Metallisierte Bänder und Drähte garantieren Fortschritt in der Elektrotechnik

Oberflächen 08. 11. 2015

Seit mehr als 90 Jahren beschichtet Otto Brenscheidt in Sundern Bänder und Drähte im Endlosverfahren
– eine Technologie, die Bestand hat

Kabel sind für jegliche Art der Elektrotechnik und Elektronik eine der Kernbestandteile. Der wichtigere Teil allerdings verbirgt sich unter einer schützenden und meist farbigen Oberfläche. Sie dient der Isolation gegen Kurzschluss oder dem Schutz gegen Verletzungen durch Strom, aber auch zum Schutz des Drahts gegen Korrosion und Oxidation.

An vielen Stellen ist es auch notwendig, den Draht ohne Isolation zur Herstellung eines elektrischen Kontakts einzusetzen. Dafür muss die Oberfläche des Drahts aus einer Eisen- oder Kupferlegierung eine metallische Oberfläche ohne Oxidations- oder Korrosionsfilm besitzen. Je nach Kontaktierungsart ist auch die gute Benetzung mit Lot oder eine schweißbare Oberfläche gefragt.

Alle diese Forderungen lassen sich durch eine entsprechende metallische Beschichtung mit Silber oder Zinn zur guten Kontaktierung oder mit Nickel als Schutz gegen Korrosion und Oxidation erfüllen.

Darüber hinaus muss die Beschichtung von Drähten, ebenso wie die von Bändern, im Zustand eines Halbzeugs beschichtet werden. Das bedeutet, die Werkstoffe sind im Endloszustand auf Rollen zu verarbeiten und gehen als solche in die weitere Verarbeitung.

Produkte und Produktionseinrichtungen bei Otto Brenscheidt

 

Pionier der Drahtbeschichtung

Herausforderungen dieser Art hat Otto Brenscheidt, Gründer des gleichnamigen Unternehmens, bereits zu Beginn des letzten Jahrhunderts aufgegriffen und 1924 in einer der vermutlich weltweit ersten Anlagen zur galvanischen Beschichtung im sogenannten Durchlaufverfahren umgesetzt. Beschichtet wurde damals Stahldraht mit einer Nickelschicht zum Schutz gegen Korrosion. In den 1960er-Jahren wurde die Beschichtungstechnik auf Bänder, wiederum als Korrosionsschutz, ausgeweitet. Mit der beginnenden, stürmischen Entwicklung der Elektrotechnik und Elektronik wurde die Metallisierung von Drahtmaterial aus Kupfer und Kupferlegierungen, insbesondere mit Zinn und Zinnlegierungen zum Löten, immer bedeutender.

So zählte die Herstellung von Koaxialkabeln für die Fernsehtechnik, die mit einer wenige Mikrometer dicken Silberschicht (Stichwort: Skin-Effekt) versehen wurden, lange zu den wichtigen Bereichen des Unternehmens. Ein weiterer Schwerpunkt entstand durch die Verwendung von Drahtmaterial für elektrische und elektronische Bauelemente auf Leiterplatten.

Neben den beiden Endlosmaterialien Draht und Band befasst sich die Otto Brenscheidt GmbH & Co. KG mit einem weiteren Bauteiltyp mit anspruchsvoller Geometrie: der Außen-Verzinnung von Rohren für Kühl­anlagen. Hier gelingt es trotz der deutlich höheren Steifigkeit des Grundwerkstoffs, die Rohre als Endlosmaterial von einem Träger abzuhaspeln, zu beschichten und wieder aufzuwickeln, ohne die Eigenschaften des Grundwerkstoffs zu beeinträchtigen. Auch hier haben sich die langjährigen Erfahrungen und die hohe Innovationskraft des Unternehmens in besonderem Maße bewährt.

Geometrie als besondere Herausforderung

Die galvanische Beschichtung ist grundlegend davon abhängig, eine ausreichende Stromzufuhr zum Grundmaterial sowie insbesondere eine gleichmäßige Stromverteilung über die gesamte Außenfläche zu gewährleisten. Die Außenfläche des Grundkörpers steht in Kontakt mit dem metall­liefernden, galvanischen Elektrolyten. Aus diesem wird die Metallschicht durch Reduktion von Metallionen gebildet, wobei die lokale Stromdichte eine der wichtigsten Größen zur Bildung der Metallschicht ist.

Die Stromdichte muss in einem bestimmten Bereich liegen, um die Herstellung einer glatten Schicht mit bekannter Dicke zu gewährleisten. Die Zuführung des Stroms von außen in den Draht muss über eine ­außerhalb des Elektrolyten befindliche Kontaktstelle erfolgen; zugleich ist eine nur geringfügig schwankende Stromdichte über die gesamte Länge des Drahts im Elektrolyten zu gewährleisten. Zudem sollte sich die zu beschichtende Oberfläche während der Metallabscheidung vorteilhafterweise während des gesamten Prozesses der Schichtbildung im Elektrolyten befinden.

