-
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ultraharter Oberflächen auf Bauteilen sicherheitstechnischer Einrichtungen.
-
Der Begriff „Sicherheitstechnik” ist kein klar umrissener Begriff und umfasst viele unterschiedliche Teilbereiche. Die Sicherheitstechnik beschäftigt sich unter anderem auch mit Maßnahmen der trennenden Schutzeinrichtungen, mit denen die Sicherheit von Gegenständen, Bauteilen, technischen Objekten, Anlagen, Systemen usw. gegen gewaltsamen und/oder unberechtigten Zugriff erreicht werden soll, Ultraharte Beschichtungen sind überall dort von Bedeutung, wo Einrichtungen oder Gegenstände gegen gewaltsames Zerstören und/oder Eindringen abgesichert werden müssen. Derartige Beschichtungen zählen demnach zu den trennenden Schutzeinrichtungen und fallen somit auch unter den Begriff „Sicherheitstechnik”.
-
Die Norm IEC 61508 definiert Sicherheit als „Freiheit von unvertretbaren Risiken” und verwendet den Begriff der funktionalen Sicherheit als Teilaspekt der Gesamtsicherheit eines technischen Systems. Überall dort, wo erhöhte Sicherheitsmaßstäbe, wie zum Beispiel in Sicherheitseinrichtungen, anzulegen sind, ist es notwendig, ein Höchstmaß an funktionaler Sicherheit zu erreichen. Dafür muss die Sicherheitseinrichtung ausreichend vor unbefugtem Zugang geschützt werden.
-
Zu den üblichen Methoden sich Zugang zu Sicherheitseinrichtungen zu verschaffen, gehören Anbohren, Bohren, Sägen, Schleifen, Schneiden, Quetschen, Zwicken oder auch andere materialabtragende Verfahren. Eine Möglichkeit des Schutzes besteht in der Veränderung der Oberfläche des zu schützenden Bauteils oder der Sicherheitseinrichtung.
-
Der Stand der Technik beschreibt eine Vielzahl von Beschichtungen, um Gegenstände gegen unbefugten Zugang abzusichern.
-
So ist aus der
GB 1 377 827 ein Sicherheitsschloss bekannt, bei dem das Zylindergehäuse von einer Schicht aus Al
2O
3 oder einer Schicht aus einer Ni-Cr-B-Legierung umgeben ist.
-
In der
EP 89 302 105 wird ein mit einer Wolframkarbid-Kobalt-Schicht beschichteter Gegenstand beschrieben, der eine Vickers-Härte von etwa 875 HV aufweist.
-
Aus der
DE 38 33 949 A1 ist eine Panzerplatte für Geldschränke u. ä. mit einer Schichtstruktur bekannt.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungen bieten keinen ausreichenden Schutz vor einem gewaltsamen Zugriff durch materialabtragende Verfahren. Zudem werden Bauteile und Gegenstände aus dem Bereich sicherheitstechnischer Einrichtungen aus sehr teuren Materialien gefertigt oder durch aufwändige Härtungsverfahren gehärtet. Auch wurde versucht, gehärtete Stifte in die Bauteile und Gegenstände an entsprechenden neuralgischen Stellen anzubringen, um sie so gegen einen unbefugten Zugang zu sichern. Dies erfordert aber zusätzliche Konstruktionsschritte, schränkt die Geometrie der zu beschichtenden Substrate ein und treibt die Kosten des Gesamtprozesses in die Höhe. Auch können mit den bekannten Verfahren bestimmte Geometrien nicht erreicht werden, da einige Grundmaterialien auf Grund ihrer Härte nicht verformt werden können.
-
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Substrat derart beschichtet werden kann, dass es nicht mehr gewaltsam durch Anbohren, Bohren, Sägen, Schleifen, Schneiden, Quetschen, Zwicken oder auch andere materialabtragende Verfahren zerstört werden kann.
