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Warum weniger mehr ist

Manchmal muss man gar nicht allzu tief graben, um eine Lösung zu finden. Manchmal reicht es, sprichwörtlich einfach nur „an der Oberfläche zu kratzen“. Die neuesten Erkenntnisse in der Beschichtungstechnologie können dabei wahre Wunder wirken.

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Weltweit wächst die Bevölkerung pro Jahr um 80 Millionen Menschen. Zum Vergleich: Das sind die gesamten Einwohner der chinesischen Mega-Metropole Shanghai, multipliziert mit vier. Und das jedes Jahr! Dadurch wächst auch der globale Energiebedarf bis 2030 um fast die Hälfte. Und der Klimawandel macht das alles nicht einfacher. Fakt ist daher: Die Welt wird sich daran gewöhnen müssen, mit weniger als in der Vergangenheit auszukommen. Schließlich sind Ressourcen begrenzt. Die menschlichen Wünsche hingegen sind unbegrenzt und die Ansprüche werden auch in Zukunft nicht kleiner werden.

Dennoch müssen wir Menschen lernen, weniger Ressourcen und damit weniger Rohstoffe und weniger Energie zu verbrauchen. Schließlich sind es soft die Materialien selbst, die zur Resourcenvergeudung beitragen. Sie sind entweder zu schwer oder sie nutzen sich zu schnell ab. Aber wie schafft man es, dass Materialien gleichzeitig leicht und stabil sind?

Klicken Sie auf das Video, um mehr über Oberflächenlösungen und moderne Werkstoffe zu erfahren.

Schon seit langem stellen Unternehmen zum Beispiel in der Automobil- und Transportindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt ihre Produktion auf leichtere Materialien um. Diese verbrauchen dann weniger Energie, produzieren weniger Kohlendioxid und lassen sich auch leichter recyceln. Allerdings sind sie auch weniger haltbar. Wird Stahl in Teilen eines Motors durch Aluminium ersetzt, wird das Gewicht zwar reduziert, das Aluminium ist aber auch sehr viel weniger robust als der Stahl. Geht „eisenhart“ also nur mit Eisen, das zwar stabil, aber auch sehr schwer ist? Ja und nein. Wir werden ein weiches Material nicht per se hart bekommen. Es gibt aber noch eine andere Lösung: Denn wenn wir das Material selbst nicht verändern können, so können wir doch seine Oberfläche verbessern.

Diese als „Beschichtung“ bezeichnete Nachbehandlung von Werkstoffen ist alles andere als neu; es gibt sie seit Jahrzehnten. Lackierungen schützen das unterliegende Metall vor Rost oder die Farbe schützt die Wand des Hauses. Selbst Modellbauer wissen, dass ein angemalter Bausatz, der lange in seiner Farbenpracht strahlen soll, am besten auch lackiert wird. Die neuesten Hightech-Beschichtungen gehen allerdings einen großen Schritt weiter, denn sie leisten viel mehr, als nur Schutz vor den Elementen zu bieten oder schön auszusehen.

Heutige Beschichtungen sind zum Beispiel in der Lage, Reibung, Verschleiss oder Korrosion zu reduzieren und die Eigenschaften von Komponenten in Motoren, Bremsen oder Turbinen zu verbessern. Sie machen dadurch nicht nur leichte Stoffe stabiler, sie lassen durch ihre spezielle Oberfläche auch viel weniger Energie verpuffen als die herkömmlichen Werkstoffe. Die Vorteile liegen auf der Hand: Weniger Kohlendioxid, weniger Abrieb und insgesamt weniger Energieverbrauch.

In der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie zum Beispiel können Thermal Spray Beschichtungen auf den beweglichen Teilen eines Motors den Verschleiß reduzieren und die Leistungsdaten verbessern. Der Motor produziert weniger Reibung. Gleichzeitig wird auch weniger überschüssige Wärme erzeugt, was sowohl Energie spart als auch Wirkungsgrad und Lebensdauer des Motors verbessert. Beim Sportwagen Porsche 918 Spyder gelingt damit die Quadratur des Kreises: Höhere Leistung bei geringerem Öl- und Treibstoffverbrauch. So können Automobile mit nahezu 5% weniger Kraftstoff auskommen bei einem um 12% verringerten Gewicht des Motorraums. Ebenso kann der Ölverbrauch um nahezu ein Drittel reduziert werden. Für Autohersteller sind solche Technologien alles andere als nur „nice to have“. Schließlich gilt als sicher, dass Europa, die USA und auch China in den nächsten Jahren ihre zulässigen Grenzwerte für CO2-Emission in der Automobilindustrie weiter verschärfen werden.

Gleichzeitig werden Bauteile dank Thermal Spray Beschichtungen z.B. auf Öl- und Gasfeldern resistenter gegen Verschleiss und Korrosion und erhöhen dabei die Zuverlässigkeit und Lebensdauer signifikant. In Flugzeugtriebwerken zeigt sich der Nutzen von Thermal Spray Beschichtungen gar noch bestechender. In einer A320 Flugzeugflotte sorgen diese Hightech Schichten zum Beispiel dafür, dass global pro Tag mehrere Millionen Liter Treibstoff eingespart und Tausende Tonnen an CO2-Emissionen verhindert werden.

Ähnliche Vorteile bieten sogenannte Dünnfilmbeschichtungen, die oft fünfmal dünner als ein menschliches Haar sind. Dank ihnen werden beispielsweise Werkzeuge härter – beinahe so hart wie Diamanten – und verschleißfester, was sich in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Energiesektor in höherer Produktivität, Effizienzsteigerung und verlängerter Lebensdauer ausdrückt.

Inzwischen sind Dünnfilmbeschichtungen und Thermal Spray Beschichtungen aus der Materialwissenschaft längst nicht mehr wegzudenken, denn nur durch sie gelingt es, das am Anfang erwähnte, scheinbare Paradoxon zu lösen: Auf wenig zu verzichten und dennoch weniger zu verbrauchen. Oerlikon Balzers und Oerlikon Metco stehen seit Jahren an vorderster Front in der Entwicklung von Dünnfilm, Thermal Spray und anderen Beschichtungstechnologien. Zusammen mit ihren massgeschneiderten Werkstoffen, Beschichtungs- und Bearbeitungsservices sowie Synchronisierungs- und Turbinenkomponenten helfen sie Unternehmen, die Ertragskraft zu steigern und Umweltbelastungen zu reduzieren.

Von Erik Sherman und Veit Etzold

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