Success Story: Technologie-Support für HELLER CylinderBoreCoating

Die Prozess-Steuerung VM und die elektronischen Generatoren von ELMA-Tech unterstützen die LDS-Beschichtungstechnologie HELLER CylinderBoreCoating bzw. Daimler NANOSLIDE®

In den Fokus der Öffentlichkeit trat die vom Autobauer Daimler AG zusammen mit der Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH entwickelte Beschichtungstechnologie NANOSLIDE® zuletzt erneut anlässlich der Verleihung des vom deutschen Bundespräsidenten ausgelobten Deutschen Zukunftspreises 2016.

Ein dreiköpfiges Forscherteam von Daimler / Heller war mit dem Projekt "Die Vision vom reibungslosen Antrieb – Beschichtung halbiert Energieverluste" unter den für den Preis nominierten insgesamt 3 Projektteams angetreten.

Auch wenn der Deutsche Zukunftspreis 2016 schließlich nicht an das Daimler/Heller Forschungsteam vergeben wurde, schmälert dies in keiner Weise den Erfolg einer faszinierenden Technologie, an deren Entwicklung Stromquellen und vor allem die Prozess-Steuerung von ELMA-Tech maßgeblich beteiligt sind.



zylinder
Darum gehts: Beschichtung von Zylinderbohrungen und Aluminium-Leichtbau-Kurbelgehäusen für Pkw-Motoren mittels Lichtbogen-Drahtspritzen (Bildquelle: ©vladimirfloyd/Fotolia)


Das Beschichtungsverfahren

"Mittels des Lichtbogen-Draht-Spritzens (LDS) werden die Zylinderinnenflächen in Aluminium-Kurbelgehäusen mit einer extrem dünnen Beschichtung auf Basis einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung versehen.

Es entsteht ein nano- bis ultrafeines, sehr verschleißbeständiges Werkstoffgefüge mit Mikroporositäten. Diese stellen die Schmierung im Betrieb sicher.

Dadurch können die schweren, mehrere Millimeter starken Graugussbuchsen in Aluminium-Zylinderblöcken ersetzt werden. Das Resultat ist eine spiegelglatte Oberfläche mit bis zu 50 Prozent reduzierter Reibung zwischen Kolben, Kolbenringen und Zylinderlaufbahn sowie eine Gewichtseinsparung von mehreren Kilogramm.

Das Verfahren umfasst mittlerweile eine Vielzahl von Erfindungen und Ideen und ist heute durch über 90 Patentfamilien und mehr als 40 Patente geschützt." (Zitiert nach: https://www.heller.biz/fokus/)


heller beschichtung 1 web
LDS im Einsatz (Bildquelle, mit freundlicher Genehmigung: Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH)


Industrielle Prozess-Sicherheit mit der Virtuellen Maschine (VM)

Ein nicht unwesentliches Element des Heller CBC Beschichtungsverfahrens besteht in der komplexen und extrem schnell erforderlichen energetischen Steuerung des Lichtbogen-Drahtspritzprozesses, in dem zentrale Parameter wie Strom, Spannung, Drahtvorschub und Prozessgasfluss optimal aufeinander und auf jede Phase des Beschichtungsablaufs abgestimmt werden müssen.

Genau diese anspruchsvolle Führung übernimmt der hierzu eingesetzte vollelektronisch arbeitende ELMA-Tech-Schweißgenerator.

Kernkomponente aller ELMA-Tech-Entwicklungen und Schweißgeneratoren ist die Virtuelle Maschine (VM), die von dem weltweit anerkannten Schweißtechnikexperten Prof. Dr.-Ing. Peter Puschner konzipiert wurde und in allen Industrieländern seit 1997 in tausenden Maschinen Fügeprozesse inzwischen in der 3. Generation technologisch führt.

Dabei handelt es sich um ein auf Mikroprozessoren basiertes Steuerungssystem speziell für schnell ablaufende Vorgänge. Es vereinigt die Vorteile der zwei wesentlichen, heute auf dem Markt üblichen Steuerungssysteme, nämlich der zyklischen SPS-Steuerungen und der traditionellen, üblicherweise sequentiell arbeitenden Mikrocontrollersteuerungen mit ereignisgesteuerten Echtzeitbetriebssystemen.

