Für jede Anforderung die richtige Lösung – Oberflächentechnik in Forschung und Anwendung

Oberflächen 10. 12. 2013

Bericht über die ZVO-Oberflächentage 2013 in Dresden

– Fortsetzung aus WOMag 11/2013

Oberflächen für Automobilanwendungen

EMV durch Spritzverzinken

Dr. Frank Prenger, Grillo-Werke AG, gab mit seinem Vortrag einen Einblick in die Verwendung von thermisch gespritzten Zinkschichten für den Schutz gegen elektromagnetische Wellen. Für das Auftragen von Zink bieten sich bevorzugt das Drahtlichtbogen- und das Flammspritzen mittels Draht oder Pulver an. Deutliche Unterschiede zeigen die Verfahren bei den Auftragsraten, die beim Lichtbogenspritzen etwa zehnfach höher sind. An zahlreichen Beispielen zeigte der Vortragende die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten, da praktisch alle Materialien, von Papier über Holz, Beton, Kunststoff bis zu Metall, beschichtet werden können. Zudem sind die aufgebrachten Schichten lötbar. Für den EMV-Schutz kommen vor allem Kunststoffgehäuse als Substrate in Betracht. Die Zinkschichten zeichnen sich hier durch eine hohe Abschirmwirkung aus.

Hochgeschwindigkeitsverchromung

Die Hochgeschwindigkeitsverchromung wurde in erster Linie für Massenteile, wie sie beispielsweise im Automobilbau gefragt sind, zu einem sehr umweltfreundlichen und effizienten System entwickelt. Dirk Wiethölter, Enthone GmbH, gab einführend einen Überblick über die geschichtliche Entwicklung der funktionellen Verchromung. Während früher Kombinationsschichten aus Nickel und Chrom verwendet wurden, sind heute zunehmend mehrlagige Chromschichten gefragt. Die Schichtdicken liegen bei zehn Mikrometer bis 35 Mikrometer und die Härten bei 750 bis 1000 HV0,1. Durch Pulsabscheidung können spannungsarme Zwischenschichten erzeugt und so rissfreie Chromschichten hergestellt werden. Bei den bewusst mit Rissen ausgestatteten Chromschichten wird ein Mikrorissnetzwerk angestrebt.

Moderne Anlagentechniken verhelfen zu einer kostengünstigen Verchromung, was der Referent an Beispielrechnungen für verschiedene Anlagen und Anwendungsfälle aufzeigte.

Selektive Chromabscheidung

Ebenfalls mit dem Thema der Hochgeschwindigkeitsabscheidung befasste sich Hermann H. Urlberger, AHC Oberflächentechnik GmbH (Koautoren: H. Siegert, F. Cours, M. Wijnen). Er erweiterte die Anwendung zudem auf die selektive Beschichtung der eigentlichen Wirkflächen von Bauelementen für Automobile und den Maschinenbau. Durch die Anpassung der Anlagentechnologie auf die Bauteile ist es einerseits möglich, die nicht zu beschichtenden Bereiche von der Einwirkung des Elektrolyten auszuschließen. Dort, wo die Abscheidung erfolgen soll, lassen sich hohe Fließgeschwindigkeiten des Elektrolyten einstellen und so Stromdichten bis 500 A/dm2 erreichen. Hierbei liegen die Herausforderungen sowohl bei der passenden Kontaktierung der Bauteile als auch bei der exakten Stromzufuhr.

Mit der Technologie können Chromschichten mit Dicken von fünf Mikrometer bis acht Mikrometer pro Minute erzielt werden. Die Schichten besitzen Härten über 1100 HV0,025 und geringe Rauheiten. Besonders interessant im Hinblick auf REACh ist die Tatsache, dass sehr geringe Elektrolytvolumina vorhanden sind und ein solches System komplett geschlossen arbeiten kann.