-
Zudem wird ein kostengünstiges Verfahren zur Verfügung gestellt, da zum Beispiel das Einsetzen gehärteter Stifte an neuralgischen Stellen in zu schützenden Bauteilen oder ein teures Härten solcher Bauteile entfällt. Weiterhin können beliebige Geometrien mit dem vorliegenden Verfahren beschichtet werden.
-
Außerdem ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtetes Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung zur Verfügung zu stellen, um es in sicherheitstechnischen Anlagen verwenden zu können.
-
Diese Aufgaben werden durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Durch Anwendung des nachfolgend als erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrens wurde gefunden, dass eine ultraharte Beschichtung auf Bauteilen sicherheitstechnischer Einrichtungen erzeugt werden kann, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer ultraharten Schutzschicht auf Bauteilen sicherheitstechnischer Einrichtungen umfasst die Schritte
- a) Bereitstellen eines Bauteils einer sicherheitstechnischen Einrichtung umfassend eine zu beschichtende Oberfläche;
- b) Bereitstellen einer Beschichtungsmischung; und
- c) Aufbringen der Beschichtungsmischung auf die zu beschichtende Oberfläche mittels eines thermischen Spritzverfahrens, wobei die Beschichtungsmischung geschmolzen oder angeschmolzen wird und die Beschichtungsmischung sich mit dem Bauteil der sicherheitstechnischen Einrichtung unlösbar verbindet.
-
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung mit einer ultraharten Schicht beschichtet werden.
-
Unter ultraharter Schicht ist eine solche Schicht zu verstehen, die nicht mehr durch Anbohren, Bohren, Sägen, Schleifen, Schneiden, Quetschen, Zwicken oder auch andere materialabtragende Verfahren zerstört werden kann.
-
Das Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung kann eine Vielzahl von Materialen umfassen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass nahezu alle Materialien für eine Beschichtung ausgewählt werden können, bevorzugt sind jedoch Metalle, Metalllegierungen, Gläser, Kunststoffe oder Naturmaterialien.
-
Unter den Naturmaterialien sind insbesondere Stein und Holz zu nennen.
-
Die Beschichtungsmischung umfasst einen oder mehrere Hartstoffe und eine Bindephase. Der oder die Hartstoffe können z. B. in Form einer Legierung oder einer Pulvermischung vorliegen. Unter Hartstoff ist derjenige Anteil an der Beschichtungsmischung gemeint, der bei der Anwendung des thermischen Spritzverfahrens nicht angeschmolzen oder aufgeschmolzen wird. Als bevorzugte Hartstoffe kommen Karbide, Boride, Nitride oder Diamant in Frage. Es können auch Mischungen dieser Materialien eingesetzt werden. Die Auswahl des einen oder der mehreren Hartstoffe richtet sich nach dem Einzelfall.
-
Je höher der Anteil des oder der Hartstoffe in der Beschichtungsmischung, desto höher ist die erzielbare Härte, was einen höheren Bohr- und Sägeschutz für das zu beschichtende Bauteil der sicherheitstechnischen Einrichtung gewährleistet.
-
Der Anteil des einen oder der mehreren Hartstoffe in der Beschichtungsmischung beträgt 5 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 95 Gew.-%, insbesondere 60 bis 95 Gew.-%.
-
Der Partikeldurchmesser der Hartstoffe beträgt vorzugsweise 5 μm bis 120 μm.
-
Durch die besonders geringen Partikeldurchmesser der Hartstoffe wirken diese zusätzlich abrasiv zum eigentlichen Schutz gegen unbefugtes Eindringen in das sicherheitstechnische Bauteil. Werkzeuge, die für einen unbefugten Zugang zum sicherheitstechnischen Bauteil oder zur Sicherheitseinrichtung verwendet werden, verschleißen somit schneller, was die Sicherheit gegenüber materialabtragenden Verfahren noch weiter erhöht.
