Weltgrößte VPS-Beschichtungsanlage mit trockener Vakuumtechnik

Die weltgrößte Vacuum-Plasma-Spraying (VPS)-Beschichtungsanlage hat jetzt die Firma Medicoat AG an ein US-amerikanisches Forschungsinstitut geliefert. VPS ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem Oberflächen unter Vakuum plasmaunterstützt beschichtet werden können, um diesen bestimmte Eigenschaften zu verleihen, die das Trägermaterial nicht aufweist. Mit einem Vakuumkammervolumen von 19.000 Litern ist dies nicht nur die größte VPS-Anlage, sondern bei Medicoat mit den erstmals eingesetzten COBRA Schrauben-Vakuumpumpen auch die erste, die mit komplett trockener Vakuumtechnologie von Busch arbeitet.

Medicoat AG beschäftigt sich seit 30 Jahren in der Schweiz mit verschiedenen Beschichtungsverfahren. Am Standort Mägenwil bietet Medicoat als Lohnbeschichter seinen Kunden verschiedene Beschichtungen durch thermisches Spritzen an, wobei man sich hauptsächlich auf VPS-Beschichtungen, APS-Beschichtungen (Atmospheric Plasma Spraying) und HVOF-Beschichtungen (High Velocity Oxygen Fuel) spezialisiert hat.

Das über viele Jahre aufgebaute Know-how im Bereich komplexer Beschichtungsverfahren nutzt Medicoat beim Bau von eigenen Beschichtungsanlagen. Der Anlagenbau „Thermo Spraying Systems" befindet sich in Wohlen. Dort werden VPS-Beschichtungsanlagen sowie APS- und HVOF-Anlagen konzipiert, konstruiert und gebaut. Die große Stärke von Medicoat ist es, auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Kunden einzugehen und in Einzelfertigung Beschichtungsanlagen zu bauen. Dabei werden die Größe der Prozesskammer, Gasführung, Vakuumversorgung sowie Steuerung und Kühlung individuell ausgelegt. Ursprünglich war Medicoat hauptsächlich im Bereich der Medizintechnik tätig und hat im VPS-Verfahren biokompatible Beschichtungen für Implantate erzeugt, die den Knochenzellen beste Bedingungen zum Einwachsen bieten. Inzwischen bietet Medicoat Beschichtungsanlagen für viele Bereiche bis hin zur Beschichtung von Turbinenschaufeln an, die dadurch eine hohe Beständigkeit gegen Gaskorrosion bei hohen Temperaturen erhalten. Medicoat AG beschäftigt derzeit 70 Mitarbeiter in Mägenwil und Wohlen. 95 Prozent aller gefertigten Anlagen werden exportiert.

Der technologisch anspruchsvolle Beschichtungsprozess einer VPS-Anlage erfordert eine doppelwandige, wassergekühlte Vakuumkammer. Diese wird mit den zu beschichtenden Teilen bestückt und geschlossen. Das Vakuumsystem evakuiert die Kammer auf einen Druck von 0,08 Millibar. Damit wird sichergestellt, dass der Luftsauerstoff und der den Teilen anhaftende Wasserdampf vollständig abgesaugt wird um keine negativen Einflüsse auf die Teile nehmen zu können. Außerdem wird dadurch die Voraussetzung geschaffen, eine äußerst reine Gasatmosphäre zu erzielen. Es folgt die Spülung mit Argon auf einen Druck von 100 Millibar und eine weitere Evakuierung auf 1 Millibar.

Erst jetzt beginnt durch den Einlass des Prozessgasgemisches und das Einschalten des Plasma-Brenners der eigentliche Beschichtungsprozess. Dieser ist jeweils auf die individuelle Beschichtung und das Material zugeschnitten. Im Wesentlichen kann die Beschichtung durch die Energiezufuhr, die verwendeten Gase und Gasgemische, die Temperaturen, Zeiten und durch das Druckniveau der einzelnen Prozessschritte beeinflusst werden.

Bei einer hohen Stromstärke erzeugt das Plasma einen Lichtbogen, der die Energie auf die zu beschichtenden Teile überträgt. Das Spritzpulver wird in den Gasstrahl eingemischt, wobei sich im Temperaturbereich über 20.000° Celsius flüssige Tröpfchen bilden, die beschleunigt, verdichtet und auf die Werkstückoberfläche aufgespritzt werden. Ein Handling-Roboter in der Vakuumkammer führt dabei den Plasmabrenner (Fig. 1) und sorgt dafür, dass alle Teile gleichmäßig besprüht werden. Der komplette Beschichtungsprozess dauert um die 30 Minuten.