Polymerversieglung

Eine neuartige Versiegelung für Zinkoberflächen stellte Dr. Sasa P. Jacob, Hillebrand Chemicals GmbH vor. Hierbei kommen Verbindungen auf Basis von Siliziumoxiden und Kohlenstoffverbindungen zum Einsatz, die durch eine Wärmebehandlung zur Reaktion gebracht werden. Beim Einsatz auf galvanisch abgeschiedenen Zinkschichten kann das Tempern bei Temperaturen zwischen 160 °C und 220 °C zum Austreiben von Wasserstoff als Wärmebehandlung eingesetzt werden. Die Versiegelung kann modifiziert werden und beispielsweise auch Gleitmittel beinhalten. Das auf Wasser­basis aufgebaute System kann auch ohne Zentrifuge für Trommelbauteile eingesetzt werden. Da die Schichtdicken deutlich unter 1 Mikrometer liegen, besteht auch keine Gefahr einer Dimensionsänderung.

Das relativ preisgünstige Beschichtungssystem trägt zur Verbesserung der Schlag- und Korrosionsbeständigkeit bei und ist nach Ansicht des Vortragenden eine Alternative zu galvanisch abgeschiedenem Zink-Eisen.

Aluminiumabscheidung mit MOCVD

Aluminium zählt aufgrund der dichten und stabilen Oxidschicht zu den interessanten Funktionsmetallen und ist daher als Schutzschicht für andere Basismetalle von Interesse. Da eine Abscheidung aus wässrigen Lösungen nicht möglich und die aus organischen Lösemitteln schwierig zu handhaben ist, bietet sich eine neue CVD-Technik mit metallorganischen Verbindungen (MOCVD) an. Horst Huss, Alencis GmbH, stellte eine neue Verfahrenstechnik speziell für Kleinteile zur Beschichtung in Trommel vor. Das Verfahren arbeitet unter inerter Atmosphäre bei Normaldruck mit Hilfe thermischer Zersetzung bei mittleren Temperaturen, wobei sich hohe Abscheidegeschwindigkeiten ergeben. Die erzielten Schichten zeichnen sich durch eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, hohe Duktilität und hohe Temperaturbeständigkeit aus. Bereits ab Schichtdicken von weniger als 1 Mikrometer sind die Schichten nach Aussage des Vortragenden dicht.

Polymere Inhibitoren

Sascha Buchbach, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, und Dr. Marco Soltau, Straetmans High TAC GmbH, befassten sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Inhibitoren zur Steigerung der Korrosions­beständigkeit von Metallen. Ziel des Einsatzes­ ist die Verbesserung der Beständigkeit von lackierten Metallbauteilen, insbesondere von Aluminiumlegierungen. Zugleich wurden mit dem entwickelten System die Forderungen aus REACh berücksichtigt.

Die Inhibitoren können mit Hilfe der gebräuchlichen Tauch- und Spritzapplikatio­nen aufgebracht werden, sie lassen sich aber auch in bestehende Lacksysteme einarbeiten. Die Tests mit verschiedenen Aluminiumlegierungen fielen ebenso positiv aus, wie die mit weiteren gebräuchlichen Einsatzmetallen wie Stahl, Messing, Zink oder Magnesium.

Sol-Gel-Beschichtung

Sol-Gel-Beschichtungen zur Erzeugung von Oberflächen mit Nanopartikeln müssen bestimmte Anforderungen erfüllen. Diese stellte Carsten Schmidt, EPG AG, vor und erläuterte an Beispielen deren Einsatz in der Automobilindustrie.

Nachhaltige Oberflächenbeschichtungen

Gold-Eisen-Elektrolyte

Das Ansinnen der ECHA, Kobaltsalze in den Anhang XIV aufzunehmen, hat zur Suche nach Alternativen für die seit langem mit gutem Erfolg eingesetzten Gold-Kobalt-Legierungen geführt. Dr. Sascha Berger, zusammen mit Bernd Weyhmüller von der Umicore Galvanotechnik GmbH, stellte als alternatives System einen Elektrolyten zur Abscheidung von Gold-Eisen vor. Insbesondere die stabile und einfache Arbeitsweise sowie die guten Kontakteigenschaften der Gold-Kobalt-Schichten geben dabei die zu erreichenden Eigenschaften vor. Der Vortragende wies darauf hin, dass die Goldschichten mit Kobalt und Nickel vor allem für die Herstellung von Kontaktflächen in der Bandbeschichtung heute unverzichtbar sind, wodurch die Anforderungen für Ersatzsysteme nochmals erhöht werden.

