Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwei- oder Mehr¬ schicht-Verbundwerkstoff mit einer Deckschicht, die ther¬ misch hochbelastbaren, wärmehärtbaren Polyimid-Lack ent¬ hält, mittels dessen die Bestandteile der Deckschicht zu- sa mengehalten und zugleich die Deckschicht mit dem sie tra¬ genden Substrat fest verbunden ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf derartigen Verbundwerkstoff für Reib- bzw. Gleitelemente mit metallischem Substrat, wobei die Deckschicht die Reib- bzw. Gleitschicht bildet.

Das Aufbringen einer Deckschicht mit Gehalt an thermisch hoch belastbaren, wärmehärtbaren Polyimid-Lack hat Bedeu¬ tung zur Schaffung von geschützten Oberflächen an Schicht- Verbundwerkstoffen jeglicher Art, insbesondere zur Beschich¬ tung von Metalloberflächen und besonders solcher Metallober- flächen, die auf Reibung beansprucht werden. Besondere Bedeu¬ tung kommt dem Aufbringen solcher Deckschichten durch Auf¬ streichen oder Spachteln zu.

So sind beispielsweise Verbundgleitlager bekannt, bei wel¬ chen eine mit Lochungen oder Vertiefungen versehene Schicht aus Polyimid mittels Acryl-Epoxid-Kleber auf einem Stützkör¬ per aus Stahl befestigt ist, wobei die Lochungen oder Vertie¬ fungen mit einem Gemisch aus festem Schmiermittel und einem Lagermetall ausgefüllt sind, wie sie in der DE-OS 20 00 632 offenbart sind.

Diese bekannten Verbundgleitlager mit Polyimid-Kunststoffen haben jedoch erhebliche Mängel, insbesondere weil die ver¬ wendeten Klebstoffe nicht gestatten, die hohe thermische Be¬ lastbarkeit der Polyimid-Kunststoffe auszuschöpfen.

In der DE-OS 22 06 400 wird ein Verbundwerkstoff und ein Ver- fahren zu seiner Herstellung beschrieben, wobei die Reib-

Ja.

bzw. Gleitschicht Polyimidharze und bzw. oder Polyimid- Lackbestandteile enthält, welche u.a. auch aus Polyester- imiden und Polyamidimiden bestehen können.

Eine Verbindung mit dem metallischen Stützkörper erfolgt im wesentlichen durch eine mechanische Verklammerung. in dem auch die tragende Seite des Stützkörpers ein Sinterge¬ rüst oder ein Stützgewebe - beispielsweise aus Zinnbronze aufgebracht wird. Weiterhin werden als Stützkörper geloch¬ tes Stahl- oder Bronzeblech genannt. Das Aufbringen eines Sintergerüstes oder eines Stützgewebes als Zwischenschicht bzw. die Verwendung eines gelochten Stahl- oder Bronzeble¬ ches ist notwendig, um hier eine ausreichend hohe Verbindu der aufzubringenden KunststoffSchicht zum Trägerwerkstoff zu gewährleisten. Es ist einleuchtend, daß die zusätzliche Forderung nach dem Vorhandensein eines Rauhgrundes, der ei mechanische Verklammerung gestattet, zusätzliche Arbeits¬ gänge erfordert und somit aufwendig und kostenintensiv ist. So muß z.B. das Sintergerüst auf den metallischen Stützkör per aufgestreut werden, um dann einen Sinterprozeß zu durc laufen, der so gesteuert werden muß, daß ausreichender Po¬ renraum entsteht, welcher mit dem Polyimidharz und/oder Lackbestandteilen getränkt wird. Hierbei muß auf die Vis¬ kosität der Mischungen geachtet werden, um eine vollständi Tränkung des zur Verfügung stehenden Porenraumes erreichen zu können. Dem sind jedoch durch das Hinzufügen selbstschmi render Zusätze Grenzen gesetzt. Einmal muß sich die Größe dieser Zusätze an den Abmessungen des zur Verfügung ste¬ henden Porenraumes des Haftgrundes und umgekehrt orientie¬ ren. Desweiteren steigt die Viskosität der Mischung mit dem Anteil der selbstschmierenden Zusätze.

