Innovation: Zugpferd für die Oberflächenbranche der Zukunft

Bericht zu den ZVO-Oberflächentagen 2024 in Leipzig – Teil 3

Die aktuell im Vordergrund stehenden Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff zur Energieerzeugung in der Industrie bieten der Oberflächentechnik interessante Ansätze zur Gewinnung neuer Märkte. So erlauben die verschiedenen Arten der Beschichtung und Oberflächenbehandlung, effiziente Elektroden für den Einsatz in Elektrolyseuren oder Brennstoffzellen anzubieten. Neue Arten der Oberflächenbehandlung werden auch auf dem Gebiet Leichtbauwerkstoffe benötigt oder aufgrund von Änderungen bei der Verwendung von Stoffen infolge von REACh. Nach wie vor große Anstrengungen sind erforderlich, um den Energieverbrauch in der Industrie zu senken und damit auch den Ausstoß an Emissionen, vor allem an Kohlenstoffdioxid. Alle diese neuen Technologien und Anforderungen im Hinblick auf Ressourcen- und Umweltschutz benötigen auch neue Denk- und Handlungsweisen für die Leitungsebene in den Unternehmen, für die zahlreiche Vortragende der diesjährigen ZVO-Oberflächentage Anregungen vorbrachten.

Fortsetzung zu WOMag 11/2024

Wasserstoff und Oberflächentechnik

Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse

Die elektrochemische Zersetzung von Wasser ist eine aussichtsreiche Technologie für die Bereitstellung des Energieträgers Wasserstoff mit elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen, wie Prof. Dr. Andreas Bund, TU Ilmenau, einführend betonte. Die auf den ersten Blick einfache Reaktionsgleichung der Wasserspaltung in Sauerstoff und Wasser­stoff hat bei elektrochemischer Reaktionsführung allerdings ihre Tücken.

Die Betrachtung der energetischen Verhältnisse zeigt relativ einfache ­Zusammenhänge: Die erforderliche Energie zur ­Wasserspaltung sinkt mit Zunahme der Temperatur. Deutlich schwieriger wird die Prozessgestaltung aufgrund der Kinetik. Insbesondere die Teil­reaktion der Sauerstoffentwicklung kann mit erheblichen Verlusten einhergehen und benötigt daher massgeschneiderte Katalysatoren; dabei führt insbesondere der Einsatz von Edelmetallen zu guten Ergebnissen. Trotzdem muss seitens der Sauerstoffentwicklungen mit deut­lichen Energieverlusten kalkuliert werden.

Flexibler Messstand zur Charakterisierung von Elektrolysekomponenten an der TU Ilmenau (Bild: Prof. Bund)

 

Die Fertigung eines Elektrolyseurs besteht aus technischer Sicht aus vielen Schritten mit Bezug zur elektrochemischen Oberflächentechnik, zum Beispiel die Herstellung von Katalysatorschichten oder auch die Beschichtung von Bipolarplatten. Letztere sind im Dauerbetrieb starken chemischen Belastungen ausgesetzt und müssen mit sehr stabilen Schichten ausgestattet werden. Als ­eines der interessantesten Ziele der Forschung gilt nach Ansicht von Prof. Bund die Entwicklung einer Technologie, bei der die Spaltung von Wasser unter dem Einsatz von Sonnenlicht erfolgt, also die photoelektrochemische Wasserspaltung.

Aluminiumbasierte ­Bipolarplatten für PEM-Brennstoffzellen

Zur flächendeckenden Einführung der Brennstoffzellentechnologie bedarf es Produkt- als auch Prozessinnovationen, die auf eine Steigerung der Produktperformance und/oder auf eine Reduktion der Produktionskosten abzielen. Zentrale Zielstellung des von Dr. Heidi Willing vom Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie, vorgestellten Forschungsprojekts AluBiPEM ist daher der Einsatz von Aluminium als Substratwerkstoff für die Schlüsselkomponente Bipolarplatte (BPP).

Zu den Zielen des Vorhabens zählen die Reduktion der Fertigungskosten gegenüber Stahl-Bipolarplatten für kleine Stückzahlen um etwa 15 Prozent und eine Erhöhung der Produktivität gegenüber konventioneller Fertigungstechnik um etwa 20 Prozent. Angestrebt werden zudem die Verringerung des Systemgewichts eines Brennstoffzellenstacks um circa 45 Prozent, die Umsetzung eines flüssigkeitsgekühlten Stacks und die Durchführung von Tests sowie die Umsetzung eines luftgekühlten Stacks und Durchführung von Feldtests.

In diesem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Verbundvorhabens befasst sich das fem mit der Entwicklung eines korrosionsbeständigen galvanischen Schichtaufbaus für die elektrische Kontaktierung der Bipolarplatte mit der Gasdiffusionslage. Zudem werden am fem Substratmaterialien und Schichtsysteme umfangreich charakterisiert.

Beschichtung und Untersuchung von Komponenten für PEM-Elektrolyseure

Um den prognostizierten Bedarf an Wasserstoff für die zukünftige CO2-freie Versorgung aus erneuerbaren Energiequellen decken zu können, ist ein Ausbau der Elektrolysekapazitäten zur Gewinnung von Wasserstoff und damit eine Hochskalierung der Fertigung von Elektrolyseuren nötig. Die Komponenten der Elektrolyseure müssen dabei kostengünstig sein und hohe Anforderungen an Stabilität und Lebensdauer erfüllen. Eine vielversprechende Strategie für die günstige ­Herstellung der metallischen Komponenten eines Stacks ist die Funktionalisierung des Grundwerkstoffs mit galvanisch aufgebrachten Schutzschichten. Dr. Martin Leimbach, TU Ilmenau, stellte in seinem Vortrag die zu diesem Themenkomplex an der TU Ilmenau durchgeführten Arbeiten vor.