Der entwickelte Elektrolyt besitzt hohe ­Abscheideraten im mittleren Stromdichtebereich. Die Schichten weisen eine geringe Porosität auf und zeigen eine gute Benetzbarkeit. Die Härte der Goldlegierung mit weniger als 0,3 % Eisen liegt zwischen 140 HV und 160 HV und damit geringfügig unter der von Gold-Kobalt mit 180 HV. Der Referent ging in seinem Vortrag ausführlich auf die Eigenschaften des Elektrolyten bei der Anwendung der Bandbeschichtung, vor allem bei Spotplating mit den sehr hohen Stromdichten und kleinen Abscheideflächen ein.

Chromfreie Passivierung

Einen weiteren Beitrag zur nachhaltigen Oberflächentechnologie leistete Christoph Hoge, Coventya GmbH, mit einer Diskussion­ der Entwicklung chromfreier Passivierungen. Als Ausgangspunkt aller Bemühungen gilt die Verbesserung der ökologischen Gesamtsituation. Eine Bewertung des bisher Erreichten muss nach Ansicht des Vortragenden daher über die reine Anwendung hinausgehen und die Herstellung der Alternative zu den Passivierungen auf Basis von Chrom(III) betrachten. Dazu müssen die Verfahren zur Herstellung von Titan- und Zirkonsalzen denen zur Gewinnung der benötigten Chromsalze gegenübergestellt werden. Bereits hier ist festzustellen, dass die Alternativen im Hinblick auf den Umgang, die Gewinnung durch den Erzabbau oder die Kosten keinerlei Vorteile bieten. Daraus ist zu folgern, dass die chromfreien Passivierungen keine Entlastung der Umwelt und keine Verringerung des Gefährdungspotenzials erbringen.

Nachhaltige Vakuumbeschichtung

Die Vakuumbeschichtung war lange Zeit ein Verfahren, das vorzugsweise in Batchanlagen eingesetzt wurde. Durch die Entwicklung der Hochratebeschichtung, wie sie Prof. Dr. Christoph Metzner vom Fraunhofer-FEP (Koautoren: Dr. B. Scheffel, Dr. H. Morgner, Dr. O. Zywitzki) vorstellte, wurde auch die Durchlaufbeschichtung von Bändern und Platten bei unterschiedlichen Schichtdicken möglich. Der Vortragende gab einführend einen Einblick in die notwendige Anlagentechnik, bei der vor allem der Aufwand zur Erzeugung des notwendigen ­Vakuums nicht zu unterschätzen ist.

Zu den großen Vorteilen der Technologie zählt die Möglichkeit, Schichten auf Basis von Silizium- oder Titanoxid mit sehr geringen Schichtdicken herstellen zu können. Solche Schichten besitzen gute Reinigungseigenschaften oder sind sehr kratzbeständig. Die Bearbeitungsgeschwindigkeiten reichen bei den heutigen Anlagen bis etwa 1 m/s beziehungsweise Schichtdicken zwischen 400 Nanometer und 2000 Nano­meter. Durch die gute Schichthomogenität erreicht die Beschichtung eine hohe Qualität für mechanische, dekorative oder optische Eigenschaften.

Grüne Galvaniksysteme

Gerhard Reusmann, Dörken MKS-Systeme GmbH & Co. KG, stellte ein neues Beschichtungssystem für galvanische Oberflächen vor. Das System befindet sich derzeit in der Pilotphase und zeichnet sich durch hohe Korrosionsschutzwerte aus. Insbesondere das Verschraubungsverhalten bezeichnete der Vortragende als sehr gut, so dass dem Einzug in die Automobilbranche nichts entgegensteht. Dazu trägt auch die hohe Prozesssicherheit des Verfahrens sowohl bei der Beschichtung in der Trommel als auch auf Gestellteilen bei. Die Prüfung im Salzsprühnebeltest (DIN EN ISO 9227) führt auf Trommelteilen zu mehr als 480 Stunden und auf Gestellteilen zu mehr als 720 Stunden Beständigkeit gegen Überzugskorrosion. Die guten Eigenschaften belegte der Vortragende mit zahlreichen Vergleichsmessungen an Verschraubungen.

