Die Zukunft der Galvanotechnik

Oberflächen 09. 10. 2021

IMO Oberflächentechnik im Dialog mit den Kunden – Von Markus Klingenberg und Iris Mittelstädt

Der Weg der Galvanotechnik entwickelt sich ständig weiter – immer mit Blick auf die Bedürfnisse der Kunden und ihre Produkte. Aktuell gibt es viele Ideen, an denen der Galvanotechnikspezialist IMO Oberflächentechnik GmbH aus Königsbach-Stein bei Pforzheim in Zusammenarbeit mit seinen Kunden arbeitet. Schlagwörter sind Elektromobilität, Photovoltaik, Silberlegierungen, Aluminium sowie Spot- und Streifentechnik.

Die Mikrospottechnik ist eine bekannte und bewährte Anwendung der Oberflächen­beschichtung. Es gibt hier jedoch immer noch aktuelle Trends. Der Hauptgrund für den Einsatz dieser Technik ist die Einsparung von Edelmetall. Wenn das Edelmetall punktgenau dort aufgebracht wird, wo es benötigt wird, spart der Kunde Material und somit bares Geld. Spotmasken sind daher immer individuell gefertigt, wodurch zwar Kosten entstehen, die sich in Abhängigkeit von der erzielten Materialeinsparung jedoch schnell amortisieren. Dabei gilt: Je präziser eine ­Spotmaske gefertigt ist, desto mehr Edelmetall kann eingespart werden. Und: Je teurer das Edelmetall, desto schneller erfolgt die Amortisation.

Ayhan Gümüs, Produktionsleiter Bandgalvanik mit Teamleiter Alessandro Luciano am hochpräzisen Kameravermessungssystem an einer annähernd 90 m langen Bandanlage, so dass dank einer 100%-Prüfung kein verbogenes Teil an den Kunden geht

 

Direkt an die Produktion angeschlossene Labore mit modernster Ausstattung

 

Daher kommt die Spottechnik aktuell hauptsächlich bei Gold zum Einsatz. Gold ist zwar teuer, aber nach wie vor einer der hervorragendsten Werkstoffe für Kontakte im Hinblick auf Leitfähigkeit, Tribologie und Korrosionsbeständigkeit. Letzteres ist vor allem bei Elektroautos und ­Photovoltaikanlagen ein wichtiges Thema. In diesen Bereichen kommt vermehrt auch ein anderes Edelmetall zum Einsatz: So steigt dort derzeit die Nachfrage nach Silber und gleichzeitig dessen Preis. Die Spottechnik wird daher auch für Silberbeschichtungen interessanter. Da die Kostenersparnis durch Materialeinsparung bei Silber verglichen mit Gold dennoch geringer ist, setzt IMO hier auf ­sogenannte Low-Cost-Spotmasken. Durch einen vertret­baren Abstrich in der technischen Ausführung sind diese deutlich günstiger als die Ausführungen mit Gold in Form der Spottechnik, offerieren aber dadurch bei Silber eine sehr gute Amortisationszeit, betont Markus Klingenberg, Leiter Forschung & Entwicklung bei IMO.

Bewährte Techniken neu eingesetzt

Eine weitere Variante der Spottechnik, die aktuell für Gold zum Einsatz kommt, sich prinzipiell aber auch für den Einsatz mit Silber eignet, ist die Makrospottechnik. Hier wird das zu beschichtende Produkt mit ­Hilfe eines mitlaufenden Riemens abgedeckt und so nur an bestimmten Stellen beschichtet. Dadurch lässt sich bei der Beschichtung beispielsweise die Haltegeometrie ausblenden, also die Teile des Bandes, die nach dem Stanzen recycelt werden. Wie Klingenberg erklärt, sind die Edelmetalleinsparungen hierbei zwar nicht so groß wie beim Einsatz von individuell gefertigten Spotmasken in der Mikrospottechnik, dafür sind aber die Kosten für die Abdeckung deutlich geringer. Diese Technik eignet sich daher sehr gut, wenn die Anzahl der zu beschichtenden Teile nicht sehr groß ist, erklärt der IMO-Experte.

