Kleiner Raum, große Herausforderung: Neues Plasmasystem sorgt für zuverlässige Fahrradtechnik

In hochpräzisen Nabenschaltungen müssen alle Komponenten auf engstem Raum zuverlässig funktionieren – auch wenn der Einbauraum den Einsatz herkömmlicher Wellendichtringe nicht zulässt. In solchen Fällen kommen flüssige Dichtstoffe zum Einsatz, deren Haftung auf metallischen Oberflächen jedoch oft eine Herausforderung darstellt. Die Zusammenarbeit des Fraunhofer-Instituts für Surface Engineering und Thin Films IST, der Rohloff AG und des dänischen Plasma- und Corona-Anlagenherstellers Tantec A/S hat nun zu einer innovativen Lösung geführt, die speziell die Haftung dieser Dichtstoffe verbessert.

In einem speziell entwickelten Plasmasystem (dem neuen VacuTEC2020+ für kontrollierte Haftung) wird ein vom Fraunhofer IST entwickeltes Beschichtungsverfahren (COAD) angewendet, das eine zuverlässige Haftung des Dichtmittels auf dem Stahl des Wälzlagers gewährleistet. Das System ist seit Juni 2024 am Standort der Rohloff AG in Fuldatal im Einsatz – ein bedeutender Erfolg.

Plasma liefert die Prozesslösung

Der Weg zur Lösung war jedoch alles andere als einfach: Weder nasschemische Reinigungsverfahren noch herkömmliche Plasmabehandlungen führten zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Die Herausforderung: Das Dichtmittel haftete einfach nicht optimal auf der polierten Oberfläche des Lagers – selbst nach intensiver Vorbehandlung. Mit der Einführung des COAD-Verfahrens wurde der Durchbruch erzielt.

Dabei handelt es sich um ein speziell am Fraunhofer IST entwickeltes Trockenplasmaverfahren, bei dem die einzelnen Reinigungs- und Beschichtungsschritte vollautomatisch und nacheinander ablaufen. Im ersten Schritt werden Verunreinigungen von der Oberfläche entfernt. Anschließend wird ein sogenannter Precursor aufgebracht, der durch das Plasma aktiviert wird und eine extrem dünne, hochreaktive Schicht auf der Oberfläche bildet. Aufgrund ihrer hohen Reaktivität verbessert diese Schicht die Haftung zwischen Bauteil und Dichtungsmasse erheblich – ohne Lösungsmittel oder energieintensive Zwischenschritte.

„COAD ist ein echter Game-Changer für die industrielle Oberflächenfunktionalisierung“, erklärt Prof. Dr. Michael Thomas, Leiter der Abteilung Kreislaufprodukte und -prozesse am Fraunhofer IST. „Der große Vorteil liegt in der Kombination aus hoher chemischer Reaktivität und Stabilität und der Möglichkeit, den Prozess präzise auf die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche zuzuschneiden – ohne zusätzliche Reinigungs- oder Trocknungsschritte.“

Zusammenarbeit führt zum Erfolg

Die Umsetzung erfolgte in einem Gemeinschaftsprojekt: Tantec A/S lieferte das Basissystem VacuTEC 2020 und passte die Systemtechnik und Software an den neuen Prozess an. Das Fraunhofer IST entwickelte nicht nur das COAD-Verfahren, sondern auch die Beschichtungseinheit und den System -Unterbau, optimierte die Prozessparameter und schulte das Personal. Rohloff testete die Beschichtung auf Haftung und Qualität und integrierte das System in den eigenen Produktionsprozess.

„Für uns war es entscheidend, eine zuverlässige und nachhaltige Lösung zu finden, die sich direkt in unseren Produktionsprozess integrieren lässt. Das neue System stellt daher einen echten Fortschritt dar: Es verbessert nicht nur die Haftung der Dichtstoffe erheblich, sondern reduziert auch den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Nachbearbeitung“, sagte Mathias Gleim, Technischer Leiter bei der Rohloff AG.

Nachhaltigkeit trifft Effizienz

Das COAD-Verfahren überzeugt nicht nur technisch, sondern auch ökologisch: Es ist lösungsmittelfrei, erfordert keine aufwendigen Trocknungsprozesse und verursacht nur extrem geringe CO₂-Emissionen – insbesondere bei Verwendung erneuerbarer Energien. Darüber hinaus lässt es sich flexibel an unterschiedliche Materialien, Bauteilgrößen und Stückzahlen anpassen.

Ein Verfahren mit Zukunft

Das neue System in Fuldatal ist nur der Anfang: In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Tantec A/S plant das Fraunhofer IST die Umsetzung der Technologie auf größere Systemdimensionen. So wird beispielsweise bereits eine großvolumige Version des Verfahrens auf einer VacuTEC 8080+ im Fraunhofer Center Circular Economy for Mobility CCEM in Wolfsburg getestet – einem Verbund mehrerer Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer IST.

„Für uns eröffnet die Integration von Beschichtungsverfahren in unsere Systemtechnik völlig neue Märkte und Möglichkeiten“, sagt Morten Thrane, Vertriebsleiter und Partner bei Tantec A/S.

Ziel des Fraunhofer IST ist es, in Zusammenarbeit mit Partnern den COAD-Prozess für größere Bauteile und andere industrielle Anwendungen nutzbar zu machen – beispielsweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie oder in der Medizin- und Pharmatechnik.

Komponenten für hochpräzise Fahrradgetriebe werden mit dem COAD®-Verfahren plasmabeschichtet.