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Oberflächenveredelung

Dieser Oberbegriff steht für die Veränderung der Oberflächeneigenschaften eines Werkstoffes.
Hierzu zählen:

  • Aufbringen von Schichten (Überzügen: metallische Überzüge)
  • Schmelzüberzüge (z. B. Feuerverzinken
  • galvanische Überzüge (z. B. galvanisches Vergolden)
  • Plattierung (z. B. Blattgoldbelegung)
  • PVD-Schichten (z. B. metallisierter Kunststoff)
  • thermisch gespritzte Schichten (z. B. flammgespritztes Zink)
  • keramische Überzüge
  • Reaktionsschichten (z.B. nitrierter Stahl)
  • CVD-Schichten (z. B. TiN (Titannitrid)
  • thermisch gespritzte Schichten (z. B. plasmagespritztes AI203)
  • amorphe Überzüge
  • Emaille (Schmelzglas)
  • organische Überzüge
  • Lackierung (z. B. Pulverlackierung)
  • Kunststoffbeschichtung (z. B. Folien)
  • Entfernen von Schichten: Beizen (z. B. Salzsäurebeizen


Hierzu gehören nicht mechanische Bearbeitungsverfahren wie das Schleifen oder Polieren, die jedoch als Prozess in einem Oberflächenveredelungsverfahren integriert sein können.
Die Grundidee hierbei ist das Prinzip der Funktionstrennung zwischen dem Volumen eines Bauteiles oder eines Werkzeuges und seiner Oberfläche. Das Volumen erfüllt eine Primärfunktion (meistens eine bestimmte Form wie z. B. bei Zahnrädern) und weist weitere Eigenschaften auf wie Gewicht, Festigkeit, Bearbeitbarkeit, aber auch einen geringen Preis. Die Oberfläche kann dann mit Hilfe der Verfahren der Oberflächentechnik auf ein bestimmtes Anforderungsprofil hin optimiert werden und so weitere Funktionen wie mechanischer Schutz (Verschleiß, Reibungen), Barrierefunktion (Korrosionsbeständigkeit, Permeation, Eindiffusion, Wärmeisolation), Grenzflächenwechselwirkung (Biokompatibilität, Benetzbarkeit, Lackierbarkeit) und  elektrische Funktion (Reflexion, Absorption, Dekoration).
Wenn ein Werkstoff allein nicht alle an ihn gestellten Anforderungen erfüllen kann, bietet die getrennte Optimierung  der Oberfläche eine Lösung.
Dieses ist eine der Hauptgruppen der Fertigungsverfahren nach DIN 8580, die zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus formlosem Stoff auf die Oberfläche eines Werkstückes genutzt werden. Der entsprechende Vorgang sowie die aufgetragene Schicht selbst wird auch als Beschichtung bezeichnet. Bei einer Beschichtung  kann es sich um eine dünne Schicht oder eine dicke Schicht sowie um mehrere in sich zusammenhängende Schichten handeln, die Unterscheidung ist hierbei nicht genau definiert und orientiert sich am Beschichtungsverfahren und Anwendungszweck. Die Beschichtungsverfahren unterscheiden sich durch die Art der Schichtaufbringung in chemische, mechanische, thermische und thermomechanische Verfahren.  Die Beschichtung kann dabei z. B. über Aufdampfen oder Aufsprühen eines weiteren Werkstoffes oder aber auch durch Eintauchen in entsprechende (galvanische) Bäder erfolgen. Einige Verfahren beinhalten zusätzlich eine Wärmebehandlung wie z.B. das Nitrierverfahren, bei denen aus der Oberfläche die sogenannte Verbindungsschicht herauswächst. Die verschiedenen Beschichtungsverfahren sind, wie Methoden zur Strukturierung und Modifizierung von Oberflächen, Teil der Oberflächentechnik oder Wärmebehandlung.
Hier ist eine kleine Übersicht über das Beschichtungsverfahren nach dem Ausgangszustand des Beschichtungsmaterials:
Die aufzubringenden Materialien sind:

  • gasförmig: chemische Gasphasenabscheidung physikalische Gasphasenabscheidung
  • flüssig: bemalen bzw. färbeln, lackieren, tauchlackieren, Elektro-Tauchlackieren anodisch, kathodisch, Schmelztauchen, emaillieren, Vorhangbeschichtung
  • gelöst: galvanisieren, eloxieren, chromatieren, verzinken, phosphatieren, verzinnen, Sol-Gel, chemisch Nickel, Lüstersud, mechanische Verzinkung
  • fest: thermisches Spritzen, pulverbeschichten, Auftragslöten, Plasma-Pulver-Auftragsschweißen, Auftragsschweißen, Wirbelsintern, Sputtern (Kathodenzerstäubung)
Oberfräse, Stationäre

Mit stationären Oberfräsen werden vorwiegend Formen kopiert und Beschlagsteile eingelassen. Besonders geeignet sind sie für die Fertigung von Massenartikel aus Holz, Kunststoff und ähnlichen Werkstoffen. Die zur Schwingungsdämpfung aus Grauguss gefertigten Maschinen ähneln einer Ständerbohrmaschine oder einer einfachen Konsolenfräsmaschine. Der Fräskopf beziehungsweise der Maschinentisch können um bis zu 90° in beide Richtungen geschwenkt werden. Die Frässpindel verfügt gewöhnlich über einen Support in axialer Richtung, den eigentlichen Vorschub führt das Werkstück von Hand aus. Beim Kopierfräsen wird das Werkstück auf ein Negativform gespannt, die während des Fräsens durch einen zentrisch zum Fräser in den Tisch eingelassenen Kopierstift geführt wird. Die Drehzahlen erreichen bis zu 20.000/min.

