Plasmanitrieren senkt Kosten im Großgetriebebau

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Der Medienverbrauch einer Plasmanitrieranlage mit 3,2 m Durchmesser und 2,5 m Höhe lässt sich für Kühlwasser und Elektroenergie wie folgt beschreiben: Der Kühlwasserbedarf beträgt rund 5 l/min, der Bedarf an Elektroenergie pro Nitrierstunde liegt bei 120 kWh. Bezogen auf die genannte Ofengröße verdeutlicht die Tabelle (siehe Bildergalerie) die Verbrauchsdaten für Gase beim Gas- und beim Plasmanitrieren.

Plasmanitrieren mit niedrigeren Lebenszykluskosten

Für das Gasnitrieren wird eine Begasungsrate – Anzahl der auf das Volumen des Ofenraums bezogenen Gaswechsel pro Stunde – von 2 bis 3 empfohlen [3]. Aufgrund der relativ kleinen Oberfläche der Teile für Großgetriebe – bezogen auf das Ofenvolumen – kann mit niedrigeren Gasdurchsätzen nitriert werden. Für den Vergleich wurde eine durchschnittliche Begasungsrate von 0,7 angenommen.

Die Anschaffungskosten einer Plasmanitrieranlage sind aufgrund der notwendigen Plasmastromversorgung etwas höher als für Gasnitrieranlagen mit vergleichbaren Mess- und Regeleinrichtungen. Weil jedoch die Lebensdauer der Retorte bei Plasmanitrieranlagen Jahrzehnte beträgt, sind die Kapitalkosten über die Lebensdauer gesehen mindestens gleich. Einsparungen ergeben sich bei Plasmanitrieranlagen insbesondere auch im Bereich der Logistik. Ausschlaggebend dafür ist, dass Plasmanitrieranlagen direkt in die Fertigungslinie integriert werden.

In der Plasmawärmebehandlung sind meist Haubenöfen etabliert. Bei einem Haubenofen ist die Charge von allen Seiten frei zugänglich, die Teile können einfach von Hand oder Kran geladen werden. Der gesamte Chargenraum lässt sich sehr gut ausnutzen. Der Energieeintrag durch das Plasma, der bei konventionellen Öfen nicht existiert, wird in dieser vertikalen Bauform, unter Berücksichtigung minimaler Temperaturdifferenzen, optimal über die Wand abgegeben.

Doppelbodenkonzept bewährt sich bei Haubenöfen

Die Arbeitsabläufe in der Fertigung untergliedern sich unabhängig vom Ofentyp in die Teilprozesse: Beladen, Plasmabehandlung (Erwärmen, thermochemischer Prozess, Abkühlen) und Entladen. Einsparpotenziale erschließen sich dabei im Bereich Be- und Entladen (Lohnkosten), im Grad der Anlagennutzung sowie in geringerem Maße beim Aufheizen und Abkühlen. Insbesondere bei einschichtigem Batchbetrieb hat sich in diesem Zusammenhang das preisgünstige Doppelbodenkonzept bewährt.

Eine Doppelbodenanlage verfügt über zwei Böden. Auf einem Boden wird eine Charge vorbereitet, während auf dem anderen die Chargenbehandlung erfolgt. Nach Prozessende fährt die Haube auf den bereits chargierten Boden. Die behandelten Teile stehen zum Entladen bereit. Das Be- und Entladen wird vom Behandeln entkoppelt. Praktisch läuft eine solche Anlage ständig durch. Sie wird effektiv genutzt.

Literatur

• [1] Höltkemeier, K-U.: Windenergie als Chance für den deutschen Zulieferermarkt. www.windkraftkonstruktion.vogel.de.

• [2] Spies, H. J.: Optimierung des Gebrauchsverhaltens von Bauteilen durch Randschichtbehandlung. Wärmebehandlungs-Symposium, 26.–28. September 1995 in Freiberg, TU Bergakademie Freiberg.

• [3] Liedtke, D.: Nitrieren und Nitrocarburieren. In: Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen. Renningen: Expert-Verlag 2007.

* Dr.-Ing. Uwe Huchel ist Leiter Anwendungstechnik und technischer Vertrieb bei der Eltro GmbH in 52499 Baesweiler

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