualifizierte er sich im Bereich Qualitätsmanagement bis zum EOQ-Auditor weiter und war in leitender Funktion für die Qualitätssicherung in einem der größten europäischen Lohnbeschichtungsunternehmen langjährig tätig. In den letzten Jahren vor der Gründung des eigenen Unternehmens war Wilfried Brake in geschäftsleitender Funktion, als Werksleiter, operativ für einen gesamten Lohnbeschichtungsstandort eigenverantwortlich tätig.

Neben den Erfahrungen Brake’s besitzt das Unternehmen darüberhinaus eine ausgezeichnete Vernetzung zu Hochschulen, institutionellen Einrichtungen und innovativen Beschichtungspartnern.

WiBOTec-Surfaces® verfügt über eine eigene Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Ingenieure mit langjähriger Erfahrung passen die Schichtsysteme maßgeschneidert auf die Kundenanforderungen an. Die entwickelten Lacksysteme können großtechnisch konfektioniert werden. Ziel ist es, in enger Zusammenarbeit mit den Kunden und deren Anforderungen individuelle und schnelle Problemlösungen im eigenen Entwicklungslabor zu erzielen. Für die Beschichtung der unterschiedlichen Gleitlacksysteme stehen verschiedene Applikationsmöglichkeiten zur Verfügung. So werden manuelle und automatisierte Lohnbeschichtungen in eigenen Produktionsräumen auf unterschiedlichen Bauteilen durchgeführt.

Das Unternehmen versteht sich zudem als Ideenschmiede und Partner für Problemlösungen bei funktionellen Anwendungen in der gesamten Oberflächentechnik. Diese Philosophie wird durch ein faires, ehrliches und partnerschaftliches Miteinander mit dem Kunden, den Behörden und den Mitarbeitern gelebt. Vor allem ein schneller und umfassender Kundenservice liegt den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern am Herzen.

Neben dem Service steht ein Beitrag zu umwelt- und ressourcenschonenden Produkten im Fokus. So werden ausschließlich­ umweltschonende, RoHS-konforme wasserverdünnbare Rohstoffe eingesetzt. Für eine ausgeglichene Energiebilanz sorgen zusätzlich innovative Energierückgewinnungssysteme sowie eine autarke Stromerzeugung für die Klimatisierung, Herstellung und Applikation der Gleitlacksysteme.

Besonders wichtig ist WiBOTec-Surfaces®, einen umfassenden Service nach dem Motto Alles aus einer Hand anzubieten und als kompetenter Ansprechpartner in vielen Fragen der Oberflächentechnik zu dienen. In der heutigen Zeit spielt der Faktor Zeit bei Entwicklungen, Entscheidungen und Lieferzeiten eine entscheidende Rolle. Durch schlanke Hierarchieebenen können dem Kunden zeitnahe Lösungen angeboten werden.

Gleiten und schützen

Aktuell sind die Produktfamilien WiBO-GLIDE® und WIBO-PROTECT in Anwendungen unter anderem für den Maschinenbau, der Windenergie, KFZ-Industrie, Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, dem Schiffbau, der Luft- und Raumfahrt und der Wehrtechnik präsent.

WIBO-GLIDE®-Oberflächen werden erfolgreich als Oberflächen mit dem Anspruch, Reibwerte zu reduzieren, eingesetzt. Alle Beschichtungssysteme für Anwendungen in unterschiedlichen Tribosystemen sind wasserverdünnbar und in den meisten Fällen auch lösungsmittelfrei. In Verbindung mit dem sehr geringen VOC-Ausstoß gelten die Gleitbeschichtungen als besonders umweltfreundlich. Durch eine chemische Reaktion mit nur geringem Wärmeeintrag entsteht beim Herstellungsprozess eine feste, widerstandsfähige Matrix, in der Festschmierstoffe homogen und fein verteilt sind. Die so erzeugten Oberflächen reduzieren in Tribosystemen die Reibung nachhaltig und der sogenannte Stick-Slip-Effekt wird vermieden. Die Beschichtungen werden heute industriell eingesetzt, zum Beispiel auf Führungen, Gleitringen und Magnetankern.