Aluminium- und Eisenabscheidung aus ionischen Flüssigkeiten

Ionische Flüssigkeiten stehen derzeit im Fokus der Entwicklung, da sie der Abscheidung sowohl in Bezug auf die Metalle als auch deren Morphologie neue Möglichkeiten eröffnen. Thomas Schubert, IoLiTec Ionic Liquids Technologies GmbH (Koautoren: M. Ahrens, S. Sauer), stellte die Abscheidung von Aluminium und Eisen aus solchen Elektrolytsystemen vor. Mit diesen ist es möglich, ­spiegelglänzende Aluminiumschichten bei Raumtemperatur abzuscheiden. Durch Variation des Elektrolyten konnte dessen Lebensdauer verlängert werden. Eisen lässt sich in unterschiedlicher Kristallmodifika­tion und hoher Reinheit abscheiden.

Zinnabscheidung für die Elektrotechnik

Die Arbeiten von Alexander Spörrer und Dr. Olaf Kurtz, Atotech Deutschland GmbH, haben zu einem neuen Zinnelektrolyten und einer Nachbehandlung geführt, die den gestiegenen Anforderungen der Elektro- und Elektronikindustrie gerecht wird.

Das neue Elektrolytsystem ermöglicht die Abscheidung von seidenmatten Schichten mit gutem Umschmelzverhalten und einer deutlich geringeren Empfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse. Dies wurde im Vergleich mit bisher üblichen Verfahren aufgezeigt. Dabei werden sowohl die Prozesssicherheit als auch die Produktqualität erhöht. Zugleich lassen sich die Kosten für den Gesamtprozess verringern.

Ergänzend wurde für das Verfahren eine Nachbehandlung entwickelt, mit der die guten Eigenschaften der abgeschiedenen Zinnschicht nochmals verbessert werden. Als Kriterium für die Bewertung wurde das Umschmelzverhalten, die Lötbarkeit nach unterschiedlichen Lagerzeiten sowie die Neigung zur Whiskerbildung herangezogen.

Nickelelektrolyten im Vergleich

Zur Abscheidung von spannungsarmen ­Nickelschichten wird in der Regel auf Sulfamatelektrolyte zurückgegriffen. Hans-Jörg Hoffmann (zusammen mit H. A. Verlind und F. Schwager), Technic Deutschland GmbH, stellte ein neues Elektrolytsystem auf Basis von Chlorid vor. Damit kann die Nickelkonzentration im Elektrolyten gesenkt und vor allem der Aufwand für die Abwasserbehandlung gesenkt werden.

Das Verfahren zeigt eine gute Schichtdicken­verteilung sowie eine bessere Abdeckung bei niedrigen Stromdichten, wodurch insbesondere ein Einsatz bei stark strukturierten Substraten von Vorteil ist. Der Vergleich mit einem konventionellen Sulfamatelektrolyten belegt, dass die inneren Spannungen der Schicht deutlich niedriger sind und die Korrosionsbeständigkeit erhöht ist. Durch die bessere Leitfähigkeit des chloridbasierten Elektrolyten fallen die Energiekosten der Abscheidung. Das Verfahren eignet sich für die Beschichtung auf Gestellen, in der Trommel sowie in Durchlaufanlagen. Beim Einsatz für Steckverbinder ist zudem eine verbesserte Lötfähigkeit der aufgebrachten Zinnschichten auf Nickel festzustellen.

