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Oberflächentechnik von Tata Steel

SchwertbürstentechnologieWandres ersetzt Waschmaschine in Daimlers Pressenstraße

Schwertbürstenmodul von Wandres
In Kuppenheim ist 2016 eine der modernsten Karosseriepressen in Betrieb gegangen. Die sechsstufige XL-Servopresse mit einer Gesamtpresskraft von 9.100 Tonnen formt Außenhautteile wie Seitenwände, Motorhauben und Türen für Kompaktfahrzeuge von Mercedes-Benz.
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OberflächentechnikFürs perfekte Lackkleid

Beim Karosseriedesign liegen schärfere Linien, konvexe und konkave Formen sowie äußerst glatte Lackoberflächen im Trend. Gleichzeitig sollen Bauteile – auch aus Kostengründen – leicht und einfach zu verarbeiten sein. Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat Tata Steel in Zusammenarbeit mit Skoda eine Premium-Oberfläche für feuerverzinkte Stähle entwickelt, die auf ein hervorragendes Lackierergebnis ausgelegt ist und sich auf bestehenden Anlagen gut verarbeiten lässt.

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Skoda

Sie wurde gereinigt, phosphatiert, unter Strom gesetzt und untergetaucht. Gebacken und mit Emufedern gekitzelt, bis sie endlich bereit für ihre neuen Kleider war: vier an der Zahl, insgesamt nicht dicker als ein menschliches Haar. Jetzt muss sie sich der strengen Jury unter gleißendem Licht präsentieren. Und nur wenn sie makellos ist, kommt sie weiter. Die Rede ist hier von einer Karosserie bei der Qualitätskontrolle im Lichttunnel, die selbst die kleinste Macke nicht ungesehen lassen soll. Doch damit die Lackierung perfekt werden kann, müssen schon die Materialentwickler das angestrebte Schönheitsideal vor Augen haben. So wäre aus Sicht der Lackierer eine möglichst glatte Stahloberfläche ideal. Doch das würde zum Protest der Umformexperten führen, denn für das Verhalten im Presswerk wird eine bestimmte Rauheit benötigt.

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BMT-Rauheitsscanner

Diese wird wie auch andere Oberflächeneigenschaften mithilfe eines BMT-Rauheitsscanners ermittelt. Dieses mechanische Messgerät fährt mit einer Tastspitze die Oberfläche entlang und erfasst so das mikroskopische Oberflächenprofil. Auf dieses Ergebnis wird dann ein Hochpassfilter gelegt, um neben der Rauheit (Ra) – definiert als mittlere Tiefe des gemessenen Oberflächenprofils, Mittenrauwert genannt – auch die Anzahl der Spitzen im Oberflächenprofil pro Zentimeter (Rpc) zu identifizieren. Mithilfe eines Tiefpassfilters kann außerdem die Welligkeit (Wa) definiert werden, die als Mittelwert der gemessenen Wellen definiert und vom menschlichen Auge als langwellige Oberflächentopographie wahrgenommen wird. Bezogen auf das Lackierergebnis sind die drei Parameter der Oberflächentopographie – Ra, RPc und Wa – stark voneinander abhängig. Eine hohe Rauheit sorgt normalerweise für eine hohe Welligkeit und damit zu einem verschwommenen Erscheinungsbild. Eine hohe Spitzenzahl führt hingegen zu einer geringen Welligkeit und damit zu einer Lackierung mit besonders glatter Reflexion. Für ein hervorragendes Lackierergebnis mit geringer Welligkeit (Wa) bei gleichzeitig guter Verarbeitbarkeit müssen die Parameter Rauheit (Ra) und Spitzenzahl (Rpc) besonders aufeinander abgestimmt werden.

Allerdings ist für das finale Erscheinungsbild nicht die Oberflächenbeschaffenheit des noch ungeformten Blechs ausschlaggebend, sondern die Welligkeit des Stahls nach der Umformung zum fertigen Bauteil. Denn durch die Umformung können sogenannte Strukturdefekte entstehen – zum Beispiel Linien senkrecht zur Walzrichtung – und damit die Welligkeit erhöhen.

Einfluss der Oberflächenwelligkeit

Auf Basis dieser Erkenntnisse hat Tata Steel gemeinsam mit Skoda eine Testreihe unter realen Lackierbedingungen durchgeführt, in der der Einfluss der Oberflächenwelligkeit auf die Lackwelligkeit gemessen wurde. Dabei wurden jeweils die Resultate für Flachstahl (Blech) und Formteile (Napf) verglichen, die horizontal beziehungsweise vertikal sowie in Walzrichtung des Trägermaterials oder quer dazu lackiert wurden. Denn bei vertikal lackierten Bauteilen, wie einer Seitentür, hat der Lackverlauf einen höheren Einfluss auf die Lackwelligkeit und sorgt je nach Winkel für einen proportionalen Anstieg bei Flachstahl und Formteilen. In Walzrichtung zeichnet sich die Oberflächenstruktur deutlicher in Form von Lackwelligkeit ab als bei Proben mit Lackierung quer zur Walzrichtung.

Für horizontal lackierte Bauteile wie eine Motorhaube stellten die Entwickler fest, dass das Lackierergebnis mehr von der Walzrichtung des Trägermaterials und der Rauheit der Oberflächenstruktur und weniger vom Lackverlauf beeinflusst wird. Demnach tritt in Walzrichtung eine höhere Lackwelligkeit auf Flachstahl auf, die sich bei Formteilen noch überproportional verstärkt.

Anhand der Testergebnisse nahm Tata Steel Anpassungen im Stahlherstellungsprozess vor – beispielsweise in der chemischen Zusammensetzung oder der spezifischen Adaption der Dressierwalzen – und entwickelte Serica, eine Premium-Oberfläche für feuerverzinkte Stähle.

Ihre optimierte Oberflächenbeschaffenheit weist eine geringe Rauheit (0,9 bis 1,4 μm) bei gleichzeitig hoher Spitzenzahl (≥ 75 cm-1) auf und ist damit laut Hersteller prädestiniert für ein qualitativ hochwertiges Lackierergebnis von Außenhautteilen wie Motorhauben, Türen, Kotflügel oder Seitenteile. Denn die hohe Stabilität des Stahls als Trägermaterial sorgt dafür, dass die Welligkeit während der Umformung nur minimal ansteigt. Auch nach der Umformung soll sich Serica durch eine Welligkeit von weniger als 0,40 μm bei fünf Prozent Zugbeanspruchung auszeichnen. Für das Auge macht sich das in einer Oberfläche mit schärferen Reflexionen bemerkbar. Für den Hersteller in der Austauschbarkeit der Werkstoffe: Da Serica für die notwendige Haftung im Fertigungsprozess sorgt, sind bei Tiefziehprozessen, die für feuerverzinkte Stähle ausgelegt sind, kaum Anpassungen notwendig, um bisherige Werkstoffe gegen Stähle mit niedrigem Rauheitsbereich austauschen zu können. cs

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