Im Gegensatz dazu werden bei der Streifentechnik Vollbänder über mitlaufende Riemen abgedeckt; soweit ist auch dies ein bekanntes Verfahren. Neu jedoch ist die Abdeckung mit Folie: Diese Technik erlaubt es, mehrere (Gold-)Streifen gleichzeitig mit einem Modul zu erzeugen. Je nach Schichtdicke sind sehr hohe Durchlaufgeschwindigkeiten möglich, was wiederum die Kosten reduziert. Auf Wunsch lässt sich mit dieser Technik eine Beschichtung in sehr schmalen Streifen erzeugen, erläutert Markus Klingenberg.

Digitalisierung und Automation

IMO möchte seinen Kunden selbstverständlich eine gleichbleibend hohe Qualität bieten. Dies lässt sich am einfachsten über einen kontinuierlichen Prozess realisieren. Daher etabliert IMO einen hohen Automatisierungs­grad und arbeitet daran, die technische Überwachung, Dosierpumpen für Chemie oder ähnliches vorprogrammiert zu steuern. In einem solchen Prozess können selbst Wartungen automatisiert durchgeführt werden. IMO-Produktionsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung René Kühnemund ­berichtet: Es laufen Versuche, über die Verknüpfung großer Softwareblöcke innerhalb des Unternehmens vorbeugende Wartungen zu etablieren. Dies ist eine klare Forderung der IATF 16949 und Vorbeugen ist bekanntlich ohnehin besser als Stillstand zur Reparatur. Ein entsprechendes Projekt hierzu ist aufgesetzt. Des Weiteren ist ein Projekt eingeleitet, über Robotik den Materialwechsel an den Galvaniklinien zu automatisieren. Es entfällt damit eine für den Bediener kraftzehrende und wenig wertschöpfende Tätigkeit.

Durch eine kontinuierliche Prozessüberwachung erfüllt IMO höchste Qualitätsanforderungen

 

Bei der Konstruktion neuer Anlagentechniken wird großer Wert auf hohen Automatisierungsgrad gelegt und zukünftig sollen auch Roboter Einzug halten

 

Chemische Prozesse und Verfahren

Doch nicht nur neue Techniken und Automatisierung prägen die Zukunft der Galvanik. Auch die Weiterentwicklung chemischer Prozesse und Verfahren steht im Vordergrund. Welche Elemente sind hier im Gespräch? Silber mit Palladium? Silber mit Graphit?

Silberlegierungen sind nötig, um die vorteilhaften Eigenschaften des Silbers zu nutzen und das edle Metall gleichzeitig widerstandsfähiger zu machen. Aktuell ist das beispielsweise ein Thema bei massiven Steckern, die für Elektroautos nachgefragt werden. Eine einfache Versilberung hält die dort wirkenden Kräfte und die thermischen Belastungen nicht lange aus. Die Anforderungen an die Teilefertigung für Elektroautos sind nach Aussage vonKühnemund noch recht neu. Daher empfehle es sich, möglichst frühzeitig den Dialog mit den Galvanikexperten zu suchen. So lasse sich bereits im Vorfeld herausfinden, welche Legierung im individuellen Fall optimal sei. Gemeinsam entwickeln wir aus kleinen Mengen im Versuch die Bedingungen für eine Großserie. Sprechen Sie uns an, wir sind ihr Partner!, betont René Kühnemund. Neben Legierungen können auch Möglichkeiten der Passivierung in die Tests mit aufgenommen werden. Jedes Verfahren hat seine Berechtigung, aber nicht jedes Verfahren eignet sich für jede Anwendung, erklärt er.

René Kühnemund von der IMO-Geschäftsleitung sieht in Zukunft stark wachsenden Bedarf an selektiven Beschichtungen massiver Bauteile für Antriebe, Batterien oder Brennstoffzellen der E-Mobilität

 

Eine sehr spezielle Anwendung für die Hochfrequenztechnik/5G ist beispielweise die ­Nickel-Phosphor-Abscheidung, mit der IMO bereits Erfahrung hat. Durch sehr dünne Schichten lässt sich hier Gold einsparen und gleichzeitig wird so eine nicht magnetische Beschichtung erzeugt, wie sie für die Hochfrequenztechnik nötig ist.