-
Neben dem einen oder den mehreren Hartstoffen, umfasst die Beschichtungsmischung noch eine Bindephase. Mit dem Begriff Bindephase ist hierin derjenige Anteil an der Beschichtungsmischung gemeint, der bei der Anwendung des thermischen Spritzverfahrens angeschmolzen oder geschmolzen wird oder durch kinetische Energie verformbar ist. Da die Schmelzpunkte der Hartstoffe hoch sind, können sie nicht durch thermische Spritzverfahren aufgetragen werden. Die während des Spritzverfahrens auftretenden Temperaturen reichen nicht aus, um die Hartstoffe anzuschmelzen oder zu schmelzen. Deshalb wird den Hartstoffen noch eine Bindephase zugesetzt.
-
Die Bindephase umfasst ein Material, das ausgewählt wird aus Metallen, Metalllegierungen, selbstfließenden Legierungen, Keramiken, Kunststoffen oder Mischungen davon. Die Bindephase liegt vorzugsweise in Pulverform oder in Drahtform vor. Andere Applikationsformen sind ebenfalls möglich.
-
Die Beschichtungsmischung enthält bevorzugt 5 bis 40 Gew.-% Bindephase.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist eine Beschichtungsmischung, die Wolframkarbid in einer metallischen Kobaltmatrix umfasst. Diese spezielle Zusammensetzung der Beschichtungsmischung enthält bevorzugt 80 Gew.-% Kobalt und 20 Gew.-% Wolframkarbid und besonders bevorzugt 88 Gew.-% Kobalt und 12 Gew.-% Wolframkarbid.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist eine Beschichtungsmischung, die 60 Gew.-% Nickel, 15 Gew.-% Chrom, 5 Gew.-% Eisen, 5 Gew.-% Silizium, 3 Gew.-% Bor und 12 Gew.-% Wolframkarbid enthält.
-
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Beschichtungsmischung mit einem thermischen Spitzverfahren aufgetragen. Hierbei sind insbesondere Flammspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen, Kaltgasspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zu nennen. Besonders bevorzugt ist das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. Dem Fachmann sind Einzelheiten der Durchführung und Bedingungen dieser Verfahren bekannt.
-
Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren wird derart durchgeführt, dass zunächst ein Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung mit einer zu beschichtenden Oberfläche bereitgestellt wird. Das Bauteil der sicherheitstechnischen Einrichtung, das die Oberfläche umfasst, kann von beliebiger Geometrie sein. Es ist auch möglich, auf dem zu beschichtenden Bauteil nur einen Teil der Oberfläche zu beschichten. Dies kann erreicht werden, indem die nicht zu beschichtenden Bereiche entsprechend abgedeckt werden. Danach wird mittels eines thermischen Spritzverfahrens die Beschichtungsmischung aufgetragen. Die Beschichtungsmischung wird beim thermischen Spritzen einer energiereichen Wärmequelle zugeführt und an- bzw. geschmolzen. Als Energielieferant ist das jeweilige Verfahren charakterisierend. Als Energiequellen unterscheidet man hierbei zwischen Brenngas-Sauerstoff-Flammen, Lichtbogen, Plasmen aus Edelgasen oder auch Laserstrahlen. Die Partikel der Beschichtungsmischung werden in diesem Zustand in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche beschleunigt und prallen dort mit hoher Geschwindigkeit auf. Die die Hartstoffe umgebenden Partikel der Bindephase werden geschmolzen oder zumindest angeschmolzen und auf die Bauteiloberfläche geschleudert. Durch die hohe Energie wird ein Teil der zu beschichteten Bauteiloberfläche angeschmolzen. Die Partikel der Bindephase kühlen schon während des Beschichtungsvorgangs ab und betten die Hartstoffpartikel in der zu beschichtenden Oberfläche unlösbar ein und bilden so eine ultraharte, nicht mehr bohr- und/oder sägbare erfindungsgemäße Sicherheitsbeschichtung. Das heißt, die Beschichtungen sind so hart, dass sie mit spanabhebenden oder materialabtragenden Verfahren nicht mehr zerstört werden können.