Orbitalschweißen

Orbitalschweißen ist ein vollmechanisches Schutzgasschweißverfahren, bei dem der Lichtbogen maschinell ohne Unterbrechung 360 Grad um Rohre oder andere Rundkörper herumgeführt wird. Anlagenkomponenten: Die Grundkomponenten jeder Orbitalschweißanlage sind Stromquelle mit Steuerung, Schweißkopf und ggf. Drahtvorschub. Bei den Anlagen sind die Schweißparameter (z. B. Lichtbogenlänge, Stärke und Pulsfrequenz des Schweißstroms, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgastyp), abhängig von der Schweißnahtgeometrie, dem Grund- und Zusatzwerkstoff sowie anderen Komponenten wie z. B. dem  Schutzgastyp, frei programmierbar. Das Schweißverfahren ist entweder das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) oder das Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG). Der eigentliche Schweißprozess erfolgt mittels einer Schweißzange , auch Orbitalschweißkopf genannt, die in der geschlossenen Ausführung das Rohr ganz umfasst und auf den Rohrdurchmesser abgestimmt sein muß. In der Kammer, welche mit dem Schutzgas vollständig ausgefüllt ist, wird der Schweißkopf um das Rohr herumgeführt.

Die Zuführung von Schweißzusatzwerkstoff ist wegen der Kapselung nicht möglich.
Deshalb werden die Rohre stumpf (spalt- und versatzfrei) aneinandergefügt (I-Fuge). Dieser Schweißzangentyp ist wegen des vollständigen Umschließens des Rohres besonders für die Verarbeitung von nichtrostenden Stählen geeignet, da die Rohrnaht aussenseitig nicht oxidieren kann.
Es entstehen also keine Anlauffarben. Die Rohrinnenseite muss weiterhin durch Formieren vor der Oxidation geschützt werden. Die Abmessungder Schweißzange ist vergleichsweise  kompakt, so dass auch unter beengteren Montageverhältnissen noch geschweißt werden kann. Die Anwendung einer geschlossenen Schweißzange ist auf kleinere Rohrdurchmesser von zur Zeit etwa 76 mm (DN65) beschränkt. In der offenen Ausführung umfasst die Schweißzange das Rohr nicht vollständig; es existiert keine abgeschlossene Schutzgaskammer. Die möglichen Rohrdurchmesser sind in Intervallen variabel, von zur zeit wenigen Millimetern bis etwa 275 mm (DN 250). Wegen des mit der Größe schnell ansteigenden Gewichts und der geringen Kompaktheit ist das Verfahren ab einem gewissen Rohrdurchmesser nicht mehr wirtschaftlich anwendbar und handhabbar. Es kann Schweißzusatzwerkstoff zugeführt werden, da die Schweißkammer offen ist. Somit sind auch andere Nahtvorbereitungen als die spaltfreie I-Fuge  möglich. Im Allgemeinen wird die tulpenförmige U-Fuge bevorzugt. Für größere Rohrdurchmesser , die insbesondere im Kessel- und Pipelinebau erforderlich sind, kommen Schweißsysteme zum Einsatz, bei denen der Lichtbogen bzw. der Brennerkopf auf einer Schiene um das Rohr herumgeführt wird.
Bei mehrlagigen Schweißungen sind es manchmal auch mehrere Brennerköpfe, die gleichzeitig hintereinander die Schweißlagen einbringen. Eine max. Rohrdurchmesserbegrenzung gibt es bei diesen Systemen nicht.
Anwendung: Das Orbitalschweißverfahren kommt vorzugsweise im Rohrleitungsbau zur Anwendung, wo unter kontrollierbaren Bedingungen gleichbleibend hohe Nahtqualiltäten erzielt werden müssen. Hauptanwendungsgebiete sind der Pipelinebau, der Kesselbau, die Nahrungsmittel- und die chemische Industrie.
Rohrwandstärken und Wirtschaftlichkeit:  Nach dem Stand der Technik im Jahr 2009
ist die Orbitalschweißung nur bei einlagigen Schweißungen wirtschaftlich. Eine Ausnahme bilden Werkstücke, bei denen die Schweißnahtqualität im Vordergrund steht. Können reproduzierbare , gleichbleibende Nahtqualitäten  erzielt werden, tritt die Schweißgeschwindigkeit hinter die Schweißsicherheit zurück. Bei gleichzeitigem Einsatz mehrerer Schweißköpfe, z. B. im Pipelinebau, erlaubt das Orbitalschweißen  - auch bei Mehrlagenschweißung – hohe Schweißgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit. Dies ist aber wegen der Abmessung solcher Anlagen auf große Rohrdurchmesser beschränkt. Bei kleineren Abmessungen gilt allgemein, dass wegen der deshalb höheren erzielbaren Schweißgeschwindigkeit  mit der spaltlosen I-Fuge gearbeitet werden sollte. Dies ist bis etwa 4 mm möglich. Andernfalls ist der Rohrstoß als U-Fuge vorzubereiten. Die Vorbereitung dieser Fuge muss vollmaschinell  z. B. durch Drehen erfolgen, da mit manuellen oder teilmechanischen Verfahren keine ausreichende Qualität der Nahtvorbereitung erzielt werden kann. Die Schweißung kann nur unter Zugabe von Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt werden, was offene Schweißzangen erforderlich macht. Diese Faktoren machen die Orbitalschweißung dann gegenüber der manuellen Schweißung – vor allem auch bei evtl. notwendiger Mehrlagenschweißung – unwirtschaftlich, und sie wird nur bei hohen Anforderungen an die Nahtqualität eingesetzt.