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  PRESSE-INFO (September 2004)
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Beschichtungsanlagen nach Maß erschließen
neue industrielle Anwendungen

Für anspruchsvolle Oberflächenbehandlung
zwei Technologien vereint

Die moderne Oberflächentechnik ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Beschichtungsverfahren. Sie fängt beim einfachen Farbanstrich an, um eine Oberfläche optisch zu verschönern und endet mit komplexen Schichtsystemen. Thermische Spritzver- fahren werden durch die Energiequellen, welche der Aufschmelzung von Schichtwerkstoffen dienen, charakterisiert. Für hochwertige Schichten eignet sich besonders das Plasmaspritzen. Hierbei wird ein Gasgemisch, beispielsweise aus Argon, Wasserstoff und Helium, durch einen Hochenergie-Lichtbogen in der Plasmaspritzpistole erhitzt und ionisiert. Das bis zu 20.000 °C heiße Gas dehnt sich stark aus und kann beim Verlassen der Düse mehrfache Schallgeschwindigkeit erreichen. In diesem hochenergetischen Plasmastrahl wird pulverförmiger Beschichtungswerkstoff geschmolzen und auf der Werkstückoberfläche abgeschieden. Nach Art der Erzeugung wird zwischen Gleichstrom (kurz: DC-Direct Current)- und Induktions (kurz: IC-Inductively Coupled)-Plasmaspritzen unterschieden, wobei man „IC“ auch als Hochfrequenz (HF) bezeichnet. Zusätzlich hängt die Namensgebung von den Umgebungsbedingungen ab, unter denen der Plasmafreistrahl betrieben wird. Für das Vakuum-Plasmaspritzen (VPS) steht seit Neuestem eine Beschichtungsanlage zur Verfügung, die beide der oben genannten Technologien in sich vereint. Durch die Kombination von DC- und HF-Plasma lassen sich vor allem für Lohnbeschichtungsunternehmen neue Märkte erschließen.

Know-how aus der Medizintechnik steckt im Gerätebau
Das 1989 von Dr. Heiko Gruner gegründete Unternehmen Medicoat AG mit Sitz im schweizerischen Mägenwil beschäftigt sich von Anfang an mit dem Beschichten von Prothesen. Etwa 20.000 Teile werden jährlich für die verschiedensten Auftraggeber bearbeitet. Allein im Bereich der Hüftgelenke gibt es weltweit rund 800 Hersteller. In diesem sensiblen Tätigkeitsfeld kommt es auf absolute Sauberkeit und höchste Präzision an. Die beschichtete Oberfläche zementlos implantierter Endoprothesen muss einen stoffschlüssigen Verbund zwischen Implantat und Knochen ermöglichen. Alle Kriterien für eine langzeitstabile Integration sind dann erfüllt, wenn die Formgebung der Prothese den Gesetzen der Biomechanik entspricht, nur biokompatible Materialien verwendet werden und eine im Vakuum-Plasma-Spritzverfahren aufgebrachte Titan/Hydroxylapatitschichtkombination (Ti/HA) ein rasches und dauerhaftes Einwachsen der Knochenzellen sichert. Knochenzellen verankern sich besonders gerne in strukturierten Oberflächen, deren Rauhigkeit und Offenporigkeit im Bereich von 100 bis 400 µm liegen. Die Kerbempfindlichkeit von Titan-Legierungen verbietet jedoch eine so starke Aufrauhung des Prothesenkörpers selbst, beispielsweise durch Sandstrahlen. Hier bietet sich das Plasmaspritzen als Beschichtungsverfahren und Titan (Ti) als Schichtwerkstoff an. Für besonders haftfeste, duktile und chemisch reine Schichten dieses oxidationsempfindlichen Metalles ist das Vakuum-Plasma-Spritz (VPS)-Verfahren erforderlich, wobei sich die Strukturierung der Spritzschicht durch die Feinabstimmung des Spritzpulvers und der Strahl-Energie ergibt. Mit geeigneten Pulverkörnungen wird auf die nur leicht sandgestrahlte Prothesenoberfläche zunächst eine dichte Ti-Haftschicht gespritzt, gefolgt von einer sehr rauhen Ti-Struktur mit einer dünnen HA-Deckschicht. Diese Schichtkombination bietet den Knochenzellen idealen Freiraum zum Einwachsen, ohne dass die Dauerstabilität des Implantates beeinträchtigt wird. Die optimale Rauhigkeit der Ti/HA-Schichtkombination wird dabei der Beschaffenheit des jeweils umgebenden Knochens angepasst.

Bereits Mitte der 80er Jahre, bevor er sein eigenes Unternehmen gründete, begann Dr. Heiko Gruner mit der Optimierung eines Beschichtungssystems für Hüftgelenke. In enger Zusammenarbeit mit einem führenden Implantathersteller wurde die VPS-Technologie verfeinert, welche die Grundlage für die späteren Aktivitäten der Medicoat AG sein sollte. Das inzwischen erworbene Know-how dieser anspruchsvollen Anwendung der thermischen Spritztechnik wiederum bildete die Basis für die Beschichtungsanlagen, die Medicoat jetzt fertigt – ganz nach Maß und abgestimmt auf die jeweiligen Bedürfnisse der Kunden. „Schon in meinen Jugendjahren lernte ich, dass Kenntnisse zu erarbeiten sind, bevor sie in die Praxis umgesetzt werden“, erinnert sich Dr. Gruner. „Ich baute mir ein Elektronenmikroskop. Und da man mit Elektronen nur leitfähige Oberflächen betrachten kann, waren die Kohleverdampfung, und später die Goldzerstäubung wichtige Beschichtungsverfahren, die mich gefangen nahmen und mir Erfolg in der praktischen Anwendung vermittelten. Schichten haben mich seither nicht mehr los gelassen.“