Anwendungstechniken

Prozesssicherheit bei Aluminiumvorbehandlung

Wie Dr. Corinna Weigelt einführend betonte, ist mit dem Wechsel von der klassischen Chromatierung zur Konversionsschicht auf Basis von Zirkoniumverbindungen die Prozessüberwachung wichtiger geworden. Heute werden Aluminiumbauteile vor dem Lackieren fast ausschließlich mit Verbindungen auf Basis von Zirkonium und Zirkonium-Titan behandelt, bei denen die Einhaltung der Zusammensetzung der Lösung ausschlaggebend für die Qualität der Vorbehandlung ist. Hierfür wurde eine neue Analysenmethode unter Einsatz eines Farbstoffs entwickelt und inzwischen auch in der Praxis getestet.

Hierzu wird einer Probe der Vorbehandlung der Farbstoff zugesetzt und nach einer Reaktionszeit von wenigen Minuten kann der Gehalt an Zirkonium photometrisch ermittelt werden. Entscheidend für die Tauglichkeit des Messverfahrens ist, dass Aluminium, Fluorid, Magnesium, Eisen, Zink und Chrom(III) die Analyse nicht stören.

Hartchrom mit optimierter Funktionalität

Ralf Altheimer gab in seinem Vortrag einen Überblick über die unterschiedlichen Verfahren zur Erzeugung von hochbelasteten Oberflächen unter Einsatz von Chrom in unterschiedlichen Ausführungen und Kombinationen. Mit den jeweiligen Kombinationsschichten können unterschiedliche Anforderungen an die Bauteiloberflächen erfüllt werden, wobei die Palette an Eigenschaften insbesondere bei Chrom sehr breit ist.

Der Referent führte als Schichtsystem mit hoher Korrosionsbeständigkeit die Mehrfachchromschichten auf, bei denen durchgehende Risse vermeidbar sind. Durch Einlagerung von Hartstoffpartikeln wie Diamant in das Rissnetzwerk von Chromschichten lässt sich die Verschleißbeständigkeit erhöhen. Eine bessere Flächenbelastung wird durch Härten des Untergrunds beispielsweise durch Plasmanitrieren erzielt. Strukturierte Chromschichten eignen sich zur Aufnahme von Schmierstoffen, wie sie in Lagern benötigt werden. Bei bestimmten Stählen hilft eine Plasmadiffusions­behandlung beim Polieren vor dem Verchromen, um Ausbrücke von harten Phasen des Stahls zu vermeiden.

In zahlreichen Beispielen zeigte der Vortragende den Einsatz und die beeindruckenden Vorteile der verschiedenen Verfahren zu Herstellung angepasster Oberflächen.

Chemisch abgeschiedene Nickel-Duplex-Schichten

Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphor-Schichten sind aufgrund ihrer hohen Korrosions- und Verschleißbeständigkeiten geschätzt. Durch die Einlagerung von Dispersionsstoffen kann das Eigenschaftsprofil zusätzlich erweitert werden. Christian­ Kaiser und Nicole Micyus, MacDermid, zeigten, dass die Eigenschaften durch Duplexbeschichtungen nochmals erweiterbar sind. Hierzu wurde ein System aus chemisch abgeschiedenem Nickel-Phophor mit einer Dispersionsschicht der selben Matrix und eingelagerten Nanopartikeln verwendet. Als Einlagerungsstoffe wurden PTFE mit Durchmessern zwischen 250 Nanometer und 280 Nanometer sowie kubisches Bornitrid mit Partikelgrößen zwischen 800 Nanometer und 1000 Nanometer verwendet. Der Gehalt an PTFE wurde zwischen 2 Gew.% und bis zu 11 Gew.%, der von Bornitrid zwischen 2 Gew.% und 3 Gew.% variiert bei Gesamtschicht­dicken zwischen fünf Mikrometer und 25 Mikrometer.

Die Ergebnisse zeigen allerdings keine tendenzielle Verbesserung der Korrosionsschutzeigenschaften der Schichtsysteme. Lediglich mit einer Grundschicht von 20 Mikrometer und einer Nickel-Phosphor-PTFE-Schicht von fünf Mikrometer werden bessere Ergebnisse gegen Korrosion erzielt.