Die Schichtsysteme müssen sowohl Schutz des Grundmaterials (zum Beispiel Edelstahl) vor Korrosion gewährleisten, als auch einen geringen Kontaktwiderstand aufweisen, um ohmsche Spannungsverluste zu vermeiden. Im Rahmen des Projekts StacIE (Stack – Scale up – Industrialisierung PEM-­Elektrolyse) werden Schichtsysteme für Bipolarplatten und poröse Transportschichten erforscht und unter realen Bedingungen in einem Elektrolyseurstack getestet. Der Teststack erlaubt parallele elektrochemische Untersuchungen in fünf Zellen mit simultaner Überwachung von pH-Wert, Leitfähigkeit und Temperatur für jede Halbzelle. Anhand von Polarisationsversuchen können, in Kombination mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie und den Sensordaten, Aussagen zur Langzeitstabilität der beschichteten Komponenten getroffen werden. Für die Bipolarplatte haben sich Gold- und nachbehandelte Zinn-Nickel-Schichten als aussichtsreiche Kandidaten erwiesen, während die poröse Transportschicht aus Titan zur besseren Anbindung an den Katalysator mit Platin funktionalisiert wird. Herausforderungen liegen in der Haftfestigkeit der Schichten und Alterungseffekten während des Betriebs im Stack.

 

Iridiumreduzierte ­Anodenkatalysatoren für die PEM-Wasserelektrolyse

Für die Erzeugung von grünem Wasserstoff stehen mit der alkalischen Elektrolyse (AEL) und der Elektrolyse unter Verwendung einer Protonenaustauschmembran (PEMEL) kommerziell zwei Niedertemperaturelektro­lyseverfahren zur Verfügung. Die ­alkalische Elektrolyse ist laut Dr.-Ing. Stefan Kölle vom Fraunhofer-Institut für ­Produktionstechnik und Automatisierung IPA, eine etablierte Technologie, die allerdings aktuell weniger gut mit der volatilen Dynamik erneuerbarer Energie zurechtkommt. PEM-Elektrolyseure dagegen besitzen eine gute Teillastfähigkeit und können mit hohen Stromdichten bei sehr guten Wirkungsgraden betrieben werden.

Die Technologie ist jedoch sowohl auf der Kathoden- als auch auf der Anodenseite von Edelmetallen wie Iridium abhängig. Für die Anodenseiten weist Iridiumoxid das beste ­Eigenschaftsprofil aus elektrochemischer Aktivität und Beständigkeit auf. Iridium ist allerdings mit einem Vorkommen in der Erdkruste von 0,000003 ppm und einer jährlichen Fördermenge von sieben Tonnen (2016) eines der seltensten Elemente überhaupt. Derzeit werden pro Kilowatt Leistung für einen PEM-Elektrolyseur etwa 0,67 Gramm Iridium benötigt, wodurch sehr hohe Materialkosten und damit Stackkosten entstehen.

Um die PEMEL großtechnisch wettbewerbsfähig in den Markt bringen zu können, muss der Iridiumeinsatz daher signifikant reduziert werden. Im Forschungsprojekt IREKA – Iridium-reduzierte Anodenkatalysatoren für die PEM-Wasserelektrolyse, das vom Leibniz- Institut für Katalyse e. V. geleitet wird, arbeiten Forscher des Fraunhofer IPA an der Entwicklung von galvanischen Abscheidungsverfahren zur Erzeugung von Katalysatorschichten, mit dem Ziel, Katalysatormaterialien und -schichten mit einem möglichst geringen Iridiumgehalt zu erzeugen. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass galvanische Verfahren dabei für einen sparsamen Materialeinsatz prädestiniert sind.

Direktbeschichtung von Anionenaus­tauschmembranen für ­effiziente Wasserelektrolyse

Die AEM-Elektrolyse (AEM – Anion Exchange Membran) hat das Potenzial, die Dekarbonisierung der Industrie durch Umstieg auf grünen Wasserstoff als Energieträger wettbewerbsfähig zu machen, da sie einen dynamischen Betrieb sowie ein kostengünstiges Elektrolyseurdesign ohne Edelmetallkatalysatoren vereint. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten AEM-Direkt-Projekts als Teil des H2Giga-Leitprojekts werden Direktbeschichtungen auf Anionenaustauschmembranen für effiziente Wasserelektrolyse untersucht.

Nils Ulrich von der Dr. Ing. Max Schlötter GmbH & Co KG, stellte in seinem Vortrag die stromlose Abscheidung von katalytisch aktiven ­Nickelbeschichtungen vor und ­diskutierte die Ergebnisse von Stabilitäts- und Performance-Tests. Diese Schichten wurden in einer spezifischen elektrochemischen ­Zelle hinsichtlich ihres Effekts auf Zellpotenzial und Fremdgasanteil des Wasserstoffs an der Anode untersucht.

