Massengut? – Zahlreiche Kleinteile in der industriellen Produktion werden in so großen Mengen gefertigt und verarbeitet, dass man von Massengütern spricht. Metallische Verbindungselemente wie Bolzen, Schrauben oder Niete fallen in diese Kategorie. Ihr Einsatz liegt oft im Verborgenen und doch spielen sie eine ganz wesentliche Rolle in der Produktion von Industriegütern. Die Qualität eines Produkts bemisst sich auch an der Qualität der verwendeten Verbinder. Überzüge oder Beschichtungen solcher Verbinder dienen der Verbesserung ihrer Gebrauchseigenschaften im Verarbeitungsprozess und während der gesamten Lebensdauer des Produkts, in welchem sie die Teile zu einem Ganzen fügen.

Die Arbeitsgruppe „Beschichtung von Bauteilen“ des Fraunhofer FEP hat sich über einen längeren Zeitraum der Verfahrensentwicklung zur Beschichtung solcher Kleinteile mittels physikalischer Dampfabscheidung (engl. physical vapor deposition, PVD) gewidmet. Im Fokus dieser Entwicklung standen dabei Verbindungselemente für den Automobilbau, welche durch die Beschichtung vor Korrosion geschützt werden. Heute ist dabei ein Stand erreicht, der die Erzeugung 10 µm dicker Aluminium-basierter Korrosionsschutzschichten auf Kleinchargen von Verbindern in einem etwa einstündigen Beschichtungsprozess ermöglicht. Die Technologie hat damit das Interesse industrieller Beschichtungsdienstleister geweckt, die sich mit der Aufskalierung auf den tatsächlichen industriellen Bedarf beschäftigen. Das Verfahren wurde für den Stahl-Innovationspreis 2015 der Wirtschaftsvereinigung Stahl nominiert. Das Spektrum der Themen bei diesem Wettbewerb spiegelt die Bedeutung des Leichtbaus in der industriellen Produktion wider und bestärkt die Entwickler in ihrer Überzeugung, dass ihr Verfahren in der Zukunft ein Baustein für die Produktion neuer konkurrenzfähiger Produkte sein wird, in denen unterschiedliche Materialien durch korrosionsfeste Verbindungen kombiniert werden können. Besonders im Automobilbau sind die Bemühungen um Gewichtsersparnis im Sinne einer ressourcenschonenden Mobilität ungebrochen: Die stetige Weiterentwicklung von Komponenten, verbunden mit dem Einsatz neuer Konstruktionswerkstoffe stellt auch neue Anforderungen an die Fügeelemente und ihre Oberflächen. Gerade beim Materialmix sind neben dem Korrosionsschutz weitere Funktionen der Beschichtung gefragt. So findet durch Mikroströme über die multiplen Grenzflächen hinweg ein Potentialausgleich zwischen verschiedenen Baugruppen statt, der durch möglichst geringe Kontaktwiderstände begünstigt wird. Hierbei erweisen sich die PVD-Schichten als anderen Korrosionsschutzüberzügen überlegen. Die am Fraunhofer FEP vorhandene PVD-Anlagentechnik bietet durch die Kombination verschiedener Vakuumbeschichtungsverfahren viele Freiheitsgrade bezüglich der Schichtmaterialien und des Schichtaufbaus.

Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe „Mechanisches Fügen“ der Professur für Fügetechnik und Montage der TU Dresden will sich das Fraunhofer-Team künftig der Optimierung von elektrischen, mechanischen und Korrosionsschutzeigenschaften der Schichten intensiver widmen. Hierzu können Schichtarchitekturen mit Zwischenlagen eines zweiten Metalls realisiert und deren mechanische und elektrische Eigenschaften im gesetzten Zustand untersucht werden. Die Arbeitsgruppe der TU kann Fügeverbindungen mit beschichteten Nietelementen realisieren und die gefügten Kontakte einer detaillierten Charakterisierung unterziehen, welche die elektrische Prüfung mit einschließt.

Die beiden Forschungsgruppen suchen nun interessierte Industriepartner, um in anwendungsorientierten Projekten wissenschaftliche und praxisnahe Erfahrungen zusammenzuführen und die komplexen Aufgabenstellungen zielgerichtet im Verbund zu bearbeiten.