Die von Medicoat jetzt gebaute größte Beschichtungsanlage besteht aus einer Vakuumkammer mit 2, 2 Metern Durchmesser und einer Länge von vier Metern. Der Plasma-Brenner arbeitet mit einer Stromstärke von 3.000 Ampere anstatt der bei kleineren Anlagen üblichen 1.700 bis 2.000 Ampere.

Neue Wege beschreitet Medicoat nun mit der eingesetzten Vakuumtechnologie. Da für den Kunden die exakte Einhaltung bestimmter Druckniveaus für seinen Beschichtungsprozess äußerst wichtig ist, hat sich Projektleiter Christian Specht für frequenzgeregelte COBRA Schrauben-Vakuumpumpen als Vorpumpen für das Vakuumsystem (Fig. 2) entschieden. Das Vakuumsystem ist dreistufig aufgebaut. Es besteht aus jeweils zwei Puma Vakuum-Boostern, die die abgesaugte Luft beziehungsweise das Spül- oder Prozessgas vorverdichten und dann in zwei weitere parallel arbeitende Puma Vakuum-Booster fördern. Dadurch erfolgt eine weitere Verdichtung, bevor die Gasgemische oder Gase in den beiden nachgeschalteten COBRA Schrauben-Vakuumpumpen weiter komprimiert werden um somit den Enddruck in der Anlage zu erreichen. Die Baugrößen der eingesetzten Booster sind so aufeinander abgestimmt, dass ein Saugvermögen von 12.000 Kubikmetern pro Stunde erreicht wird. Das Vakuumsystem ist in der Lage, in der Vakuumkammer rasch den erforderlichen Druck für die Erstevakuierung von 0,08 Millibar zu bringen, kann aber in allen Druckbereichen bis zu 900 Millibar arbeiten und den für den Prozess benötigten Sollwert genau einhalten.


Fig. 2: Das Vakuumsystem von Busch mit zwei COBRA Schrauben-Vakuumpumpen als Vorpumpen und einem Saugvermögen von 12.000 Kubikmetern/Stunde

Neben dem frequenzgeregelten Antrieb besitzen COBRA Schrauben-Vakuumpumpen den Vorteil, dass sie wassergekühlt sind. Dadurch lässt sich die Betriebstemperatur einstellen beziehungsweise in einem Temperaturbereich fahren, der verhindert, dass ein Prozessgas in der Vakuumpumpe auskondensiert. Beide COBRA Schrauben-Vakuumpumpen sind an das Kühlwassersystem der VPS-Beschichtungsanlage angeschlossen. Dieses versorgt die komplette Anlage mit ionisiertem Kühlwasser. Durch die Wasserkühlung entsteht zudem keinerlei Wärmeemission. COBRA Schrauben-Vakuumpumpen arbeiten vollkommen trocken. Das heißt, sie benötigen keine Betriebsflüssigkeit innerhalb des Verdichtungsraums, die sich mit dem Prozessgas vermischen könnte.

Im Bereich der Vakuumtechnik arbeitet Medicoat seit 25 Jahren mit der Firma Busch Vakuumpumpen und Systeme zusammen und konzipiert mit ihr zusammen auch jeweils die Vakuumsysteme. Dabei ist Projektleiter Christian Specht wichtig, dass Busch mit seiner Schweizer Gesellschaft Busch AG in Magden im Aargau ganz in der Nähe und somit eine kompetente Beratung vor Ort schnell und unkompliziert gewährleistet ist. Außerdem ist ihm wichtig, dass Busch mit 60 eigenen Firmen in 42 Ländern ein globales Servicenetz bietet. Daher empfiehlt man allen Kunden bei der Installation einer neuen Beschichtungsanlage, mit der zuständigen nationalen Busch Gesellschaft zusammenzuarbeiten und mit ihr einen Wartungsvertrag abzuschließen.

So kann überall auf der Welt ein schneller und zuverlässiger Service gewährleistet werden. Bislang hat Medicoat hauptsächlich Vakuumsysteme für seine Beschichtungsanlagen eingesetzt, die mit R 5 Drehschieber-Vakuumpumpen als Vorpumpen arbeiteten. Für Christian Specht bilden diese ölgeschmierten Vakuumpumpen äußerst zuverlässige und robuste Komponenten in seinen Anlagen. Bedingt durch die Bauart können R 5 Drehschieber-Vakuumpumpen nur in einem begrenzten Bereich frequenzgeregelt werden, sodass diese Vakuumtechnologie für die größte VPS-Beschichtungsanlage nicht eingesetzt werden konnte.


Kategorien
Möchten Sie mehr erfahren?
Nehmen Sie direkt mit uns Kontakt auf (Busch Schweiz):
+41 (0)61 845 90 90 Kontaktformular