-
Ein Anrauen vor Anwendung eines thermischen Spritzverfahrens, zum Beispiel mittels Korund- oder Sandstrahlen, erhöht die Oberflächenaktivität der zu beschichtenden Oberfläche durch Zerklüftung und entfernt ungewollte Ablagerungen.
-
Durch die Zerklüftung wird eine effizientere Verbindung der Bindephasenpartikel mit der Bauteiloberfläche gewährleistet.
-
Die Dicke der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten ultraharten Schutzschicht beträgt 5 μm bis 2000 μm, vorzugsweise 20 μm bis 500 μm.
-
Die Härte der ultraharten Schutzschicht beträgt mindestens 1100 HV 50, bevorzugt mindestens 1300 HV 50 und besonders bevorzugt mindestens 1500 HV 50, wobei die erste Zahl die Härte in Vickers (HV) angibt und die zweite Zahl die Prüfkraft in Kilopond. Es ist sogar möglich, mit dem hierin beschriebenen Verfahren eine Vickers-Härte von bis zu 2000 HV 50 zu erreichen. Die Härteprüfung nach Vickers erfolgt nach der dem Fachmann bekannten üblichen Methode.
-
Bei Verwendung von Selbstfließlegierungen als Bindephase und Anwendung des hier vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein zusätzliches Erwärmen, bzw. Schmelzen der auf dem Bauteil aufgebrachten Beschichtung möglich. Es entsteht eine homogene, geschlossene und dichte Beschichtung, welche mit der Bauteiloberfläche unlösbar verschmolzen ist. Ein späteres Erwärmen des Bauteils mit aufgeschmolzener Beschichtung ermöglicht so ein Verformen/Biegen des bereits beschichteten Bauteils ohne dass die Beschichtung reißt, delaminiert oder zerstört wird oder ohne dass der Verbund von Bauteil und aufgebrachte Beschichtung zerstört wird.
-
Bei der Beschichtung von metallischen Bauteilen sicherheitstechnischer Einrichtungen entsteht ein Schutz gegen Korrosion durch die ultraharte Schutzschicht bei Anwendung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Zusätzliche Beschichtungen (z. B. chemisch Nickel) können den Korrosionsschutz noch weiter erhöhen.
-
Wenn Metalle oder Metalllegierungen als Material der Bindephase verwendet werden, ist nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die erfindungsgemäße Schicht elektrisch leitfähig, altert nicht und ist höchst kälte- und hitzeunempfindlich.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Sicherheitsstufe über die Schichtdicke und über den Anteil des oder der Hartstoffe eingestellt werden kann. Das bedeutet, dass eine höhere Sicherheitsstufe mit einem höheren Hartstoffanteil in der Beschichtungsmischung oder durch Auftragung einer dickeren Schicht erreicht werden kann.
-
Relevanz, Definition und Funktion der Sicherheitsstufen sind dem Fachmann bekannt. Inzwischen gelten die Europanormen nach EN 1143-1 und EN 14450 (Einbruchschutz). Dabei werden die Klassen S1, S2, 0, 1, 2, 3, 4, 5 und 6 unterschieden, wobei S1 die geringste Sicherheitsstufe darstellt. Ferner berücksichtigt die europäische DIN V ENV 1627 Türen, Fenstertüren und Fenster in Bezug auf Widerstandsklassen (WK 1–6), Widerstandszeiten (Zeit, die ein Produkt einem Einbruch standhält), Tätertypen und den Modus operandi. In Neu- und Umbauten erhält man ferner durch den Einbau geprüfter einbruchhemmender Fenster und Fenstertüren sowie Türen nach DIN V ENV 1627 mindestens der Widerstandsklasse (WK) 2 einen guten Einbruchschutz. Bei diesen Fenstern und Türen ist sichergestellt, dass es in der Gesamtkonstruktion (Rahmen, Beschlag, Verglasung bzw. Türblatt, Zarge, Schloss und Beschlag) keinen Schwachpunkt gibt. Für S und WK-Norm ist bei geeigneter Unterkonstruktion und Schichtdicke jeweils die höchste Klasse für entsprechende Ausführungsformen der Erfindung erreichbar.