UV-Oxidation

Die stetig steigenden Bemühungen zum Schutz der Umwelt sowie der Wunsch nach einer hohen Prozesssicherheit haben seit einigen Jahren zu einem zunehmenden Einsatz der UV-Technologie in der Galvanotechnik geführt. Uwe Hanschke, Enviolet GmbH, gab in seinem Vortrag einen Einblick in die Möglichkeiten zur Kosteneinsparung bei der Elektrolytpflege sowie den Recyclingmaßnahmen bei der Aufarbeitung von Altelektrolyten. Am Beispiel von Nickelelektrolyten zeigte er, welche Bestandteile sowohl in Elektrolyten als auch im Abwasser durch UV-Licht zerstört und so aus dem Kreislauf entfernt werden können. Vor allem auch der Konzentrationsanstieg von störenden Abbauprodukten kann so vermindert und die Nutzungsdauer von Elektrolyten kann verlängert werden.

Stoffstrommanagement

Auch das Stoffstrommanagement, präsentiert durch Thomas König, Galcon GmbH, trägt dazu bei, die Effizienz von Prozessen in der Galvano- und Oberflächentechnik zu verbessern. Hierzu wurden die Prozesse­ Beizen und Anodisation herangezogen und die Punkte aufgelistet, an denen eine detaillierte Betrachtung des Prozesses zu geringeren Abfallmengen oder weniger Stoffeinsatz führt, beispielsweise für die Ausfällung von gelöstem Metall aus Beizen. Zudem machte der Referent klar, dass nicht prinzipiell Abfallstoffe einer Deponie zugeführt werden müssen. Häufig findet sich bei genauer Betrachtung auch ein ökologisch sinnvoller Weg der anderweitigen Nutzung von Reststoffen.

Elektropolieren von Edelstahl

Edelstahlprodukte werden in der Medizintechnik oder für Haushaltsgeräte in großem Umfang eingesetzt. Hier spielt das Elektropolieren eine kaum zu ersetzende Rolle im Herstellungsprozess. Helmut Zahel, Poligrat GmbH, stellte einen neuen universell einsetzbaren Elektrolyten für Edelstahl vor, der in der Regel aus Mischungen von Phosphor- und Schwefelsäure besteht.

Problematisch ist bisher die Notwendigkeit, Elektrolyte nicht nur auf die Zusammensetzung, sondern zum Teil auch auf das vorliegende Gefüge des Substrats einzustellen. Ein neuer Ansatz mit 50 % Phosphor­säure und 50 % Schwefelsäure sowie einem neuen Zusatz ist in der Lage, alle gängigen Edelstähle zu bearbeiten. Dabei wird der Metallabtrag bis zum Erreichen der Rauheit um bis zu 35 % vermindert, in gleichem Maße reduziert sich auch der Elektrolytverbrauch. Des Weiteren können die Stromdichten gegenüber den bisherigen Ansätzen auf etwa 2,5 A/dm2 erniedrigt werden, wodurch die Energieeffizienz und die Ausbringung steigen. An Beispielen zeigte der Vortragende die erzielbaren Ergebnisse.

Metallisierung mittels APCVD

In einer Gemeinschaftsarbeit der Innovent Technologieentwicklung Jena (O. Beier, J. Schmidt, A. Pfuch, M. Ramm, A. Schimanski, G. Grünler) wurde ein Verfahren zur Metallisierung von dielektrischen Substraten mittels Atmosphärendruckplasma (APCVD) vorgestellt. Diese Art der Plasmabehandlung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass keine aggressiven Chemikalien zur Aktivierung des Kunststoffsubtrats erforderlich sind, nahezu alle Kunststoffarten beschichtet werden können und die Kunststoffe nicht geschädigt werden. Lediglich bei der Bearbeitungsgeschwindigkeit, vor allem von größeren Bauteilen, zeigt das Verfahren gewisse Nachteile.