PEM-Elektrolyse: ­Beschichtungsansätze für systemrelevante Komponenten

Um die Umstellung der Weltwirtschaft von fossilen Brennstoffen auf grüne Energieträger realisieren zu können, spielt nach Aussage von Dr. Sebastian Etschel, Schaeffler Technologies AG & Co KG, die Entwicklung von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen eine herausragende Rolle. Insbesondere den Beschichtungssystemen, die bei systemrelevan­ten Komponenten eingesetzt werden, kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu, wenn es darum geht, Lebensdauer, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der elektrochemischen Bauteile zu verbessern.

Die gesuchten Hochleistungsbeschichtungen für Komponenten, wie Bipolarplatten in Elektrolyseuren, sollten eine hohe Korrosionsbeständigkeit im weiten pH-Bereich, eine hohe Haftfestigkeit sowie einen geringen elektrischen Durchgangswiderstand aufweisen. Um zudem eine wirtschaftlich wettbewerbsfähige Lösung zu erzielen, ist es erforderlich, auf kritische Rohstoffe zu verzichten. Hier liegt der Fokus vor allem auf den Komponenten der Anodenseite, da dort üblicherweise Materialien wie Titan als Substrate dienen, die zusätzlich noch mit einer edelmetallhaltigen Beschichtung versehen werden.

Der für diese Anwendung untersuchte Beschichtungsansatz umfasst die poröse Transportschicht (PTL) als essenzielle Komponente in einer Elektrolysezelle, um den Stofftransport und die Elektronenleitung zu gewährleisten. Es wurden dabei verschiedene Abscheidetechnologien von Platin auf porösen Titansubstraten betrachtet und die verschiedenen Varianten hinsichtlich ihres elektrischen Durchgangswiderstands bewertet. Es wurden sowohl elektrochemische Ex-situ- als auch In-situ-Messungen durchgeführt.

Rückgewinnung mit Wasserstoff

Dr. Ing. Thomas Weimer, Spiraltec GmbH, befasst sich mit der Möglichkeit, durch Einsatz von Wasserstoff Metalle und Säuren aus Prozesslösungen zurückzugewinnen. Der neue Rückgewinnungsprozess wird für eine Lösung zum Beizen von Eisenwerkstoffen explizit umgesetzt. Daraus wurde ein mögliches Gesamtverfahren für eine zukünftige ­Pflege von Metallbeizen ohne Chemikalienbedarf und mit minimalster Abwassermenge entwickelt.

Zukunftsthemen der ­Oberflächentechnik

Wasserstoffeintrag beim ­Beschichten von Zinkdruckguss

Nach der Galvanisierung von ­Zinkdruckguss tritt häufig das Problem der Blasenbildung an der Oberfläche auf. Untersuchungen, vorgestellt von Alireza Moazezi, fem – Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie, zeigen, dass diese Blasen sich unmittelbar nach dem Galvanisierprozess oder erst im Laufe der Zeit bilden können, auch wenn der Beschichtungsprozess gemäß dem aktuellen Stand der Technik durchgeführt wurde.

In früheren Untersuchungen wurde festge­stellt, dass bei Beschichtungen mit ­Kupfer und Nickel Trennungen in der intermetallischen Phase zwischen der Kupferschicht und Zink auftreten. Weiter deuteten die Ergebnisse darauf hin, dass die Blasenbildung auf das Vorhandensein von Wasserstoff unter der Beschichtung zurückzuführen ist. Das primäre Ziel der aktuellen Untersuchungen bestand darin, zu prüfen, ob und wo der beim Galvanisieren erzeugte Wasserstoff im Material absorbiert und gespeichert wird.

Blasenbildung bei galvanisch beschichtetem Zinkdruckguss(Bild: A. Moazezi)

 

Hierbei ist zu vermerken, dass eine primäre Quelle der Wasserstofferzeugung die kathodische Entfettung vor dem eigentlichen Beschichtungsprozess mit Metall ist. Zur Bestimmung von Absorption und Permeation von Wasserstoff in Zinkdruckgusslegierungen wurden verschiedene Analysenmethoden genutzt, darunter die Heißgasextraktion, die Permeationsmessung und die Glimmentladungsspektroskopie (GDOES). Die Ergebnisse zeigen, dass nach dem Verkupfern der Wasserstoffgehalt im Metall relativ gering ist. Deutlich höhere Anteile von Wasserstoff finden sich in galvanisch abgeschiedenen ­Nickelschichten (bei einer Vernickelung nach einer Verkupferung). Nach einer Auslagerung der untersuchten Proben bei einer Temperatur von etwa 100 °C wurde Blasenbildung festgestellt. Die Ursache ist darauf zurückzuführen, dass Elektrolyt zur Metallabscheidung in der porösen Oberfläche des Zinksubstrats verbleibt und nachfolgend Korrosion auslösen kann.

Magnesium für den kathodischen ­Korrosionsschutz und als Biomaterial

Magnesium ist das leichteste und zugleich reaktivste Metall, das in technischen Bauteilen eingesetzt werden kann. Es wird meistens als Legierung verwendet, beispielsweise als Opferanode zum kathodischen Schutz von anderen Metallen oder im Leichtbau, wie ­Lúcia Nascimento, TU Ilmenau, einführend betonte. Relativ neu ist der Einsatz in bioresorbierbaren Implantaten, zum Beispiel in der Kieferorthopädie, wo es einen zweiten chirurgischen Eingriff zur Entfernung des Implantats überflüssig machen kann.