Deren typische Nachteile wie entweder relativ langsame oder aber stark streuende Reaktions- und Antwortzeiten werden bei der VM vermieden:

Die in der VM umgesetzte Statik- und Dynamiksteuerung wertet die sich schnell ändernden Prozesszustände von der Tropfenbildung bis zur Ablösung vom Draht durch den Zerstäubungsvorgang aus - Abläufe, die sich im Tausendstel Sekundenbereich abspielen - und reagiert auf jeden unterschiedlichen Zustand im Bereich ihrer Zyklusfrequenz von 20 kHz, also innerhalb 50 Mikrosekunden.

Anders ausgedrückt: Die VM stellt je nach Prozesszustand bis zu 20.000 unterschiedliche Generatoren mit optimaler Charakteristik für ein hochwertiges und optimales Beschichtungsergebnis zur Verfügung. Sie bedient sich hierzu einer als Expertensystem ausgebildeten Datenbank mit allen erforderlichen physikalischen Parametern, die derartige Generatoren in ihrem dynamischen und statischen Betriebsverhalten beschreiben.

Konzeptionell handelt es sich bei der VM um ein unterbrechungsfrei arbeitendes, zyklisch rotierendes Prozessverarbeitungssystem. Die externe Steuer- und Regelelektronik wird über spezielle, in die VM integrierte I/O-Peripherie-Bausteine angebunden und ebenfalls zyklisch bedient. Über eine weitere Schnittstelle können der Prozessverarbeitung benutzerspezifische Anpassungen übergeben werden. Dies geschieht für die eigentliche Ablaufsteuerung unterbrechungsfrei.

Das Steuerungskonzept der VM lässt es zu, die Stromquelle mit einer Zykluszeit von 50 μs komplett neu in Statik und Dynamik zu konfigurieren. Es folgt der Lehre des weltweit erteilten Patents von Puschner für die Synthetisierung von statischem und dynamischem Verhalten von elektronischen Schweißgeneratoren.

Die Parameter für Statik und Dynamik sind in Echttext in physikalischen Größen wählbar, so dass eine 100%-ige Reproduzierbarkeit der Prozessführung gegeben ist. Dies ermöglicht es, die Stromquellencharakteristik optimal für unterschiedliche Prozessanforderungen auf einfachste Weise phasenbezogen einzustellen und den Anforderungen des Lichtbogens bzw. seines Plasmas gerecht zu werden.

Konstantstromquellen / elektronische Generatoren für das Heller CBC

Fast überwiegend kommen für diesen Beschichtungsprozess ELMA-Tech Konstantstromquellen des Typs VARIO 800 DC LDS in unterschiedlichen Ausführungen zum Einsatz.

vario lds 800 externe kuehlung bg webDie VARIO 800 LDS ist geeignet für das Oberflächenbeschichten mit elektrisch leitfähigen Metallen und zeigt hervorragende Spritzeigenschaften bei allen Materialien (wie z. B. Kupfer, Zink, Zink / Aluminium 85/15, Aluminium, Alu-Bronze, Alu-Nickel, Alu-Magnesium, Chrom-Nickel, Stahl Legierungen etc.)

Es lassen sich alle elektrisch leitenden Drähte und Fülldrähte bei einer je nach Werkstoff und Spritzsystem maximal erreichbaren Abschmelzleistung von 6 bis 30 kg/h verarbeiten.

Der Einsatz von Fülldrähten ermöglicht es, neben Werkstoffen wie Kohlenstoffstählen, Chrom- und hochlegierten Stählen auch Hartstoffe zu verarbeiten.

Seit Mitte 2011 durfte ELMA-Tech ca. 60 dieser Konstantstromquellen inklusive VM-Prozess-Steuerungen an Heller für weltweite Anwendungen im Bereich des Heller CBC ausliefern.

 

 

 

 



Hier die Vorstellung der Innovation im Video anlässlich der Nominierung des Projektteams für den Deutschen Zukunftspreis 2016



ELMA-Tech möchte Ihnen den bestmöglichen Service bieten. Dazu speichern wir Informationen über Ihren Besuch in sogenannten Cookies. Durch die Nutzung dieser Webseite erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Detaillierte Informationen über den Einsatz von Cookies auf dieser Webseite erhalten Sie durch Klick auf „Mehr Informationen“.