Visualisierung über den gesamten Prozess
Anspruchsvolle Anwendungen wie das Beschichten von Oberflächen in der Medizintechnik erfordern anspruchsvolle Anlagen. Diese unterliegen bei Medicoat einem ständigen Optimierungsprozess, wobei alle Komponenten beziehungsweise das gesamte Umfeld mit einbezogen werden. Bereits in den 90er Jahren entstand ein Konzept mit zentraler Steuerung. Kernstück ist ein leistungsfähiger Personal Computer, welcher direkt mit der speicherprogrammierbaren Steuerung kommuniziert. Sie ist für die konstant-Regelung aller Prozessparameter verantwortlich. Die Prozessvisualisierung, die Speicherung aller schichtrelevanten Daten und ihre bildliche Dokumentation sind darin integriert. Damit werden Qualität und Reproduzierbarkeit der Schicht garantiert und der Dokumentation des Prozessablaufs zugeordnet.

Volumetrisches Pulverfördersystem für Plasma-, Flamm- und HVOF-Anwendungen
Eine der wichtigen Komponenten, die Medicoat entwickelt und produziert, sind Pulverförderer. Sie lassen sich an jede thermische Spritzanlage anpassen und funktionieren nach dem volumetrischen Regelprinzip, unterstützt von einem permanenten Wägeprozess mit Hilfe einer schwingungs-unempfindlichen Waage. Die Pulverdosierung erfolgt kontinuierlich zunächst auf einem rotierenden Teller und von dort direkt in den Trägergasstrom. Kennzeichen der Medicoat-Förderer ist die Entkopplung der Transportparameter von den Injektionsbedingungen. Damit kann der Pulverstrom auf mehrere Leitungen verteilt werden, was die Pulverausnutzung im Spritzprozess signifikant steigert. Das Fördersystem Quattro beispielsweise ist ausgelegt für einen Materialbezug aus bis zu vier Behältern – gleichzeitig oder nacheinander.

Offene Systemtechnik fördert Partnerschaft
Bei der Herstellung schlüsselfertiger Beschichtungsanlagen entscheidet der Kunde, welche systemspezifischen Eigenschaften zu erfüllen sind. Auf einer absoluten Vertrauensbasis arbeitet Medicoat mit den Anwendern zusammen, um Maschinen mit entsprechendem Zubehör liefern zu können, die exakt auf die Wünsche des Unternehmens abgestimmt sind. „Für neue, industrielle Applikationen oder für die Modernisierung bestehender Anlagen ist es notwendig, möglichst viele Kenngrößen messtechnisch zu erfassen, damit sich alle schichtrelevanten Parameter konstant regeln lassen“, erläutert Dr. Heiko Gruner. „Dabei bringen wir unser spritztechnisches Know-how in die gemeinsam entwickelte Anwendung ein und übertragen alle Ergebnisse mit der Lieferung auf unsere Kunden. Das verstehen wir unter offener Systemtechnik.“ Mit dem Eintritt seines Sohnes Philipp Gruner im November 2003 wurden die Weichen für erweiterte Aufgabengebiete innerhalb des Unternehmens gestellt. Der 29-jährige Werkstoffingenieur bringt wertvolle Erfahrungen aus dem Bereich der Biokeramiken mit. Er widmet sich bereits einer neuen Schicht und wird sich in Zukunft mit innovativen Beschichtungsprozessen beschäftigen für die neue Medicoat-VPS-Kombianlage, die gleichzeitig über eine Gleichstrom (DC)- und eine Hochfrequenz (HF)-Plasmaerzeugung verfügt.

Qualität jederzeit nachprüfbar
Produkte und Prozesse einer ständigen Qualitätskontrolle zu unterwerfen, gehört heutzutage für Betriebe mit einem hohen Anspruch zur Selbstverständlichkeit. Dies gilt auch für Zertifizierungen. Medicoat hat die medizintechnische Beschichtung im Vakuum-Plasma-Spritzverfahren nach ISO DIN EN 9001-2000 zertifiziert. Darüber hinaus jedoch besitzt das Unternehmen seit 1998 das GTS-Zertifikat. Dieses Qualitätssiegel der 1992 gegründeten GTS-Gemeinschaft Thermisches Spritzen geht mit ihrer zusätzlichen Personen- und Produktmittelprüfung deutlich über die Anforderungen der allgemeinen DIN ISO 9001 hinaus. Dieser für alle nachvollziehbare, periodisch von unabhängigen Institutionen überwachte Qualitätsstandard gilt auch im Ausland als gute Referenz.

Autorin: Ursula Mertig

 

Weitere Informationen sind erhältlich bei

GTS Gemeinschaft Thermisches Spritzen e.V.
Werner Krömmer
c/o Linde AG, Geschäftsbereich Linde Gas
Carl-von-Linde-Str. 25, D-85716 Unterschleißheim
per Fax: +49 (0) 89-31001-5364
per E-Mail: info@gts-ev.de
Internet: www.gts-ev.de

Medicoat AG
Herrn Dr. Heiko Gruner
Gewerbe Nord
CH-5506 Mägenwil
per Tel: +41 (0) 62 88 97 686
per Fax: +41 (0) 62 88 97 688
per E-Mail: info@medicoat.ch
Internet: www.medicoat.ch

 

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