Nachteilig bei dem geschilderten Herstellungsverf hren von Reib- bzw. Gleitelementen mit sehr kleinem Biegeradius ist die Tatsache, daß diese erst nach ihrer Bearbeitung auf End dicke und erfolgter Umformung durch- bzw. ausgehärtet wer- den können. Wird die Durch- bzw. Aushärtung vor der Bear-

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be ^' itung bzw. vor der Umformung zu Reib- bzw. Gleitelementen mit sehr kleinem Biegeradius vorgenommen, so ist mit Ab¬ lösungen, d.h. mit einem Abplatzen der Reib- bzw. Gleit¬ schicht zu rechnen .

Es sind auch Verbundschichtwerkstoffe bekannt, deren Gleit¬ schicht aus einem Fluorpolymer-Gemisch und einem Zusatzstoff besteht und der mit einem weiteren, die Gleiteigenschaften verbessernden anorganischen oder organischen Stoff ge¬ mischt sein kann, der in pulvriger Form vorliegt. Dabei wird das fluorhaltige Polymer in einem kontinuierlichen

Beschichtungsverfahren durch Zugabe von Zusatzwerkstoffen, die eine Dichte 8 g/cm haben, die eine Flächenverbin¬ dung der Fluorpolymere zum Substrat erhöhen, auf dem me¬ tallischen Trägerwerkstoff aufgebracht. Mit diesem Zusatz-

3 Werkstoff, dessen Dichte > 8 g/cm ist, werden die antiadhä- siven Eigenschaften von luorhaltigen Polymeren unterdrückt.

Nachteilig ist die Notwendigkeit, Zusätze verwenden zu müssen, die das schlechte Bindungsverhalten von fluorhaltigen Poly¬ meren verbessern sollen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Zwei- oder Mehrschicht-Verbundwerkstoff mit einer verbesserten, Poly¬ imid-Lack enthaltenden Deckschicht zu schaffen, die sich durch ^* hohe Temperaturbeständigkeit, hohe mechanische Be¬ lastbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Verschleiß- festigkeit auszeichnet und dabei leicht und kostengünstig auf dem Verbundwerkstoff aufzubringen sein soll. Soweit der Verbundwerkstoff für Reib- bzw. Gleitelemente gedacht ist, und die Deckschicht die Funktion einer Reib- bzw. Gleitschicht übernimmt, sollen die Nachteile der bekannten Polyimid-Gleitlager behoben und vor allem wesentlich ver¬ besserte Reib- bzw. Gleiteigenschaften erzielt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Matrix der Deckschicht durch den wärmehärtbaren Polyimid- Lack gebildet und Zusatz bzw. Zusätze in darin fein disper verteilter Form aufnimmt und daß diese Deckschicht direkt auf der aufgerauhten Oberfläche des Substrates aufgebracht ist. Bei erfindungsgemäßem Verbundwerkstoff für Reib- bzw. Gleitelemente ist die Deckschicht als Reib- bzw. Gleit¬ schicht auszubilden und direkt auf der aufgerauhten Ober¬ fläche eines bandförmigen, metallischen Substrates auf- zubringen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich besonders diejenigen Polyimid-Lacke bewähren, welche in der Elektro¬ industrie als Elektrolacke bzw. als Drahtlacke für Isolier zwecke Verwendung finden. Ein besonderer Vorteil des er- findungsgemäßen Verbundwerkstoffes besteht darin, daß ein Zwei- oder Mehrschicht-Verbundwerkstoff hergestellt wird, ohne eine haftvermittelnde Schicht oder einen der mechanischen Verklammerung dienenden Rauhgrund.