Ein wichtiger limitierender Faktor bei fast allen Anwendungen von Magnesium ist die Reaktivität der Oberfläche in Kontakt mit wässrigen Medien, vor allem bei Anwesenheit von Chloridionen. Zum einen entsteht Wasserstoff, zum anderen ist es oft schwer, die Korrosionsgeschwindigkeit zu kontrollieren, sodass die Anwendung optimiert werden kann. Bei Biomaterialien besteht einer der einfachsten Ansätze darin, eine Beschichtung aus Magnesiumfluorid (MgF2) aufzubringen, die die anfängliche Korrosion verlangsamt.

Die Vortragende erläuterte in ihren Ausführungen, wie elektrochemische Messmethoden für Magnesium angepasst wurden, sodass die Korrosionsrate schnell und relativ zuverlässig bestimmt werden kann. Diese Daten können dann für die Optimierung der Materialien während der Entwicklung und für die Qualitätskontrolle von Oberflächen benutzt werden.

Schwarze Nickelschichten für ­Optik- und Laseranwendungen

Optisch arbeitende Messverfahren haben insbesondere mit der Entwicklung leistungsfähiger elektrooptischer Mess- und Aufnahmechips eine große Verbreitung gefunden. Um eine gute Abbildungsqualität zu erreichen beziehungsweise um die Genauigkeit der Messergebnisse zu erhöhen, müssen die Gehäusebauteile optischer Geräte zur Vermeidung von Streulicht innen mattschwarz beschichtet werden. Wie Toni Munteanu, Innovent e. V., erläuterte, existieren zwar nass­chemische Metallisierungsverfahren, bei ihnen werden jedoch Chrom(VI)verbindugnen eingesetzt. Aufgrund der REACh-Verordnung besteht aktuell ein erhöhtes Interesse an einem Verfahren unter Einsatz der chemischen Metallabscheidung und einer Zusatzbehandlung ohne Chrom(VI).

Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurden Methoden der Schwarzfärbung für chemisch abgeschiedenes Nickel – kommerziell erhältliche, literaturbekannte und eine eigen synthetisierte Färbelösung – analysiert und miteinander verglichen. Darüber hinaus wurde untersucht, welche Möglichkeiten der Vor- und Nachbehandlung von Substraten bestehen, um die optischen Eigenschaften gezielt zu beeinflussen. Neben der Applikation von SiOx-Schichten durch Plasmabehandlung und Beflammungstechnik sowie durch die Anwendung von Sol-Gel-Beschichtungen wurden Sandstrahlverfahren als Vorbehandlungsschritt eingesetzt, um optische Eigenschaften zu verändern und die Reflexion zu mindern.

Abwasserbehandlung zur ­Optimierung der Wasserkreislaufwirtschaft

Die fortschreitende Verschärfung von Umweltschutzauflagen bei gleichzeitig steigenden Kosten für Energie, Material und Wasser beziehungsweise Abwasserentsorgung ist für Unternehmen eine stetig wachsende Belastung. In besonders sensiblen Bereichen, zum Beispiel der Leiterplattenfertigung, führt die steigende Komplexität der Produkte und Prozesse zu erheblichen Aufwendungen, um Prozesse zu stabilisieren und Ausschuss zu vermeiden. Hierbei sind Reinigungs- und Entfettungsstufen von besonderer Bedeutung, denn Metall-/Schwermetallpartikelrückstände führen nicht selten zum Anstieg von Fehlerquoten. Gegenmaßnahmen sind meist mehrstufige Spülprozesse mit einem erheblichen Wasserverbrauch. Bei festgestellten Überschreitungen drohen Betriebs­unterbrechungen, im schlimmsten Fall der vorläufige Verlust der Betriebserlaubnis.

Walter Masur von der Serfilco GmbH ­stellte eine Möglichkeit vor, mit der die kritischen Metall-/Schwermetallrückstände und organi­schen Verschmutzungen sowohl effektiv als auch wirtschaftlich entfernt werden können. Die Methode auf Basis eines keramischen Molekularfiltermaterials, ist dem Vortragenden zufolge einfach anzuwenden und schont zudem die wertvolle Ressource Wasser. Die Standzeit von Spülwässern kann ­wesentlich verlängert und damit der ­Frischwasserbezug deutlich reduziert werden. Bei behandeltem Abwasser können auch sehr niedrige Grenz­werte problemlos eingehalten werden, was er am Beispiel des Prozesses der galvanischen Verchromung belegte. Als Vorteil gilt auch die Tatsache, dass Wasser meist nicht mehr entsorgt, sondern in den Produktionsprozess zurückgeführt werden kann. Beide Maßnahmen reduzieren den Frischwasserbedarf, senken die Abwasserkosten und stärken die inner­betriebliche Wasserkreislaufwirtschaft.

Neue Anforderungen an die Oberflächentechnik

Chrom(VI)verbot – ­Mögliche Alternativsysteme

Mit dem Mandat der Europäischen Kommission an die ECHA vom 11. Oktober 2023, einen Beschränkungsvorschlag für Chrom(VI)­verbindungen zu erarbeiten, wird ein Ausweg aus der aktuellen Situation möglich. Es existieren jedoch noch viele Unklarheiten über die zukünftigen Grenzwerte und einen möglichen Zwang zur Substitution, so Dr. Julius Gröne, Matthews International.