WiBO-GLIDE® verhindert außerdem Schwingungskorrosion, Passungsrost und Fressen der Reibpartner (z. B. bei Edelstahl-Edelstahl-Paarungen). In Metall-Kunststoff-Paarungen, Keilriemenführungen sowie in Tribosystemen mit Druck-, Zug-, Torsions- und Blattfedern minimiert die Beschichtung Bewegungsgeräusche durch geräuschloses­ Gleiten. Zusätzlich verhindert die feste Einlagerung von Trockenschmierstoffen Schmutzeinlagerung und Schmutzadsorption, wie es bei Fetten und Ölen der Fall ist.

Ein weiteres großes Anwendungsgebiet der Beschichtungen ist das Reduzieren und Ersetzen von mineralischen Schmiermitteln, wie Fetten und Ölen. In vielen Fällen stellt WiBO-GLIDE® dabei eine trockene Lebensdauerschmierung her.

Typische Schichtdicken liegen in den Bereichen von 15 µm bis 50 µm. Die Oberflächen besitzen Schichteigenschaften, wie Temperaturbeständigkeit bis 100 °C, elektrisch isolierend, geringe Reibbeiwerte, Korrosionsbeständigkeit nach ASTM B117 oder DIN EN ISO 9227 bis zu 250 Stunden bei 35 µm Schichtdicke. Bei der tribologischen Paarung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (typischerweise 30 % gefüllt) mit WIBO-GLIDE® gegen 100 Cr6 wurden Erhöhungen der Lebensdauer um den Faktor 1000 ermittelt, gemessen mit dem Stift/Scheibe-Tribometer; bei ungefüllten Kunststoffen bis zum Faktor 30 000. Ein typisches Diagramm aus der Untersuchung mittels Stift/Scheibe-Tribometer ist in Abbildung 1 zu sehen. Hierbei wurden WIBO-GLIDE®-Schichten gegen 100 Cr6-Kugeln mit einem Durchmesser von 6 mm, einer punktuellen Last von 5 N und einer Drehzahl von 500 min^-1 durchgeführt. Auf diesen Diagrammen wird der sehr geringe Reibwert µ von 0,14 über 30 000 Umdrehungen dokumentiert. Vergleicht man eine klassische Hartchromschicht, so liegt diese bei einem µ-Wert von 0,65 in diesem Tribosystem.

Besonders herauszustellen ist die Möglichkeit, WiBO-GLIDE® in unterschiedlichen Varianten und unabhängig vom Grundwerkstoff zu applizieren. Die Beschichtung kann auf allen metallischen Werkstoffen, aber auchauf Kunstoffen, Glas und sogar Fasern als Single- oder Multilayer aufgebracht werden. Damit lassen sich beispielsweise die Antriebsleistungen von Motoren verkleinern, Energieeinsparungen im laufenden Betrieb erreichen oder auch die Vereisung von Teilen verhindern (Abb. 2). Für spezielle Anwendungen können Kombinations­beschichtungen, zum Beispiel mit keramischen (Eloxal, Harteloxal) oder harten elektrochemischen Systemen, eingesetzt und komplett angeboten werden.

WiBO-PROTECT-Oberflächen, die zweite Produktgruppe, werden als funktionelle Schichten, vor allem als Antihaft- und Korrosionsschutzschichten, erfolgreich eingesetzt. Besonders in Anwendungen, wo ein Verkleben und Anhaften von Kunst- oder Klebstoffen, Plastomeren und Schäumen verhindert werden muss, schützen die Schichten die Grundwerkstoffe (Abb. 3 und 4). Zum Beispiel verhindern die Fluorpolymerbeschichtungen ein Ankleben von Klebstoffen an Werkzeugen und Abstreifer in lebensmittelverarbeitenden Produktions­prozessen. Auch als Easy-to-clean-Systeme werden die Oberflächen zum Entfernen von Graffiti oder sonstigen, schwer zu entfernenden Rückständen in öffentlichen Einrichtungen verwendet.