In vorteilhafter Weise kann die Matrix der Reib- bzw. Gleit schicht durch in Lösungsmitteln lösliches Polyimid gebilde sein und diese Matrix, in der ein selbstschmierender Zusat bzw. Zusätze darin fein dispers verteilt ist bzw. sind, direkt auf der aufgerauhten Oberfläche eines metallischen Substrates aufgebracht werden. In besonders vorteilhaf er Weise kann die Reib- bzw. Gleitschicht, die etwa 99 bis

60 Vol.%, bevorzugt 90 bis 80 Vol.%, wärmehärtbare Polyimi Lacke und etwa 1 bis 40 Vol.%, bevorzugt 10 bis 20 Vol.% selbstschmierende Zusätze enthalten. Dabei können in vor¬ teilhafter Weise Polyimid-Lacke bzw. die in Lösungsmitteln löslichen Polyimide Stoffe aus einer oder mehreren der folgenden Gruppen von Polyimiden sein:

Carboranimid, wasserstoffreie Polyimide, Poly-triazo-Pyro- mellithimide, Polyesterimide und Polyamidimide .

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In besonders vorteilhafter Weise kann der Polyimid-Lack ein in Lösungsmitteln lösliches Polyimid ein über Tris-( 2-hydroxyäthyl) -isocyanurat (THEIC) vernetztes Polyester sein. In vorteilhafter Weise kann der selbstschmierende Zusatz ein in Pulverform vorliegendes, niedermolekulares PTFE sein, dessen mittleres Molekulargewicht zwischen 35.000 und 100.000 ist, wobei die mittlere Korngröße des nieder¬ molekularen PTFE zwischen 5 bis 7 um sein kann. In vorteil- hafter Weise kann die Dicke der Reib- bzw. Gleitschicht zwischen 0,05 und 0,5 mm, bevorzugt zwischen 0,07 und 0,2 mm sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das metallische Substrat aus Stahl nach DIN 1624, Aluminium, eine Aluminiumlegierung, aluminiumplattierter Stahl oder kupferhaltige Werkstoffe gebildet sein, wobei das metalli¬ sche Substrat eine Dicke zwischen 0,5 bis 2,0 mm aufweisen kann .

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerk¬ stoffes kann in einem kontinuierlichen Durchlauf ausge- führt werden, wobei in besonders vorteilhafter Weise fol¬ gender Verfahrensschritt aufgezeigt wird. Der in Pulverform vorliegende, selbstschmierende Zusatz wird mit dem der die Matrix bildende Polyimid-Lack innig vermischt und bis zu niedrig viskosen bis pastösen Zustand homogenisiert, wobei die so vorbereitete Mischung in der gewünschten Beschichtungsdicke in entsprechender Menge auf das metallische Substrat aufgebracht und auf diesem angefrittet werden kann.

In einem besonders vorteilhaften Verfahrensschritt kann zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Mischung diese mit einem latenten Lösungsmittel, vorzugsweise Diraethylformamid versehen sein, wobei der Zusatz von Dimethylformarrtid 2 bis 10 Vol.%, vorzugsweise 4 bis 6 Vol.% betragen kann. In einem nächsten vorteilhaften Verfahrensschritt kann die mit einer?, latenten Lösungsmittel versehene Mischunα mittels

_S pritzen, Streichen oder Walzen auf das metallische Sub¬ s _t rat aufgebracht werden, wobei in vorteilhafter Weise da metallische Substrat in einem MF-Ofen induktiv auf die Te peratur zum Anfritten der Reib- bzw. Gleitschicht an das metallische Substrat erwärmt werden kann.

In einem vorteilhaften Verfahrensschritt kann das in der angefritteten Reib- bzw. Gleitschicht enthaltene, latente Lösungsmittel in einer anschließenden Heizstrecke ver¬ flüchtigt werden. In einem anschließenden vorteilhaften Verfahrensschritt kann die auf das metallische Substrat aufgebrachte Mischung aus Polyimid-Lack und niedermoleku¬ larem PTFE in einem Durchlaufofen, der in seiner Ober- un Unterhitze regulierbar ist, durchgehärtet werden, wobei die Au≤gangstεmperatur des Substrates maximal 253 Cbe- tragen kann. In einem besonders vorteilhaften Verfahrens¬ schritt kann zur Ausbildung der maximalen Kristallisation der Reib- bzw. Gleitschicht diese im Anschluß an die Durc härtung gesteuert abgekühlt werden und im Anschluß daran zur Weiterverarbeitung zu einer Rolle aufgewickelt werden