-
Die auf dem Bauteil applizierter Schicht kann nachträglich funktionalisiert werden, ohne dass sie ihre ultraharten Eigenschaften einbüßt. Es können z. B. noch Korrosions-, antiadhäsive, wasserabweisende oder ölabweisende Schichten aufgebracht werden. Auch ein Vernickeln ist möglich. Gleichwohl kann eine Polytetrafluorethylen(PTFE)-Schicht aufgebracht werden. All diese Maßnahmen dienen dazu, um die Sicherheitseigenschaften des Bauteils noch weiter zu erhöhen, bzw. das sicherheitsrelevante Bauteil mit zusätzlichen Eigenschaften (wie z. B. antiadhäsiv, nicht klebbar, einfach zu reinigen, etc.) zu versehen.
-
Auch kann eine Sicherheitsschutzbeschichtung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, zu dekorativen Zwecken mit anderen Oberflächenbeschichtungstechniken, wie z. B. durch das Lackieren, noch zusätzlich veredelt werden.
-
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein beschichtetes Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet wurde. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit beschichtete Bauteile sicherheitstechnischer Einrichtungen zur Verfügung gestellt werden, die nicht mehr durch Anbohren, Bohren, Sägen, Schleifen, Schneiden, Quetschen, Zwicken oder andere materialabtragende Verfahren zerstört werden können.
-
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können insbesondere Bauteile sicherheitstechnischer Einrichtungen, aber auch ganze Sicherheitseinrichtungen effektiv vor ungewolltem, gewaltsamen Zugriff geschützt werden.
-
Exemplarisch, aber nicht abschließend, seien als Bauteile sicherheitstechnischer Einrichtungen Schließeinrichtungen, Verschlusseinrichtungen, Schlösser, Tresore, Schließzylinder oder Bügelschlösser genannt.
-
Derartige Bauteile können als Teile von Sicherheitseinrichtungen oder als Sicherheitseinrichtung selber verwendet werden.
-
Weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher beschrieben. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- oder proportionsgetreue Darstellung verzichtet. Die Figuren zeigen:
-
1 zeigt eine Seitensicht der Schichtfolge eines beschichteten Bauteils einer sicherheitstechnischen Einrichtung nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Gezeigt ist das beschichtete sicherheitstechnische Bauteil 1 mit der ultraharten Schutzschicht 2 an seiner Oberfläche. Deutlich zu erkennen ist, dass die ultraharte Schutzschicht 2 aus einer Mischzone 3 besteht, die verschmolzene Übergangsbereiche zwischen Bauteil und Beschichtung umfasst. Die Partikel der Bauteiloberfläche sind dabei mit den Partikeln der Beschichtungszusammensetzung „verhakt” oder „verkrallt”.
-
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Oberfläche auf ein Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung 1, beschichtet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Gezeigt ist eine mikroskopische Aufnahme in einer 1:500-Vergrößerung.
-
Deutlich zu erkennen sind die hellen und dunklen Bereiche der ultraharten Schutzschicht 2. Die hellen Bereiche sind durch die Aluminiumoberfläche des Bauteils gebildet, die dunklen Bereiche sind von der Beschichtung gebildet. Die unterschiedlichen Helligkeiten zeigen, dass die Partikel der Beschichtungszusammensetzung von den Partikeln der Bauteiloberfläche eingebettet wurden.
-
3 zeigt ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtetes Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung in Form einer Tresorfrontplatte 6.
-
4 zeigt ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtetes Bauteil einer sicherheitstechnischen Einrichtung in Form eines Schlüsselzylinders 7.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- GB 1377827 [0006]
- EP 89302105 [0007]
- DE 3833949 A1 [0008]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- IEC 61508 [0003]
- EN 1143-1 [0040]
- EN 14450 [0040]
- DIN V ENV 1627 [0040]
- DIN V ENV 1627 [0040]