In Anbetracht dieser Unsicherheiten ist es Gröne zufolge von entscheidender Bedeutung, fortwährend nach Alternativen zu suchen. In diesem Kontext wurde ein Teststand entwickelt, der es ermöglicht, die Eignung von Oberflächen für Tiefdruck- und Prägeanwendungen unter Verwendung von unterschiedlichen Materialien eingehend zu untersuchen. Verschiedene elektrochemische und physikalische Beschichtungen wurden mit unterschiedlichen Materialien getestet und verglichen. Dazu zählen seitens der elektrochemischen Verfahren verschiedene Abscheidungsarten von Nickel und Nickellegierungen und seitens physikalischer Technologien das Laserauftragschweißen. Die Ergebnisse lassen erkennen, welche Alternativen für die sechswertige Verchromung in Betracht kommen und welche Herausforderungen und Besonderheiten sich daraus ergeben.

Teststand, wie er im Unternehmen des Referenten Dr. Gröne zum Einsatz kommt (Bild: Dr. Gröne)

 

Anodische Schichten als ­Potentialbarriere

Mit der weiter zunehmenden Elektrifizierung der Mobilität hat der Einsatz von Aluminium als Konstruktionswerkstoff ­ausgezeichnete Wachstumspotenziale, vor allem aufgrund seiner geringen Dichte und vielfältigen Herstellungs- und Formgebungsmöglichkeiten. Als Beispiele für Aluminiumbauteile in elektrifizierten Mobilitätsanwendungen ­nannte die Dr. Julia Dukwen, Aalberts Surface Technologies, Gehäuse für Batterien oder Nebenaggregate, aber auch Aluminiumspulen in Elektromotoren.

Für zahlreiche Anwendungen müssen die Aluminiumbauteile neben den üblichen Anforderungen auch elektrische Isolationsanforderungen erfüllen. Um entsprechende Potenzialbarrieren auf Aluminiumbauteilen für Massenanwendungen zu erzeugen, ist die Anodisation die Methode der Wahl. Die Eigenschaften der anodischen Schichten werden neben dem prozessbedingten Einfluss von der Zusammensetzung und dem ­Gefüge der Legierung beeinflusst. Zudem werden Potenzialbarrieren durch die Nachverdichtung der gebildeten Konversionsschichten in ihrer Qualität verbessert. Optional können auch zusätzliche Versiegelungen, zum Beispiel durch eine anodische Tauchlackierung aufgebracht werden.

Beispiel für den Einfluss der Legierungselemente auf die Durchschlagspannung für zwei unterschiedliche Oxidschichtdicken (Bild: Dr. Dukwen)

 

Die elektrischen Isolationseigenschaften von anodischen Schichten werden durch die Werte der Durchschlagspannung charakterisiert. Zu deren Bestimmung dienen neben der klassischen Messmethode gemäß DIN EN ISO 2376 optimierte Messprozeduren, die an die elektrischen Gegebenheiten der Anwendung angepasst sind.

Dr. Dukwen stellte die elektrisch isolierenden Eigenschaften von verschiedenen anodischen Schichten auf Aluminiumwerkstoffen sowie die Methoden zu ihrer Charakterisierung vor. So zeigte es sich unter anderem, dass die Zunahme der Durchschlagspannung mit der Schichtdicke nicht linear, sondern degressiv ist. Legierungen mit Kupfer weisen aufgrund von Löchern in der Oxidschicht und mit Silizium aufgrund gestörter Schichtbildung eine geringere Durchschlagspannung auf. Des Weiteren beeinflusst die vorgenommene Umformung die Durchschlagspannung. Höhere Sperrschichtdicken, wie sie beim Anodisieren mit Oxalsäure erreicht werden, führen ebenso zu höheren Durchschlagspannungen wie das Nachverdichten der hergestellten Oxidschichten.

Aluminiumversiegelung – Einsatz im ­Automobil für hohe Alkalibeständigkeit

Die Oberfläche von Aluminium weist aufgrund der amphoteren und duktilen Beschaffenheit von Aluminium eine oftmals nicht ausreichende chemische und physikalische Beständigkeit auf. Zur Verbesserung werden Aluminiumteile üblicherweise in Schwefelsäure anodisiert. Die dabei erzeugte Oxidschicht besitzt eine poröse Struktur, die sich für das Färben der Oberfläche eignet und durch einen Versiegelungsprozess, mit dem sich Can Akyil, MacDermid Enthone Deutschland, befasst, geschlossen werden kann.

Neben einer hohen Chemikalien- und Abriebbeständigkeit ist die Auswahl des richtigen Versiegelungsverfahrens entsprechend den verschiedenen Qualitätsstandards von entscheidender Bedeutung für die Erfüllung der ­Anforderungen in verschiedenen Industrien, ­insbesondere der Automobil- und Luftfahrtindustrie. In seinem Vortrag stellte Can Akyil verschiedene Versiegelungstechnologien vor und erläuterte Kriterien für den Einsatzbereich, die Produktionskapazität und die Umweltaspekte.

Motivation als Produktivitätsturbo

Motivation ist der Schlüssel zum Erfolg ­jedes Teams und jedes Unternehmens. Sie dient nicht nur zur Bewältigung von Herausforderungen, sondern auch als mächtiger Wegbereiter für hervorragende Leistungen und Produktivität. Nach Ansicht von ­Manuela Schmied-Wolfsbauer, MSc think.doll Managementcoaching, kann eine gelungene Motiva­tion für Führungsverantwortliche und ihr Team drei wesentliche Vorteile bieten: Die Produktivität steigt, die Fluktuationskosten sinken und die Innovation wird vorangetrieben. Folgerichtig kann ein demotiviertes Team eine Abwärtsspirale in Gang setzen, die dem gesamten Unternehmen erheblichen Schaden verursacht.