Technologischer Blick in die Zukunft

Ebenso wie heute werden auch in den kommenden ein bis drei Jahren massive Bauteile mit selektiver Edelmetallbeschichtung für Elektroautos gefragt sein. Die ­Auftragslage ist jedoch noch diffus. Es macht den ­Anschein, als sei der Bedarf der Automobilindustrie riesig, die Menge der Aufträge ist es bislang jedoch nicht, wie Markus Klingenberg ­seine Erfahrungen hierzu zusammenfasst. Die Frage ist dabei, wie der Bedarf genau aussieht und was die Lösung für die Automobilindus­trie ist; so wird abzuwarten sein, ob die Nachfrage nach sehr individuellen Einzelteilen steigt oder ob eine Massenproduk­tion im Bereich der Bandgalvanik gefragt sein wird. Alles ist möglich und IMO ist bereit, Versuchsreihen zu starten, eine neue Logistik aufzubauen und gemeinsam mit den Kunden passende Lösungen zu entwickeln. Dies können Bandanlagen für massive Geome­trien sein, ebenso wie hoch automatisierte Einzelteilgalvanik. Wir freuen uns darauf, für und mit unseren Kunden spezifische Lösungen zu entwickeln, betont Markus Klingenberg. Ein weiteres Thema der nahen Zukunft ist für IMO die Press-Fit-Beschichtung mit Indium oder Silber-Zinn. Auch hier steht das Unternehmen bereits in den Startlöchern, um große Mengen zu beschichten.

Markus Klingenberg ist ein intensiver Austausch sowohl mit Kunden als auch mit internen Fachbereichen wichtig, um eine optimale Prozesskette aufzubauen

 

Die Themen, welche die Oberflächentechnik in den nächsten fünf Jahren bestimmen werden, sind (teilweise) bereits heute aktuell. So erlebt die Photovoltaik eine Renaissance. Anfang des Jahrtausends gab es bereits eine Hochphase, die sich jedoch nicht als andauernd erwiesen hat. Nun sieht es danach aus, dass aktuelle gesetzliche Vorgaben und der Trend hin zu Elektromobilität dem Bau von Photovoltaikanlagen erneut einen Schub verleihen wird. Benötigt wird dabei eine große Menge hochwertig beschichteter Kontaktteile in der Anschluss- und Verbindungstechnik. Darüber hinaus wird unser Zuhause nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch intelligenter: Smart Home beinhaltet ebenfalls eine Menge an Sensorik, Aktorik sowie Hochleistungs-LED-Technik. Doch auch ohne Smart Home lässt sich bereits heute ein Anstieg an Sensorik in Haushaltsgeräten beobachten.