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß in einem kontinuierlichen Verfahren ohne aufwendige Zwischen schichten bei optimaler Haftung direkt der metallische St werkstoff mit dem reibungsarmen, verschleißfesten und tem peraturbeständigen Werkstoff beschichtet werden kann. Der Forderung nach einem schnellen und wirtschaftlichen Her¬ stellungsverfahren wird dadurch Rechnung getragen, daß di Verarbeitungszeiten äußerst kurz sind und eine ausreichen Genauigkeit beim Aufbringen der Reib- bzw. Gleitschicht e maßliche Nachbearbeitung vermeiden hilft. Nachdem das mit einer Reib- bzw. Gleitschicht versehene Band gesteuert ab gekühlt ist, wird es ohne zusätzliche thermische oder mec nische Nachbehandlung zu einer Rolle aufgewickelt und ist geeignet zu herkömmlichen Gleitlagerelementen weiterverar beitet zu werden. Herkömmliche Zweischicht-Verbundwerksto mit dem Aufbau metallischer Träger/Kunststoff erleiden be

einer spanlosen Formgebung durch beispielsweise Walzen, Drücken oder Biegen eine irreversible Schädigung der Bin¬ dung zwischen Substrat und Beschichtung.

Eine Umformung des erfindungsgemäßen Zwei- oder Mehrschicht- Werkstoffes durch beispielsweise Walzen führt überraschen¬ derweise zu keiner Schädigung des Schichtverbundes.

Das Fehlen einer gesonderten Nachbehandlung, sei es ther¬ mischer oder mechanischer Art, gestattet, den Gleitlager- zweischichtenwerkstoff kontinuierlich in einem einzigen Durchgang herzustellen. Im erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich bevorzugt ein Zweischichtwerkstoff mit einem Stützwerkstoff aus Stahl DIN 1624, Qualität St3 , bevorzugt St4, herstellen. Alternativ dazu können auch andere metal¬ lische Stützwerkstoffe, beispielsweise Aluminium oder Alu- miniumlegierungen und aluminiumplattierter Stahl oder kupferhaltige Werkstoffe in Betracht kommen. Die Dicke der verwendeten metallischen Stützwerkstoffe ist beliebig, soll aber bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm liegen. Als Polyimidlack wird bevorzugt ein über Tris-(2-hydro- xyäthyl) -isocyanurat (THEIC) vernetztes Polyester verwen¬ det. Dieser thermisch hoch belastbare, wärmeschockbestän- dige, reibungsarme und gegen mechanische Belastung unempfind¬ liche Werkstoff wird mit reibungs- und verschleißminderndem niedermolekularem PTFE, welches in Pulverform vorliegt, homogen gemischt.

Die auf die Stützschicht aufzubringende homogene Mischung ist zwischen 0,05 mm und 0,5 mm dick, bevorzugt zwischen 0,07 mm und 0,2 mm. Die Zugabe des verschleißmindernden gleitverbessernden PTFE in Pulverform mit einer Korngröße von 0,005 mm bis 0,007 mm mit einem Volumenanteil von 1 bis 40%, bevorzugt 10 bis 20%, wird dem Polyimidlack, bei¬ spielsweise Polyesterimid, zugemischt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß ein Zusatz von 2 bis 10 Vol.%, bevor¬ zugt 4 bis 6 Vol.%, eines latenten Lösungsmittels, beispiels- weise Dimethylformamid, die Verarbeitbarkeit der Mischung _^

während der Beschichtung durch z.B. Aufstreichen wesentlic vereinfacht. Weiterhin wurde festgestellt, daß durch die Zugabe von 2 bis 10 VdL%, bevorzugt zwischen 4 bis 6 Vol.% eines latenten Lösungsmittels, bevorzugt Dimethylformamid, sich ebenso die Filmbildung der aus beispielsweise Polyest imid und PTFE bestehenden Beschichtungsmischung in hohem Maße verbessert, und es zu einer geschlossenen, porenfreie und über die gesamte Bandbreite ebenen und gleichmäßigen B schichtung beiträgt.