In Deutschland sind nach Kenntnis der Vortragenden nur 15 Prozent der Führungskräfte mit den Motivationskriterien vertraut. Dies ist eine erschreckende Statistik und zeigt, wie wichtig Motivationstraining in der Führung ist. Motivation ist kein Luxus, sondern ein Muss für den Erfolg eines jeden Unternehmens. Wichtig dabei ist, dass vor allem Führungskräfte in der Lage sind, die passenden Motivierungsverfahren zu wählen und diese gekonnt umzusetzen.

Verfahren für ­optimierte Nachhaltigkeit

Effizienz und ­Nachhaltigkeit in der Galvanotechnik

Patricia Preikschat, presch matters GmbH, befasste sich mit der Fragestellung, wie der Energieaufwand in den Prozessen (sowohl im System als auch bei den Materialien) reduziert und die Nachhaltigkeit bei der Oberflächenbehandlung gewährleistet werden kann. Grundsätzlich ist der Zweck jeder industriellen Produktion, definierte Produkte ressourcenschonend und kostengünstig herzustellen und sie dem Kunden in gleichbleibender Qualität zur Verfügung zu stellen. Die ­Ziele für Produktionsverbesserungen sind daher Produktqualität und Fertigungseffizienz. Zunächst gilt es dabei, sich Klarheit über diese Ziele, die Bewertungsmethoden, die Anforderungen und die damit verbundenen Herausforderungen zu verschaffen.

Bei der Oberflächenbehandlung sind Prozess­fähigkeit und Nachhaltigkeit zwei Seiten derselben Medaille. Nach Ansicht von ­Partricia Preikschat gibt es im Grunde nur zwei wesentliche Anforderungen, um diese Aufgabe zu erfüllen: das Herstellen eines ­stabilen Zustands durch Fließgleichgewicht oder das Vermeiden von Verdünnungen und Mischun­gen beziehungsweise – wo es möglich ist – Rückführung. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist im ersten Schritt eine umfangreiche Datenerfassung zu den unterschiedli­chen Prozessen erforderlich, die in Industrie und Oberflächentechnik beispielsweise Qualitätsschwankungen oder Wärmeverluste erfasst und bewertet. Nach Überzeugung der Vortragenden übernehmen Unternehmen wie die Rieger Metallveredlung, Moosbach & Kanne oder B+T Oberflächentechnik hier eine beispielhafte Rolle. Sie erfassen ihre Energieverbräuche sehr detailliert und arbeiten daran, ihren CO2-Fußabdruck zu ermitteln und zu verringern.

Hinweis

Der Vortrag zitiert unter anderem die letzten Arbeiten des Ende 2023 verstorbenen Rolf Jansen, dessen wissenschaftlich-technische Leidenschaft vor allem der Optimierung oberflächentechnischer Verfahren im Hinblick auf Prozessfähigkeit und Nachhaltigkeit galt.

Reduzierung von CO2-Emissionen

Wie Michael Dallmayer, Dallmayer Galvano-Consulting, in seinem zusammen mit Patrik Lammert, pur4mance GmbH, erarbeiteten Vortrag eingangs vermerkte, gibt es unterschiedliche Richtlinien und Gesetze zur Reduzierung von Emissionen an Kohlenstoffdioxid in der Industrie, die allerdings kaum Anhaltspunkte für die praktische Umsetzung geben.

Um ein umfassendes Bild der relevanten Kenngrößen einer galvanischen Fertigung für die Darlegung der Emissionen zu erhalten, sind alle Verfahrensschritte von der Vorbehandlung über die Abscheidung bis zur Nachbehandlung detailliert zu betrachten. Dies beinhaltet Angaben zur Effizienz der verschiedenen Prozesse ebenso wie die Bestückung der Gestelle und Warenträger sowie alle peri­pheren Anlagenteile wie Heizung, Umwälzung oder Absaugung. Damit wird klar, dass die Anzahl der Einzelbetrachtungen und die unterschiedlichen Wirkungen auf das Gesamtergebnis der Emissionsminderung sehr umfangreich ist. Unterstützung dieser Arbeiten ergeben sich durch die steigende Nutzung von Simulationen.

Beitrag nachhaltiger ­Oberflächen zur Dekarbonisierung

Die Dekarbonisierung ist das ­wichtigste Nachhaltigkeitsthema für zahlreiche Industrien. So setzen zum Beispiel Automobilhersteller Science based Target, um den Product Carbon Footprint der Fahrzeugflotte auf ein Niveau zu reduzieren, das dem Pariser Klimaabkommen entspricht, so Prof. Dr. Stephan Krinke, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST. Diese Ziele umfassen den gesamten Lebenszyklus von der Wiege bis zur Bahre gemäß ISO 14040f. Um diese Ziele zu erreichen, ist die Dekarbonisierung der Lieferkette ein entscheidender Baustein, sodass Kohlenstoffdioxid zu einer technischen Anforderung im business-to-business Geschäft wird. Der Carbon Footprint identifiziert Hotspots und Life Cycle Engineering liefert geeignete Maßnahmen zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks.

Die Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxidemissionen umfassen die gesamte Wertschöpfungskette; es muss also stets auch die vor- und nachgelagerte Verarbeitung von Stoffen und Produkten mitberücksichtigt werden. Langfristiges Ziel ist die vollkommene Dekarbonisierung.