Es ist nicht alles Gold, was glänzt

Aluminium als Grundmaterial bietet in der Oberflächentechnik viele Vorteile: Es ist leicht, kostengünstig und gut verfügbar. Im Karosseriebau der Automobilindustrie und in der Fahrzeugtechnik hat es längst Einzug gehalten. Der nächste konsequente Schritt wäre, die Vorteile von Aluminium auch für die Elektrotechnik im Automotive-Bereich zu ­nutzen und dadurch Kupfer zu ersetzen. Prinzipiell lässt sich Aluminium problemlos über Verschweißung anbinden und eignet sich auch zur Verwendung als Kabelstrang. Der klassische Aufbau eines Kabels, wie es bei der Verwendung von Kupfer üblich ist, ist jedoch nicht möglich, da Aluminium grundsätzlich eine dicke und daher störende oxidierte Oberfläche hat, erklärt Markus Klingenberg. Die Steckerbeschichtung könnte mit den bekannten Oberflächen wie Gold, Silber, Zinn oder vergleichbaren Metallen ausgeführt werden, bietet dann aber durch die Verwendung von Aluminium und Schaffung eines nicht veredelten Bereichs die Möglichkeit einer Ultraschallverschweißung für den ebenfalls aus Alu ausgeführten Kabelstrang. Bei der Ultraschallschweißung wird die dicke Oxidschicht aufgebrochen und das Aluminium aus Stecker und Kabel verbindet sich miteinander. Die Herausforderung besteht allerdings darin, Aluminium zu beschichten. Die bisher üblichen Prozesse sind sehr zeitaufwändig und werden daher fast ausschließlich im Schüttgutverfahren in der Einzelteilgalvanik durchgeführt. In der Bandgalvanik sind solche langsamen Prozesse unrentabel. Der größte Zeitaufwand liegt in der Vorbehandlung des Aluminiums, in der die Oxidschicht entfernt wird. Die Möglichkeit einer schnelleren Vorbehandlung würde die Beschichtung von Aluminium auch in der Bandgalvanik attraktiv machen. Um diese Idee baldmöglichst in die Realität zu überführen, engagiert sich IMO als Teil eines staatlich geförderten Programms, dessen Ziel es ist, die Vorbehandlung von Aluminium in eine Prozessgeschwindigkeit zu bringen, welche die Veredelung von Aluminium in der Bandgalvanik rationell möglich machen würde.

Könnten solche massiven Produkte in Zukunft auch aus Aluminium hergestellt und in der Einzelteilegalvanik beschichtet werden?

 

Dass Silber schon heute und in naher Zukunft eine wichtige Rolle in der Oberflächenbeschichtung spielt und spielen wird, hat IMO bereits im vergangenen Herbst im Fachartikel Silber: Glänzend, leitend, zu weich, sucht … Legierungspartner [1, 2] beleuchtet. Dabei ging es darum, einen hochwertigen Ersatz für den teuren Rohstoff Gold zu finden. Es zeigte sich, dass es von Vorteil ist, den Oberflächenbeschichter als wichtigen Dienstleister in der Wertschöpfungskette bereits frühzeitig mit ins Boot zu holen. Nur im gemeinsamen Austausch mit Herstellern von Steckverbindern und Elektrolyten können die Oberflächenbeschichter alle Anforderungen erkennen und nur so lässt sich die optimale Beschichtungslösung für das perfekte Endprodukt finden. Ideen sind da, im Dialog werden wir noch besser als je zuvor, ist René Kühnemund überzeugt. Wer von Beginn an möglichst offen über die gesamte Prozesskette spricht und eine gemeinsame Entwicklung anstrebt, profitiert von schnellen Entwicklungsphasen für ein optimales Produkt im Hinblick auf Qualität und Kosten. Denn die Zukunft bei IMO hat bereits begonnen: IMO modernisiert laufend seinen Maschinenpark und die Gebäude, hat den Blick auf die aktuellen Entwicklungen, Technologien und Trends der Branche, um für seine Kunden stets ein kompetenter Ansprechpartner zu sein!

Kontakt mit den Fachleuten der IMO

IMO ist vom 26. bis 29. Oktober 2021 als Aussteller auf der Blechexpo in Stuttgart vertreten (Halle 6, Stand 6405) und bietet damit die Möglichkeit zum direkten Gespräch über die verschiedenen Fachthemen rund um die galvanische Beschichtung von Kleinteilen mit der Fachleuten der IMO Oberflächentechnik. Auf der Fachmesse hält Markus Klingenberg, Leiter F+E bei IMO, am Mittwoch, 27. Oktober um 14:20 Uhr im Blech­expo-Forum den Vortrag Die Zukunft der Galvanotechnik.

Literatur

[1] N.N.: Silber: Glänzend, leitend, zu weich, sucht … Legierungspartner; WOMag 10/2020; https://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2020/10/27_imo_silber_10j2020/27_imo_silber_10j2020.php

[2] N.N.: Silber: Glänzend, leitend, zu weich, sucht … Legierungspartner; www.imo-gmbh.com

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