Nachstehend wird die Ausführungsform der für die Durchfüh¬ rung des Verfahrens zu benutzenden Anlage beschrieben.

Die Vorbehandlung der metallischen Stützschicht, welche mit Reib- bzw. Gleitschicht versehen werden soll, wird mittels Strahlen, Bürsten oder Schleifen, also auf mecha- nische Weise bevorzugt durchgeführt.

Eine andere Möglichkeit der Vorbehandlung ist durch ein Anätzen, also auf chemische Weise möglich. Dieser Behandlu zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche auf mechani¬ sche und/oder chemische Weise folgt eine Reinigung der zu beschichtenden Oberfläche durch bekannte Lösungsmittel.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand der Zeichnung näher erläutert, die einen stark vergrößerten Schnitt durch einen

Zweischicht-Verbundwerkstoff zeigt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist auf der zu beschich¬ tenden, vorbehandelten Oberfläche 2 des Substrates 1, be¬ stehend aus beispielsweise Stahl DIN 1624 der Qualität St4, eine die Matrix 3 bildende Polyimidschicht aufgebracht, welche vorzugsweise aus einem Polyesterimid besteht. In dieser Matrix 3, bestehend aus Polyesterimid, sind nieder¬ molekulare PTFE-Teilchen als selbstschmierender Zusatz 4

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fein dispers verteilt. Die Korngröße dieser PTFE-Teilchen 4 beträgt zwischen 5 bis 7 um. Die Dicke. des metallischen Substrats 1 beträgt bei der Herstellung von Gleitlagern, beispielsweise für den Einsatz in Pumpen, Vergasern oder Stoßdämpfern 0,2 bis 2,5 mm. Die Dicke der Reib- bzw. Gleitschicht 5 liegt zwischen 0,07 und 0,2 mm.

Anhand der nach olgenden Verfahrensbeschreibung soll die Herstellung eines Zweischicht-Verbündwerkstoffes aufgezeigt werden.

Ein Trägerwerkstoff aus Stahl der Qualität St3 nach DIN

1624 bzw. St4 wird fortlaufend durch Strahlen, Bürsten oder Schleifen und/oder Ätzen und anschließende Reinigung bzw. Entfettung mit vorzugsweise organischen Lösungsmitteln be¬ handelt. Danach erfolgt unmittelbar die Beschichtung mit einem Gemisch aus Polyesterimid und niedermolekularem PTFE-Wachs, Teilchengröße ca. 5 um bis 7 um, mittleres Molekulargewicht 35.000 bis 1O0.O0O. Die besten Ergebnisse wurden bei einer statistischen Verschleißprüfung (Stift/ Walze-Prüfeinrichtung) mit maximal 21 Vol.% PTFE-Zusatz er- reicht.

Die Auftragung der Reib- bzw. Gleitschicht erfolgt über ein Auftragungsrakel (Alternative :Walzenbeschichtung) , wo¬ bei dieses so eingestellt wird, daß eine über die gesamte Bandbreite gleichmäßige Beschichtung erfolgt. Durch diese Form der Bandbeschichtung werden evtl. Dickenunterschiede der Stützschicht kompensiert, so daß ein zusätzlicher Ar¬ beitsgang für die Dickenregulierung entfällt.

Nach dem Aufbringen der Gleitschicht wird in einem Vorwärm¬ ofen, einem MF-Ofen, ein Anfritten des Werkstoffgemisches an das Substrat vorgenommen.

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Die in der Reib- bzw. Gleitschicht enthaltenen Lösungsmitt werden in einer anschließenden Heizstrecke verflüchtigt. Darauffolgend wird in einer Umwälzdurchlaufanläge die Aus¬ härtung der Beschichtungsmasse vorgenommen.

Nur durch die beschriebene Reihenfolge des Beschichtungsab laufes und die Auslegung der Öfen wird eine geschlossene, glatte und von Poren freie Beschichtung geschaffen.-

Die Austrittstemperatur des beschriebenen Bandes beträgt am Ende des Durchlaufofens 250 C. Im Anschluß an den Durch laufofen erfolgt eine langsame, geregelte Abkühlung, wo¬ durch eine hohe Kristallisation der Beschichtung herbeige¬ führt wird. Der Zweischichtverbundwerkstoff wird ohne ma߬ liche Nachkontrolle, wie beispielsweise Walzen oder Fräsen zu einer Rolle aufgewickelt und ist zur Weiterverarbeitung von Reib- und Gleitelementen geeignet.