Life Cycle Engineering an Beispielen aus der Praxis(Bild: Prof. Dr. Krinke)

 

Nach Ansicht des Vortragenden kommt dabei der Oberflächentechnik mit ihrem Produkt Oberfläche eine wichtige Rolle zu, da Oberflächen bei nahezu allen Produkten ein wichtiges Element sind. Daher stellt die Entwicklung von nachhaltigen Oberflächen einen Schwerpunkt dar, bei dem am Fraunhofer IST ein Methodenbaukasten zum Einsatz kommt. In den Unternehmen basiert vor diesem Hintergrund die Entscheidung über Weiterentwicklungen auf den Kosten für eine Dekarbonisierung. Dafür werden die kosten­effizientesten Maßnahmen zur Dekarbonisierung ermittelt und umgesetzt.

Neues Verfahren zur Hochgeschwindig­keitsabscheidung von Zinn

Fortschritte in der ­Unterhaltungselektronik erfordern neue Chemikalien zur Herstellung von Elektrolyten für die Metallabscheidung mit geringerer Umweltbelastung, die elektronischen Komponenten eine höhere Zuverlässigkeit bieten, ein Thema mit dem sich Dr. Adolphe Foyet, DuPont, befasst. Bei der Beschichtung mit Zinn richtet sich die Forderung auf eine geringe Neigung zur Whiskerbildung und hohe Korrosionsbeständigkeit in rauen Umgebungen. Diese Leistung muss über ein breites Prozessbetriebsfenster unter Produktionsbedingungen erreichbar sein.

Das neue Verfahren zur Hochgeschwindigkeitsabscheidung von Zinn ermöglicht eine hohe Produktivität über einen breiten Stromdichte- und Temperaturbereich. Eine niedrigere Betriebstemperatur führt zu Einsparungen bei den Energiekosten und ein ungiftiges Antioxidans erhöht sowohl die chemische Stabilität als auch die Nachhaltigkeit des Produkts.

Die Zinnabscheidung weist ein einheitliches Aussehen und eine gleichmäßige Lötbarkeit über einen erweiterten Stromdichtebereich von 1 A/dm2 bis 50 A/dm2 auf. Die kristallographische Textur ist innerhalb des Anwendungsbereichs des Elektrolyten konsistent und den bisherigen Erfahrungen zufolge weniger anfällig für Whiskerbildung.

Plasmatechnologien

Bioaktive ZnO/Hydroxylapatit-Schicht auf PEEK mit ­antimikrobiellen Eigenschaften

Durch seine ähnlichen mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu Knochenmaterial und seine Röntgenstrahldurchlässigkeit für die postoperative Visualisierung ist Polyether­etherketone (PEEK) als vielversprechend anzusehen, um als Biomaterial für Implantate wie zum Beispiel Bandscheibenersatz Einsatz zu finden. Jedoch kann die bioinerte Oberfläche des PEEK zu fibröser Einkapselung und schlechter Osseointegration führen.

Um die Bioaktivität von PEEK zu ­erhöhen, befasste sich Jun Xu, Innovent, mit dem Aufbringen von haftfesten Hydroxylapatit (HAp)-schichten auf das PEEK-Substrat durch atmosphärisches Plasmaspritzen. Dabei werden die HAp-Pulver bei nur moderater Leistung aufgeschmolzen und anschließend gespritzt, um die thermische Belastung der PEEK-Oberfläche zu minimieren.

Des Weiteren wurden die hergestellten HAp-Schichten durch den Einbau von zinkoxidhaltigen Substanzen funktionalisiert. So wurden unter Verwendung eines neuen innovativen Dual­verfahrens zinkoxiddotierte, antimikrobiell wirksame HAp-Schichten hergestellt. Dabei wurde der Gehalt an Zinkoxid in diesen Kombinationsschichten variiert und die Schichten mittels verschiedener Methoden umfassend charakterisiert und auf die antibakteriellen und zytotoxischen Eigenschaften bewertet.

Plasmadiffusionsbehandlungen für unterschiedliche Einsatzfälle

Durch Wärmebehandlungen können Eigenschaften von Werkstoffen modifiziert werden. Neben dem Glühen sind vor allem thermochemische Verfahren bereits etabliert. Speziell plasmagestützte Diffusionsbehandlungen, mit denen sich Phillip Marvin Reinders, TU Braunschweig, Institut für Oberflächentechnik, befasst, bieten ein großes Potenzial zur Weiterentwicklung und zeigen einige Vorteile gegenüber den konventionellen Wärmebehandlungen. Dabei wird zum Beispiel Stickstoff im Plasma dissoziiert, wodurch er in die Bauteiloberfläche eindiffundiert und so die Randzoneneigenschaften modifizieren kann. Der Stickstoff wird entweder im Metallgitter eingelagert oder kann Nitride bilden.

Ursprünglich wurde die Plasmadiffusion zur Verschleißreduzierung und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Stählen genutzt und daher überwiegend in der Tribologie eingesetzt. Mit den steigenden Anforderungen in der Fertigung von Werkzeugen für die Herstellung von Hochtemperaturwerkstoffen oder als Schutz für hochtemperaturbelastete Bauteile gewinnt die Behandlung von Nickelbasiswerkstoffen und Sonderlegierungen auf Basis von Molybdän oder Kobalt an Bedeutung. Diffusionsbehandlungen auf Basis von Bor zeigen dabei vielversprechende Lösungsansätze, da sich harte und chemisch sehr beständige Verbindungsschichten ausbilden.

