Massenproduktion: Kleinteile machen den Unterschied

Zahlreiche Kleinteile in der industriellen Produktion werden in so großen Mengen gefertigt und verarbeitet, dass man von Massen­gütern spricht. Metallische Verbindungs­elemente wie Bolzen, Schrauben oder Niete fallen in diese Kategorie. Ihr Einsatz liegt oft im Verborgenen und doch spielen sie eine ganz wesent­liche Rolle in der Produktion von Industrie­gütern. Die Qualität eines Produkts bemisst sich auch an der Qualität der verwendeten Verbinder. Überzüge oder Beschichtungen solcher Verbinder dienen der Verbesserung ihrer Gebrauchs­eigen­schaften im Verarbeitungs­prozess und während der gesamten Lebens­dauer des Produkts, in welchem sie die Teile zu einem Ganzen fügen.

Die Arbeitsgruppe „Beschichtung von Bauteilen“ des Fraun­hofer FEP hat sich über einen längeren Zeit­raum der Verfahrens­entwicklung zur Beschichtung solcher Klein­teile mittels physika­lischer Dampf­abscheidung (engl.: physical vapor deposition, PVD) gewidmet. Im Fokus dieser Entwicklung standen dabei Verbindungs­elemente für den Auto­mobil­bau, welche durch die Beschichtung vor Korrosion geschützt werden. Heute ist dabei ein Stand erreicht, der die Erzeugung zehn Mikro­meter dicker Aluminium-basierter Korrosions­schutz­schichten auf Klein­chargen von Verbindern in einem etwa ein­stündigen Beschichtungs­prozess ermöglicht. Die Technologie hat damit das Interesse industrieller Beschichtungs­dienst­leister geweckt, die sich mit der Auf­skalierung auf den tatsäch­lichen industriellen Bedarf beschäftigen.

Besonders im Automobilbau sind die Bemühungen um Gewichts­ersparnis im Sinne einer ressourcen­schonenden Mobilität unge­brochen: Die stetige Weiter­ent­wicklung von Komponenten, verbunden mit dem Einsatz neuer Konstruktions­werk­stoffe stellt auch neue Anforderungen an die Füge­elemente und ihre Ober­flächen. Gerade beim Material­mix sind neben dem Korrosions­schutz weitere Funktionen der Beschichtung gefragt. So findet durch Mikro­ströme über die multiplen Grenz­flächen hinweg ein Potential­ausgleich zwischen verschiedenen Bau­gruppen statt, der durch möglichst geringe Kontakt­wider­stände begünstigt wird. Hierbei erweisen sich die PVD-Schichten als anderen Korrosions­schutz­über­zügen über­legen. Die am Fraun­hofer FEP vorhandene PVD-Anlagen­technik bietet durch die Kombination verschiedener Vakuum­beschichtungs­verfahren viele Frei­heits­grade bezüglich der Schicht­materialien und des Schicht­aufbaus.

Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe „Mechanisches Fügen“ der Professur für Füge­technik und Montage der TU Dresden will sich das Fraun­hofer-Team künftig der Optimierung von elektrischen, mechanischen und Korrosions­schutz­eigen­schaften der Schichten intensiver widmen. Hierzu können Schicht­architek­turen mit Zwischen­lagen eines zweiten Metalls realisiert und deren mechanische und elektrische Eigen­schaften im gesetzten Zustand unter­sucht werden. Die Arbeits­gruppe der TU kann Füge­ver­bindungen mit beschichteten Niet­elementen realisieren und die gefügten Kontakte einer detaillierten Charakte­risierung unter­ziehen, welche die elek­trische Prüfung mit ein­schließt. Die beiden Forschungs­gruppen suchen nun interes­sierte Industrie­partner, um in anwendungs­orientierten Projekten wissen­schaftliche und praxis­nahe Erfahrungen zusammen­zu­führen und die komplexen Aufgaben­stellungen ziel­gerichtet im Verbund zu bearbeiten.

Fh.-FIP