Vergleichende Verschleißversuche an Prüfplättchen, gefer¬ tigt nach der erfindungsgemäßen Beschichtung Polyesterimid und verschiedenen Volumenanteilen an niedermolekularem PTF gegenüber einer Beschichtung ohne Zusatz an PTFE sind nach stehend aufgeführt.

Versuchsbedingungen: Gleitgeschwindigkeit : 100 min ^-1 ----: ¹ θ,523 ms ^-1 Statische Belastung: '~~ 700 N Spezifische Belastung: -*—✓ 8, 9 N/mm ² Prüfplättchen-0: 10 mm

Walzen-0 des Gegenläufers 100 mm PV-Wert : 4,68 N/mm' ms -1 Härte: 60 HRc

V 2,84 R_ : 0,24

R : 1.78

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Anhand der aufgeführten Versuchsbedingungen wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Vol .-Anteil : Versuchsdauer : Walztemp. : Verschleiß:

PTFE ( % )

0 23 Min. 67°C 0,016 mm

7 30 Min. 63°C 0,009 mm

8 30 Min. 75°C 0,008 mm

21 30 Min. 65°C 0,002 mm

Eine Ausführungsform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zweischichtwerkstoffes wird nachfolgend beschrieben.

Beispiel 1 :

Das Aufrauhen der mit der erfindungsgemäßen Gleit- bzw. Reibschicht zu beschichtenden Oberfläche der vorzugsweise metallischen Stützschicht kann durch gebräuchliche mecha- nische Verfahren wie beispielsweise Strahlen, Bürsten oder Schleifen erfolgen. Eine chemische Behandlung durch An¬ ätzen ist aber auch möglich.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Beschichtungswerkstof- fes mit z.B. einer Zusammensetzung von 93 Vol.-Anteilen Polyesterimid und 7 Vol .-Anteilen niedermolekulares PTFE wird nachstehend beschrieben.

Der Mischvorgang erfolgt in einem Schnellrührer bei einer Drehzahl von < 4000 U/min..

Die Ausgangsviskosität bei 23°C beträgt nach DIN 53211 für das Polyesterimid 90 s + 5%.

Nach dem Mischvorgang mit einem Rotationsviskosimeter wurden 450 + 5% m Pa . s gemessen. Die Mischzeit ist mit 5 Minuten kurz zu halten.

Die Beschichtung des erfindungsgemäßen Werkstoffes bzw. die Herstellung oder Auftragung erfolgt vorzugsweise über einen regulierbaren Streubalken bzw. ein Auftragsrakel.

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In einem zweiten Beispiel wird die Beschichtung einer en sprechend vorbehandelten Stützschicht mit einem Werkstof gemäß nachstehender Zusammensetzung beschrieben.

Beispiel 2 : Die Zusammensetzung der Reib- bzw. Gleitschicht besteht 79 Volumenanteile Polyesterimid und 21 Volumenanteile niedermolekulares PTFE.

Zu der aufgeführten Zusammensetzung werden während des M vorganges im Schnellrührer 6 Volumenanteile, bezogen auf Mischung eines latenten Lösungsmittels beigegeben, um di Filmbildung beim Aufbringen mit Streichbalken zu verbess und bei Schichtdicken ^ 40 um die Blasenbildung bzw. Por bildung zu unterdrücken.

Im erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch große Fl chen, insbesondere zu schützende Metalloberflächen (meta coating) mit einer Deckschicht versehen. Die Deckschicht kann auch in fortlaufendem Verfahren auf bandförmiges Su strat aufgebracht werden. Dabei kann die Deckschicht in jeder gewünschten besonderen Anforderungen gerecht werde der Weise zusammengesetzt werden, beispielsweise als Rei bzw. Gleitschicht.