Bei der Beschichtung wird der Kunststoff mittels Plasma dergestalt aktiviert, dass an der Oberfläche bestehende Bindungen in den Kunststoffmolekülen aufgebrochen werden. Dadurch kann eine aufgebrachte Deckschicht, beispielsweise Siliziumdioxid, eine gute Haftung zum Substrat aufbauen. Durch Einbetten von Silber oder Palladium in den Deckfilm kann anschließend eine konventionelle chemische Beschichtung durchgeführt werden. Diese verwendet die eingelagerten Metalle als Keime zum Aufbau einer chemisch abscheidenden Nickel- oder Kupferschicht. Das Verfahren erlaubt auch die Herstellung von strukturierten Metalloberflächen. Neben der Metallisierung von Kunststoffen erlaubt die Technologie auch die Beschichtung beispielsweise von Glasfasern oder von Textilien.

Anlagen-, Steuerungs- und Versorgungstechniken

Kompakte Stromversorgung

Wie Joachim Knop, plating electronic GmbH, einführend betonte, entfällt mehr als ein Drittel der eingesetzten elektrischen Energie in der Galvanotechnik auf die Gleichrichter. Daher ist es durchaus sinnvoll, hier über Möglichkeiten zur Energieeinsparung nachzudenken. Ein Ansatz geht dahin, die Gleichrichter näher am Einsatzort zu platzieren und so den Energieverbrauch über die Zuleitungen zu reduzieren. Des Weiteren helfen sehr kompakte Stromversorgungen in Schaltnetzteiltechnologie, Wirkungsgrad, Investitionskosten und Platzbedarf zu optimieren. Den Ausführungen des Referenten zufolge können Geräte mit Schaltnetzteil und Wasserkühlung einen Wirkungsgrad von mehr als 87 % erreichen, während herkömmliche Gleichrichter hier Werte zwischen 80 % und 85 % aufweisen. Joachim Knop stellte verschiedene Modelle und Einbauarten vor.

Produktionsdurchsatz

Vor dem Aufkommen der kostengünstigen und schnellen Rechnertechnologie waren Weg-Zeit-Diagramme für die Steuerung von Galvanoautomaten Standard. Seit etwa 20 Jahren haben freiprogrammierbare Steuerungskonzepte stark zugenommen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass beide Verfahren ihre Vor- und Nachteile haben, die in erster Linie zwischen einer hohen Ausbringung und einer hohen Flexibilität konkurrieren. Dr. Bernd Henfling, Icom Automation GmbH, hat sich mit den Vor- und Nachteilen befasst und stellte in seinen Ausführungen Möglichkeiten vor, beide Konzepte in einem neuen Ansatz zu vereinen.

Seiner Ansicht nach sollten Betrachtungen­ des Durchsatzes stets an Zeittakten vorgenommen werden. Wichtig ist für ihn aber auch die genaue Betrachtung des Entwicklers, um das Optimum von beiden grundsätzlichen Herangehensweisen zu ermitteln.

Röntgenfluoreszenzmessung

Joachim Piltz, Amtec Analysenmesstechnik GmbH, ging in seinem Beitrag auf die Steuerung von Beschichtungsprozessen durch die Inline-Messung mit Hilfe der Röntgenfluoreszenz ein. Besonders geeignet für diese Messmethode ist die Endlosbearbeitung, beispielsweise von Bändern oder Drähten. Hier kann die Röntgenfluoreszenz durch den schnellen Messvorgang und den kleinen Messfleck mit gutem Erfolg eingesetzt werden. Dabei lassen sich auch Mehrfachschichten mit hoher Genauigkeit erfassen.

Der Vortragende zeigte am Beispiel der Bandbeschichtung durch Bedampfen, wie ein Messsystem aufgebaut ist, welche Voraussetzungen an die Anlagentechnik gestellt werden, wie die Messung eingerichtet wird und mit welchen Ergebnissen gerechnet werden kann. Moderne Anlagen sind hier in der Lage, aus den Messwerten die Steuergrößen für den Beschichtungsprozess zu erhalten, um so zu einem vollautomatischen Betrieb zu kommen.