Darüberhinaus können die Oberflächen dünn aufgebracht, einzeln oder ebenfalls kombiniert mit anderen technischen Oberflächen als sogenannte Multilayer appliziert werden. Je nach Unterschicht und Schichtsystem können variable Eigenschaften den Kundenanforderungen speziell angepasst werden. So werden diese Kombinationsbeschichtungen für hohe mechanische Beanspruchungen und Korrosionsanforde­rungen als Multilayer, zum Beispiel mit keramischen (eloxierte, harteloxierte) oder anderen harten elektrochemisch abgeschiedenen Systemen, eingesetzt.

Die Verwendung von Polytetrafluorethylen­ (PTFE), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA) ergibt Antihaftbeschichtungen für Temperatureinsatzfälle bis 250 °C. Für Anwendungen mit weitaus höheren Temperaturen (bis zu 350 °C Dauerbelastung) kommt die sogenannteSol-Gel-Technik zum Einsatz. Die entstehenden anorganischen Schichten dienen unter anderemzur Versiegelung von Oberflächen. Durch eine spezielleBarrierewirkung werden Diffusionsvorgänge in und aus dem Grundwerkstoff, wie sie beispielsweise für medizintechnische Anwendungen gefordert sind, verhindert.

Strahlen

Neben den erwähnten lacktechnischen Applikationen können mit neuen Produktionsmaschinen flexible Strahlarbeiten im Lohn angeboten werden. Zum einen durch manuelle Bearbeitungsschritte im Injektionsdruckstrahlverfahren bis zu einer maximalen Länge von 800 mm, für Einzelstücke auch bis zu 2000 mm. Durch unterschiedliche Strahlmittel und Korngrößen kann WiBOTec-Surfaces® die Dienstleistung für eine Vielzahl an Grundmaterialien und Strukturierungen durchführen. Derzeit werden standardmäßig Strahlmittel wie Korund, Glasperlen, Zirkonium und Walnussschalen mit Korngrößen von 40 µm bis 1,5 mm eingesetzt.

Mit Glasperlenstrahlen mit 60 µm Korngrößen werden zum Beispiel Aluminiumoberflächen strukturiert, verfestigt, entgratet und kleine Oberflächendefekte entfernt. Die Aluminiumoberflächen erhalten gezielt eine optisch ansprechende Oberflächenstruktur und zusätzlicheine angenehme Haptik.

Neben dem manuellen Strahlen wird paralleleine entsprechende Bearbeitung in der Trommel beziehungsweise im Korb oder der Muldenbandstrahlanlageangeboten. Schüttgüter ab 2 mm bis 300 mm können kundenspezifisch und rationell mit Korund oder Glasperlen gestrahlt werden. Größere­ Mengen werden bis zu einem maximalen Stückgewicht von 3 kg in der Muldenbandstrahlanlage schonend gestrahlt.

Anwendungsbeispiele

Zur Verdeutlichung der besonderen Eigenschaften wird die Beschichtung von Magnetankern näher betrachtet. Bisher kamen für diese Teile Gleitlacke auf Lösemittelbasis mit einer Dicke von 15 µm zum Einsatz. Nach einer Erneuerung der EU-Richtlinie muss die Lebensdauer deutlich erhöht werden, die mit dem eingesetzten System nicht erreicht wurde.

Diese Herausforderung wird mit einem neu entwickelten, wasserbasierenden Gleitlack erzielt, der gegenüber dem bisher verwendeten Lack mit einer deutlich höheren Schichtdicke aufgetragen werden kann und damit die geforderte Lebensdauer erreicht. Zudem ist das neue Lacksystem umwelt- und ressourcenschonender.

