Unsere Use Cases in der Automotive-Branche

Aufgabenstellung

Bei Stromschienen, z. B. für die Automobilindustrie, müssen dauerhaft geringe Übergangswiderstände an den Verbindungsstellen sichergestellt werden.

Lösung mit Mehrwert

Zinn-Oberflächen garantieren dauerhaft geringe Übergangswiderstände. Gleichzeitig verhindert die Verzinnung die Oxidation des Grundmaterials Kupfer.

Interessant für

• Elektroindustrie
• Automobilindustrie
• Consumer (Haushaltsartikel usw.)
• Maschinenbau (Lebensmittel-/ Verpackungsmaschinen)

So werden manche Anwendungen im Leichtbau durch Oberflächentechnik erst möglich gemacht!

Aufgabenstellung

Bei einem Blech für ein Bremsregelsystem im Automobilbereich wurde Kupfer eingesetzt. Das Kühlblech dient in dem Bremsregelsystem dafür, Wärme von einem Prozessor abzuleiten. Der Wunsch, das Kupfer durch Aluminium zu ersetzen, war in diesem Fall naheliegend: Zum einen ist Aluminium drei Mal leichter wie das Kupfer-Material, spart also rund 66% Gewicht. Zum anderen ist Aluminium im Einkauf deutlich günstiger als Kupfer. Die Aufgabenstellung war es, das Aluminium mit einer Schicht zu versehen, die eine stoffschlüssige Verbindung des Prozessors mit der Platine ermöglicht, um die gewünschte Wärmeableit-Funktion zu erfüllen.

Lösung mit Mehrwert

Um die Wärme von den Prozessoren abzuleiten und das Wärmeableitblech stoffschlüssig mit dem Prozessor zu verbinden, wurde vorher das Grundmaterial (Kupfer) verzinnt. Um bei Aluminium einen stoffschlüssigen Verbund mit dem Prozessor herzustellen, wird das Material chemisch vernickelt und anschließend verlötet. Was hier so einfach klingt, ist das Ergebnis einer kundenbezogenen Entwicklung der Holzapfel Group, die vor dem Serienstart zwei Jahre lang intensiv an dem Projekt gearbeitet hat.

Um den spezifischen Ansprüchen der Platine und der Forderung nach Wärmeableit-Fähigkeit nachzukommen, haben wir ein spezielles chemisch Nickel-Verfahren entwickelt, um die Lötfähigkeit sicherzustellen. Eine besondere Herausforderung war dabei, die Lötstellen so auszurichten, dass sie beim Beschichtungsvorgang immer prozesssicher beschichtet werden. Dies war nur durch die Entwicklung einer speziellen Gestelltechnik möglich, um die Bauteile gerichtet durch die Beschichtungsanlage zu befördern. Gleichzeitig wurde bei der extra angefertigten Gestelltechnik darauf geachtet, eine hohe Packdichte – also möglichst viele Bauteile pro Beschichtungsvorgang – zu erreichen, um den Beschichtungsprozess noch wirtschaftlicher zu machen. Neben den reduzierten Materialkosten für die Platine durch den Einsatz von Aluminium statt Kupfer wird also auch der Beschichtungsprozess effizienter.

Weiterhin hat die Holzapfel Group zusammen mit dem Kunden eine fertigungsbegleitende Lötfähigkeitsprüfung zur Absicherung der Beschichtungsqualität entwickelt. Außerdem wird das Bauteil mit dem speziellen Beschichtungsprozess so für den nächsten Bearbeitungsschritt vorbereitet, dass es mit einer speziellen Lötpaste gelötet werden kann, ohne vorher oder hinterher gereinigt zu werden.

Wertstromoptimierung als weiterer Vorteil

Der Automobilindustrie-Kunde der Holzapfel Group profitiert zudem von der Wertstromoptimierung, die während der Projektphase durchgeführt wurde: Die Gestelltechnik wurde unter Berücksichtigung der vorhandenen Kundenkassetten angepasst. So werden die Bauteile nach dem Beschichtungsprozess aus der Beschichtungskassette in die Kundenkassetten lagerichtig umgelagert. Der Kunde kann die Platinen anschließend automatisiert mit dem Roboter aus den Verpackungen entnehmen und seinem Montageprozess zuführen. Bei zwei Bauteilen, die in Millionen-Stückzahlen mit lötfähigem chemisch Nickel versehen werden, ist dies ebenfalls ein relevanter Aspekt in Sachen Wirtschaftlichkeit.
 

