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Die Nadeln von Industrie-Nähmaschinen sind mechanisch hoch belastete Teile. Daher werden sie mit reibungsarmen Schichten wie diamantähnlichem Kohlenstoff bedampft. Eine neue Anlage beschichtet schnell und gleichmäßig selbst extrem geformte Stücke.
Bei diesem Duell wäre selbst das tapferste Schneiderlein klar unterlegen: Eine Industrie-Nähmaschine sticht bis zu 160 Mal in der Sekunde zu und vernäht dabei einen Meter Bekleidungsstoff in weniger als drei Sekunden. Bei solchen Geschwindigkeiten erhitzt sich die Nadel durch Reibung mit dem Stoff derart stark, dass ihre Festigkeit und Elastizität leidet.
Um schneller nähen zu können, werden die Nadeln mit Substanzen ummantelt, die die Reibung erniedrigen - diamantähnlicher Kohlenstoff eignet sich dazu besonders gut. Zur Beschichtung wird ein kohlenstoffhaltiges Gas wie Methan oder Acethylen von einem elektrischen Strom zersetzt. Die Kohlenstoffatome scheiden sich auf den Nähnadeln ab und bauen die Schicht in der gewünschten Zusammensetzung auf. Doch fordern spitze Geometrien wie Nadeln den Beschichter heraus: Ähnlich wie ein Blitz in die hervorragende Spitze des Blitzableiters einschlägt, glüht die Spitze der aufrecht stehenden Nähnadel bei der Entladung im Plasma. Die Zusammensetzung der abgeschiedenen Stoffe ist kaum beherrschbar. Genau wie beim Nähen verändern sich oberhalb der »Anlasstemperatur« von rund 300 °C zudem die mechanischen Eigenschaften der meisten Stähle in unerwünschter Weise. In einer Anlage des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM dagegen wachsen die Schichten gleichmäßig und kontrollierbar.
Worauf es bei der Plasmabeschichtung ankommt, erläutert der Ingenieur Sven Meier vom IWM: »Flache und einfach geformte Metallteile werden seit einigen Jahren gleichmäßig mit den unterschiedlichsten Stoffen bedampft. Bei extrem geformten Stücken hingegen wird das elektrische Feld an Spitzen und Kanten stark verzerrt. Dank der besonderen Bauweise unserer Anlage können wir selbst Nähnadeln gleichmäßig und planbar beschichten.«
Die Konstruktion der Anlage bringt weitere Vorteile mit sich: »Durch das gleichmäßigere Beschichten wird auch die freigesetzte Wärmeenergie besser verteilt. Daher können wir je nach Substrat zwanzigmal schneller beschichten als konventionelle Anlagen«, betont Meier. Zudem sind die Apparaturen sehr flexibel aufgebaut. Sie können so schnell an die jeweiligen industriellen Erfordernisse angepasst werden - je nachdem, welche und wieviele Teile pro Zeit mit den reibungsarmen Schichten bedampft werden sollen.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Sven Meier
Telefon: 07 61/51 42-2 33
Fax: 07 61/51 42-1 10
smei@iwm.fhg.de
http://www.iwm.fhg.de/arbeitsgebiet/lb/lb51.html
http://www.fraunhofer.de/german/press/md/index.html
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Maschinenbau, Mathematik, Physik / Astronomie, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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