Aufgrund dieser – stark vereinfacht dargestellten – Verhältnisse sind spezielle Ausführungen der Abscheidebehälter und besondere Anpassungen der galvanischen Elektrolyte erforderlich. Die Beschichtung selbst erfordert eine Reihe von Arbeitsschritten, von der Vor- und Zwischenbehandlung bis hin zur Abscheidung und abschließenden Trocknung; dabei sind die Schritte bei Draht und Bändern weitgehend die selben. Galvanische Anlagen zur Beschichtung von Draht und Band weisen aus diesem Grund große Längen von 40 Meter bis zu 100 Meter auf. Die Behälter selbst können je nach Art der zu beschichtenden Grundkörper ebenfalls mehrere Meter Länge aufweisen, wobei die Volumina an Elektrolyten, Medien zur Vor- und Nachbehandlung oder Spülwässer mit wenigen hundert Litern gering sind.

Mit den verfügbaren Anlagen können Bänder bis zu einer Breite von 360 Millimeter und einer Dicke von 4,0 Millimeter mit Kupfer, Nickel oder Zinn beschichtet werden. Bei Silber liegt die maximale Breite bei 200 Millimeter. Die Dicke der Grundwerkstoffe ist von deren mechanischen Eigenschaften abhängig und wird fallweise festgelegt.

Schichten für besondere Anforderungen

Otto Brenscheidt fertigt heute insbesondere Beschichtungen für den Einsatz in der Elektrotechnik und Elektronik. Dafür werden vor allem Zinnschichten mit und ohne Reflow-Schritt abgeschieden. Je nach Grundmaterial und Dicke der Schicht sind neben der Decklage aus Zinn Zwischenschichten erforderlich, um eine Diffusion zwischen Schicht und Grundwerkstoff zu unterbinden. Als Sperrschicht kommt in der Regel eine Nickelschicht von etwa 1 bis 2 Mikrometer in Betracht. In einigen Anwendungsfällen hat sich auch galvanisch abgeschiedenes Kupfer als Sperre bewährt. Insbesondere bei Zinnschichten kann durch die Aufbringung einer Sperrschicht die Bildung von Zinn-Whiskern unterbunden werden. Whisker können in elektronischen Schaltungen zur Entstehung von Kurzschlüssen führen.

Als weitere Kontaktschichten finden die galvanisch abgeschiedenen Metalle Gold und Silber Anwendung. Gold ist für den Einsatz im Niederspannungsbereich zur Gewährleistung einer hohen und langfristigen Kontaktierung erforderlich. Silber eignet sich aufgrund der guten Leitfähigkeit für Hochstromanwendungen und als Kontaktwerkstoff bei Lötverbindungen. Allerdings bildet sich bei längerem Kontakt mit Luft eine nichtleitende Deckschicht, die erst bei höheren Spannungen durchschlagen wird und deshalb für Niederspannungseinsätze eher ungeeignet ist.

Nickelschichten mit Dicken um 5 Mikrometer dienen in erster Linie als Oxidations- und Korrosionsschutz. Sie werden sowohl auf Kupferdrähten und -bändern als auch auf Eisen- und Stahldrähten abgeschieden. (sog. Heizleiter)

Die Beschichtungen besitzen eine sehr gute Haftung auf dem Grundwerkstoff und eine hohe Duktilität, wodurch die beschichteten Produkte sehr gut mechanisch verformbar sind

 

Gut aufgestellt in die Zukunft

Die Beschichtung von Bändern und Drähten ist zu einem großen Teil auf eine optimale Anlagentechnik und – durch die großen Längen solcher Anlagen – auf ausreichend Platz angewiesen. In beiden Punkten ist das Unternehmen Otto Brenscheidt in Sundern nach eigenem Bekunden bestens ausgestattet. Sowohl die hohe Motivation und die Treue der hochqualifizierten Mitarbeiter als auch die Mitarbeit der erfahrenen Familienmitglieder – das Unternehmen ist inzwischen in vierter Generation in Familienhand – tragen ganz erheblich zur guten Unternehmenssituation bei.

Das Streben nach stetiger interner Optimierung sowie die Erzielung einer hohen Qualität, die durch die Erfüllung der DIN EN ISO 9001:2000 dokumentiert ist, unterstreichen die Wertigkeit der gefertigten Beschichtungen.

Seit einigen Jahren wird die Zusammenarbeit mit einem französischen Partner sehr intensiv gepflegt. Daraus entstanden nicht nur der Zugang zu weiteren Märkten, sondern auch technologische Innovationen, die für beide Partner von Vorteil sind. So wird derzeit etwa die Hälfte des Umsatzes außerhalb Deutschlands erzielt, wozu die internationale Kooperation nicht unerheblich beigetragen hat.

 

Gut ausgebildetes Fachpersonal gewährleistet eine hohe Beschichtungsqualität

Der Durchzug von Drahtmaterial durch die galvanische Anlage erfordert umfangreiche Einrichtungen für die Drahtführung und die Überwachung der Zugkräfte

 

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