Technische Details und Vorteile der lötfähigen chemisch Nickel-Beschichtung:

• Lötfähigkeit
• Funktionelle Oberfläche für Korrosions- und Verschleißschutz
• Maßhaltige Beschichtung
• Hohe chemische Beständigkeit
• Hohe Abriebfestigkeit
• Blei- und cadmiumfreier Schichtaufbau

Interessant für

• Automotive
• Elektronische Steuer- und Regelgeräte
• Elektroindustrie - bspw. Kühlkörper (Stanzkühlkörper, Druckgusskühlkörper), Gehäuse für Steuerungstechnik, leistungselektronische Geräte
• Mikroelektronik
• Maschinenbau
• Anlagentechnik
• Medizinindustrie / Medizinische Geräte
• Feinmechanik / Optische Industrie
• Luft- und Raumfahrtindustrie

Aufgabenstellung

Eine pulvermetallurgisch hergestellte Rastscheibe kommt in einem System zum passiven Fußgängerschutz zum Einsatz, um Unfallfolgen wie Verletzungen zu minimieren. Bei einem Frontalaufprall oder der Kollision mit einem Fußgänger setzt die Rastscheibe einen Entriegelungsmechanismus in Gang, so dass die Motorhaube am hinteren Ende (unterhalb der Windschutzscheibe) aufspringt. Dadurch federt die Motorhaube den Aufprall ab und mindert bspw. das Risiko, dass Fußgänger mit dem Kopf auf harte Teile des Motors treffen. Die filigrane Rastscheibe erfüllt dabei mit der Entriegelung eine wesentliche Funktion, weshalb die dauerhafte Funktionssicherheit des Bauteils unerlässlich ist. Dabei spielt auch der Korrosionsschutz eine wichtige Rolle, gerade im exponierten Bereich des Motorraums. Die Rastscheibe mit ihren im Fall des Aufpralls ineinandergreifenden und einrastenden Nocken wird pulvermetallurgisch hergestellt, weil solch filigrane Bauteile kaum spanend oder fräsend produziert werden können.

Pulvermetallurgisch hergestellte Bauteile (Sinterwerkstoffe) haben jedoch bei ihren konstruktiven Vorteilen den Nachteil, dass sie sich nicht ohne weiteres galvanisch beschichten lassen, was das Erhöhen des Korrosionsschutzes erschwert. Denn aufgrund ihrer porenartigen Struktur neigen pulvermetallurgisch hergestellte Konstruktionsteile dazu, bei der Veredelung in wässrigen Prozessen die dort verwendeten Flüssigkeiten aufzunehmen und diese zeitverzögert wieder abzugeben. Das daraus entstehende Fehlerbild wird als „Bleed out“ bezeichnet und führt bei galvanischen Beschichtungen wie Zink- oder Zinklegierungsverfahren zur Ablagerung von Salzen auf der Oberfläche. Diese Salze greifen häufig auch das Beschichtungsmaterial an und führen lokal zur Korrosion des Sinterteils. Zwar ist es gängig, Sinterwerkstoffe vor der galvanischen Beschichtung zu Imprägnieren. Die konventionellen, aus der Gussindustrie übernommenen Verfahren zeigen jedoch bei der Imprägnierung von Sinterbauteilen, die anschließend eine Oberflächenveredelung erhalten, nur mäßigen Erfolg.

Lösung mit Mehrwert

Die Holzapfel Group hat mit Sinter Surface Solutions eine Komplettlösung zur Imprägnierung und Beschichtung entwickelt, die das Fehlerbild des Bleed out zuverlässig verhindert. Für die Sinter Surface Solutions wurde die Imprägnierung gezielt optimiert, indem sowohl der Imprägnierprozess als auch die verwendeten Harze den Notwendigkeiten einer beschichtungsgerechten Imprägnierung angepasst wurden. Die wesentliche Innovation des Verfahrens besteht in der Anpassung des Aushärtungsprozesses, so dass eine sichere Imprägnierung bis an den Rand der Bauteiloberfläche sichergestellt ist. Auch für die Ratsscheibe wurde diese Lösung mit verbesserter Imprägnierung und optimiertem Aushärtungsprozess sowie speziell angepasster Beschichtung gewählt.

Interessant für

Automotive, z. B. für Getriebeteile wie Ringe, Naben, und Kupplungskörper, für Bauteile im Motorraum (Zahnräder, Lagerdeckel, Kettenräder) oder im Bereich des Lenksystems (Kolben, Führungen)