Betrouwbare vacuümvoorziening voor plasmanitreren

HWL Löttechnik

De specialiteit van HWL Löttechnik GmbH in Berlijn is warmtebehandeling van staal en andere metalen. En dan met name voor de luchtvaart- en auto-industrie en de energiecentralesector. Ze bieden nagenoeg alle soorten warmtebehandeling. Van inductieverharding en -ontlaten tot vacuümverharding, -ontlaten en -solderen. En alle soorten case hardening.

HWL Löttechnik is - met slechts één medewerker - in 1981 opgericht op een binnenplaats in Berlijn-Wedding. Na twee jaar is bij HWL de allereerste vacuümoven in Berlijn in bedrijf genomen. Sindsdien houden ze zich bezig met de warmtebehandeling van staal en andere metalen, waaronder titanium. In 1996 verhuist het bedrijf naar een nieuw gebouw in Berlijn-Reinickendorf en in 2006 opent het een tweede locatie. Vandaag de dag telt HWL 30 medewerkers en er zijn plannen voor een derde vestiging. De installaties zijn het hele jaar - 365 dagen - in bedrijf.

Kai Lembke werkt sinds 2004 in het familiebedrijf HWL en is sinds 2011 aandeelhouder en lid van de directie. Omdat veel van de klanten met alleen maar een idee komen, ziet hij het bedrijf vooral als ontwikkelingspartner. De ideeën vormen de basis voor prototypes en kleine series en leiden vaak tot grootschalige producties. Dit proces omvat in de meeste gevallen uiterst complexe taken. Hierbij zoekt HWL dan samen met de klant naar oplossingen. De activiteiten van HWL als officiële partner voor Rolls Royce Aerospace research bewijst wel de expertise van het bedrijf.

Proces van plasmanitreren

Plasmanitreren wordt steeds belangrijker voor warmtebehandeling bij HWL. Hierin hebben ze inmiddels meer dan 30 jaar ervaring. Dankzij het gebruik van ultramoderne systeemtechnologie en -besturing is het nu mogelijk om de structuur en samenstelling van de verbinding en de diffusielaag continu te controleren en te bewaken. Om uniforme resultaten voor warmtebehandeling te bereiken, wordt gebruik gemaakt van pulserende gelijkstroomplasma. Het voordeel van dit thermochemische proces is dat de warmtebehandeling kan worden uitgevoerd bij relatief lage temperaturen. Zo tussen 520 en 580° Celsius. Om het plasma elektrisch geleidend te maken moeten vrije ladingdragers voor de elektriciteitsoverdracht beschikbaar zijn. Maar om dit elektrische geleidingsvermogen te realiseren bij atmosferische druk zijn economisch onrealistische temperaturen nodig. Daarom werkt HWL met een druk van 2,5 millibar. Dit maakt in de praktijk een warmtebehandeling onder 600 °C mogelijk. In vergelijking met andere methoden voor warmtebehandeling zijn dit lage temperaturen. Dit heeft een positief effect op het vervormingsgedrag van de componenten. Een ander voordeel is dat afzonderlijke delen van componenten - die niet moeten worden genitreerd - mechanisch kunnen worden afgedekt. Op die manier worden ze van het nitreerproces uitgesloten. En verandert er niets aan de eigenschappen van het oppervlak onder de afgedekte gebieden.

Vóór het eigenlijke plasmanitreerproces worden de te behandelen componenten nauwkeurig op het assemblageapparaat gepositioneerd. Hier openbaart zich de jarenlange ervaring van HWL. Want om de gewenste oppervlakte-eigenschappen te bereiken, moeten de onderdelen in een optimale positie in de oven worden geplaatst. Na het laadproces wordt de gesloten oven geëvacueerd tot de vereiste procesdruk en door een wandverwarmingselement verhit. Na dit verwarmingsproces worden de componenten in een stikstofatmosfeer blootgesteld aan gloei-ontlading. Hierbij ontstaat een plasma. Tijdens dit proces splitst de stikstof zich, ioniseert en hecht zich aan het oppervlak van de onderdelen. De exacte behandelingstemperatuur en de nitreertijd zijn niet alleen afhankelijk van het materiaal, de grootte en de samenstelling van de componenten. Maar ook van de te bereiken hardingsdiepte van het nitreren. Na het nitreren wordt de oven met de componenten afgekoeld. Het hele proces duurt tussen 17 en 30 uur. Al die tijd is het vacuümsysteem in bedrijf (afb. 1).

Vacuümsysteemoplossing en voordelen klant

HWL heeft al lang positieve ervaringen met vacuümpompen van de onderneming Dr.-Ing. K. Busch GmbH. Nu, sinds de nieuwe nitreeroven uit 2013 beschikken ze ook over een vacuümsysteem van Busch. Deze bestaat uit een oliegesmeerde R5 draaischuifvacuümpomp als voorpomp en een PUMA vacuümbooster. Dit vacuümsysteem bereikt een einddruk van <1 x 10^-2 mbar. Hierbij ligt de werkelijke werkdruk tijdens het proces op 2,5 millibar. Hierdoor wordt gebruikgemaakt van de optimale pompsnelheid van het vacuümsysteem, die het hoogst is in dit bedrijfsbereik/toepassingsgebied (afb. 2).

Aan het begin van het proces evacueert de R5 draaischuifvacuümpomp de oven van atmosferische druk naar een ruw vacuüm van 100 millibar. Hierna wordt de PUMA vacuümbooster pas ingeschakeld. Als booster verhoogt het de pompsnelheid van het vacuümsysteem aanzienlijk, zodat de procesdruk snel wordt bereikt en stabiel blijft.
Het vacuümsysteem is een combinatie van een draaischuifvacuümpomp en een op het proces afgestemde besturing. Hierdoor wordt een maximale pompsnelheid bereikt met een zo laag mogelijk energieverbruik. Het nauwkeurig handhaven van de werkdruk en pompsnelheid zorgen voor reproduceerbare en gedocumenteerde processen. Hierdoor kunnen de gewenste producteigenschappen precies worden bereikt. HWL nitreert voornamelijk hooggelegeerde roestvaste staalsoorten. Maar ook constructiestaal en gesinterde metalen worden met dit proces behandeld. Sinds de opstart van de nitreeroven in 2013 is er nooit een storing of uitval van het vacuümsysteem geweest. En dat in continu bedrijf. De enige onderbrekingen zijn instel- of plaatsingstijden.
Voor Kai Lembke is de absolute betrouwbaarheid van de vacuümtechnologie van enorm belang. Uitval van het vacuümsysteem tijdens het proces kan namelijk de hele serie van hoogwaardige en dure precisiecomponenten onbruikbaar maken. Maar in de afgelopen twaalf jaar is er nooit een storing in de vacuümvoorziening geweest. Voor Kai Lembke is het duidelijk. Voor de geplande uitbreiding van het bedrijf en divisie "plasmanitreren" komen alleen nitreringssystemen in aanmerking die zijn uitgerust met vacuümtechnologie van Busch. Zo blijft onderhoud van het vacuümsysteem tot een minimum beperkt. Naast de dagelijkse visuele controle van het olieniveau wordt de olie in de R5 draaischuifvacuümpomp en in de aandrijving van de PUMA vacuümbooster elke twee jaar vervangen. Daarbij is er altijd een Busch servicewerkplaats in de buurt die onmiddellijk op locatie is als er iets gebeurt.