Messverfahren für Pulsstrombeschichtung

Insbesondere die galvanische Abscheidung mit Pulsstrom ist auf eine genaue Messung der Spannungen und Ströme an den zu beschichtenden Bauteilen angewiesen. Mit diesem Thema befasste sich Helmut Stiegler, GalvanConsult GmbH, der einführend darauf hinwies, dass die Pulsabscheidung heute nicht nur bei Leiterplatten, sondern beispielsweise auch zur Legierungsabschei­dung eingesetzt wird. Ein wichtiger Punkt der Gesamtbetrachtung kommt der Messung der Ströme und der Stromverläufe zu, für die der Referent die verschiedenen relevanten Verfahren gegenüberstellte.

Zur Behebung der Unzulänglichkeiten entstand das Pulsstrom-Referenzverfahren. Es eignet sich zur schnellen und kostensparenden Diagnose von Gleichrichtern oder Komponenten des Stromkreises und damit zur Identifizierung von Störungen. Anhand von Praxisbeispielen demonstrierte der Vortragende die Funktionsweise und die Voraussetzungen für die Anwendung.

Stromversorgung

Einen Einblick in den Aufbau einer zentralen Stromversorgung für eine galvanotechnische Produktion gab Ulrich Reimann. Dabei kommt der Betrachtung der unterschied­lichen Varianten des Aufbaus, der Kühlung sowie der Steuerung eine hohe Bedeutung zu. Als Kriterium sind sowohl wirtschaftliche als auch technische Gesichtspunkte zu vergleichen und gegeneinander abzuwägen.

Analyse der Pulsabscheidung

Dr. Ingolf Scharf, TU Chemnitz, informierte über seine Untersuchungen der Pulsabscheidung. Dazu hat er die zugänglichen Signale und Messwerte des Elektrolyten und der Abscheideprozesse mit den erzielten Ergebnissen der Abscheidung verglichen. Aus den Untersuchungen lassen sich wertvolle Hinweise zur Auslegung von Anlagen, aber auch zu den Stellschrauben bei der Elektrolytentwicklung oder -verbesserung gewinnen. Die Betrachtungen verhelfen zu einer deutlichen Beschleunigung der Entwicklung und eines gezielteren Vorgehens der Arbeiten.

Kraft-Wärme-Kopplung

Beim Lackieren wird der größte Teil der Energie für die Lacktrocknung aufgewendet. Dies ist nach Ansicht von Dr. Thomas Barmbold, Paintnology GmbH, der Grund, sich hier mit alternativen Methoden zur Energiegewinnung auseinanderzusetzen. Eine Alternative ist nach seiner Meinung der Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung für die Beheizung eines Lacktrockners. Der Referent zeigte an einem Beispiel aus der Praxis, welche Kombination aus elektrischer und thermischer Leistung zum maximalen Gesamtwirkungsgrad führt und welche gerätetechnische Ausstattung hierfür zu empfehlen ist. Er wies darauf hin, dass bei der Planung und Auslegung der Anlage spezifische Randbedingungen zu beachten sind, wie beispielsweise die technische Verfügbarkeit von Anlagen oder die Nutzung der Niedrigtemperaturenergie. So gewinnt ein Blockheizkraftwerk durch die Möglichkeit der Stromerzeugung und Einspeisung in das Stromnetz einen Vorzug, den kein anderes System in der Form bieten kann.

Fazit

Die ZVO-Oberflächentage 2013 demonstrierten in beeindruckender Weise, dass die Galvano- und Oberflächentechnik an vielen Fronten mit Innovationen beeindrucken kann, aber trotzdem die Praxis mit den Forderungen nach hoher Wirtschaftlichkeit und Umweltbewusstsein durch Dienstleister intensiv unterstützt wird. Die große Zahl an interessanten Fachbeiträgen zeigte in Dresden das gesamte Spektrum an Aktivitäten auf und nährt die Hoffnung, dass Deutschland auch weiterhin im Bereich der Oberflächentechnik seiner führenden Rolle gerecht wird. Dem Zentralverband Oberflächentechnik ist es gelungen, die Oberflächentage 2013 zu einer der interessantesten Veranstaltungen der letzten Jahre zu küren.

 

Text zum Titelbild: Auch die Nachwuchsmitglieder nutzten die Tagung in Dresden zur Kontaktpflege

 

 

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