Bei Verstellschlitten als weiteres Anwendungsbeispiel wurden bisher mehrere Gleitplatten manuell in bestimmten Bereichen für die Reibwertreduzierung eingeklebt. Eine bessere Lösung bietet die partielle und komplette Beschichtung mit WIBO-GLIDE® mit einer definierten Schichtdicke. Erzielt wird dadurch die Reduzierung der Herstellkosten bei permanent niederem Reibwert als Lebensdauerschmierung, Vermeiden von Ruckgleiten (Stick-Slip) und Vermindern von Verschleiß. Damit wird der motorische Betrieb sicher gewährleitstet und die Beschichtung bietet einen zusätzlichen Korrosionsschutz sowie eine homogen optisch ansprechende Oberfläche. Aufgrund der geringen Schichtdicke entfällt das Abdecken der Bohrungen bei der Herstellung. Für spezielle optische Anwendungen werden durch die Beschichtung geringe Reflektionen erreicht.

Aluminiumschalttafeln wurden bisher durch anodisches Oxidieren (Eloxieren) hergestellt, waren dadurch allerdings empfindlich gegen Verschmutzung; speziell Graffiti­ und Markierungsstifte konnten nicht entfernt werden. Diese Nachteile werden durch eine nachträgliche transparente Versiegelung der Poren mit Antihaftwirkung auf der eloxierten Oberfläche vermieden. Die Reinigung der Aluminiumoberfläche ist jetzt mit geringem Aufwand möglich. Die Reinigung kann mehrfach erfolgreich durchgeführt werden.

Bei Tafeln für Prüfeinrichtungen im Maschinenbau bestand die Gefahr, dass die Oberfläche unter anderem beim Montieren verkratzt wurde. Das Beschichten der anodisierten Oberfläche mit einer selbst entwickelten, dünnen, nahezu transparenten Gleitschicht vermeidet dies.

Entwicklungen als Zukunftssicherung

Bei WiBOTec-Surfaces® steht die Entwicklung kundenspezifischer Beschichtungslösungen im Bereich des Gleitverschleißes zur Energie- und Geräuschreduzierung, für definierte Antihaftanforderungen und zur Verhinderung von speziellen korrosiven­ Belastungen auf Basis der bestehenden Systeme im Vordergrund. Im eigenen Entwicklungslabor werden Festschmierstoffe in organischen und anorganischen Bindern fein verteilt und chemisch fest verbunden. Die Palette der Festschmierstoffe reicht von Naturprodukten bis hin zu neuesten Entwicklungen aus der Weltraumforschung. Forschungsschwerpunkte sind sogenannte antiadhäsive Multilayerschichten, die für sehr spezielle Anwendungen in einem Applikationsprozess entwickelt werden und Duplexschichten, welche extrem harte mit besonders duktilen Schmierstoffschichten vereint.

Weitere Themen sind die Sol-Gel-Technologie, bei der leistungsfähige Gleitschichten im Nanometerbereich auch für Hochtemperatureinsätze (350 °C) entwickelt werden und reibwerterhöhende Schichten, die überall da zum Einsatz kommen, wo ein fester Kraftschluss, zum Beispiel reibschlüssige Verbindungen in vielen technischen Anwendungen, gefordert wird.

An den Speziallacksystemen können unterschiedliche Prüfungen und Charakterisierungen durchgeführt werden. Dies sind unter anderem Prüfungen wie Schichtdicken, Maßhaltigkeit, Reibwerte, Verschleiß, Korrosion, Härte, Duktilität und Haftung. Außerdem können pH-Werte, Leitfähigkeit, Ladungen, Dichte, Korngröße, Brechungsindex, Viskosität und Glanz, je nach Kundenwunsch und Qualitätsanforderungen gemessen werden.

Die WiBOTec-Surfaces® hat sich zum Ziel gesetzt, die Dienstleistungen für Bereiche wie Maschinenbau, Windenenergie, Fahrzeug- und Landmaschinenindustrie, Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Luft- und Raumfahrt, Bau- und Möbelindustrie oder Schiffbau zu festigen und weiter auszubauen. Die Schichtsysteme bieten aufgrund ihrer Vielfalt an Eigenschaften die optimale Basis hierfür.

WIBOTec-Surfaces GmbH & Co. KG, Schulstraße 38, D-52391 Vettweiß

• www.wibotec-surfaces.com

O&S, Gemeinschaftsstand Prozesskette Oberflächentechnik - Innovationen in Oberflächen / Halle 7, Stand F63