Die Plasmadiffusion von austenitischen Stählen zeigt neben einer Erhöhung der Verschleißbeständigkeit eine Reduzierung des Grenzflächenwiderstands während der elektrochemischen ­Potenzialmessung, die – in Abhängigkeit zum Elektrolyten – zudem verbessert werden kann. Dies ist besonders interessant für die Funktionalisierung metallischer Bipolarplatten in der PEM-Brennstoffzelle. Weiterhin zeigen plasmanitrierte Stähle eine reduzierte Wasserstoffpermeation und eine verringerte Gefahr der Wasserstoffversprödung. Wird die Technologie bei Titan eingesetzt, wird eine Verbesserung des Korrosionsverhaltens gegenüber den klassischen TiN-PVD-Schichten erzielt, was besonders für die Verwendung in der Medizintechnik deutliche Vorteile erwarten lässt.

Trends in der dekorativen Schichtabscheidung mittels Vakuumbeschichtung

Wie Dr. Martin Fenker, fem – Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie, eingangs anmerkte, sind Vakuumbeschichtungen für die dekorative Schichtabscheidung vor großem Interesse, wobei sich innovative wie vielseitige Methoden zur Verbesserung von Oberflächeneigenschaften anbieten. Die Plasmatechnologie ermöglicht es, eine breite Vielfalt an Materialien wie Metalle, Glas oder Kunststoffe mit dünnen, aber äußerst haltbaren Schichten zu überziehen. Derart erzeugte Schichten verändern nicht nur die ästhetischen Eigenschaften eines Objekts, sondern erhöhen auch dessen Funktionalität und Langlebigkeit.

Mit Hilfe vons Vakuumbeschichtungen kann eine breite Palette an dekorativen Farben erzeugt werden. Die Farbgebung erfolgt ­dabei entweder über Festkörper- oder über Interferenzfarben. Diese dekorativen Farbschichten werden in verschiedenen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise Schmuck, Uhren, Automobilteilen (Interieur, Exterieur) und Möbeln eingesetzt.

Neueste Trends im Bereich der dekorativen Schichtabscheidung mittels Vakuumtechnik ermöglichen die Erzeugung von Festkörper- und Interferenzfarben sowie durch hybride Abscheidung auch ein neues Spektrum an Interferenzfarben. Zunehmend gefragt sind hier Themen wie Umweltfreundlichkeit, präzise Einstellung der Schichtzusammensetzung, Schichthomogenität, Schichthärte, Reproduzierbarkeit oder auch die Verbesserung der Fingerprint-Empfindlichkeit.

Openair-Plasma in der ­industriellen Fertigung

In vielen industriellen Prozessen müssen Oberflächen für nachfolgende Produktionsschritte, zum Beispiel für das Kleben oder Lackieren, vorbehandelt werden. Vor dem Hintergrund einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Produktion wird das umweltfreundliche Openair-Plasma©-Verfahren mit geringem CO2-Footprint und ohne den Einsatz von Lösungsmitteln zunehmend interessant, wie Dr. Alexander Knospe von der Plasmatreat GmbH in der Praxis feststellt.

Dieses düsenbasierte Atmosphärendruckplasma aktiviert Kunststoffe, reinigt Metalle und gibt Oberflächen durch die Abscheidung von sehr dünnen plasmapolymeren Beschichtungen neue Eigenschaften. Es ist vergleichsweise kostengünstig zu generieren, da kein Unterdruck benötigt wird. Selbst bestehende Fertigungsprozesse können damit ausgerüstet werden, da die Technik aufgrund ihrer kompakten Bauweise inlinefähig ist. Lediglich elektrische Energie und Luft werden zur Generierung des Plasmas benötigt.

Der Vortragende erläuterte diverse Industrieanwendungen von der Kunststoffaktivierung von breiten Paneelen für die nachfolgende Lackierung bis zur ortsselektiven Plasmabeschichtung von Aluminiumdruckguss-Gehäusen mit antikorrosiv wirkenden Haftvermittlerschichten. Auch der Einsatz von Plasma in der Fertigung von Lithiumionen-Batteriemodulen erfährt zunehmendes Interesse. Zu den Argumenten für den Einsatz zählt das Thema Umweltfreundlichkeit ebenso wie die Einsparung von Energie und fossilen Brennstoffen.

Unternehmerforum – Betriebsführung

Ein Leben für die Galvanotechnik - Verzicht auf Dreischichtbetrieb

Joachim Ramisch von der Riesmetall GmbH, ein Unternehmen auf dem Gebiet der klassischen Zinkbeschichtung, gab einen Einblick in sein Arbeitsleben als Lohnbeschichter. Speziell ging er auf seinen Weg ein, um vom Dreischichtbetrieb auf einen Einschichtbetrieb zu kommen. Wie er betonte, hat er in seinem Leben zahlreiche Fehler gemacht, die aber dazu geführt haben, dass er über einen großen Wissensschatz verfügt. Wesentlich dazu beigetragen hat, dass er Aussagen meist sehr intensiv hinterfragt. Zu seinen ­Erfahrungen zählt, dass eine Wegwerfgesellschaft für die Entwicklung der Menschheit abträglich ist, beständiges Wachstum illusorisch und Kreislaufwirtschaft unbedingt erforderlich ist. Dass Schichtarbeit die Gesundheit der Mitarbeiter belastet, ist hinlänglich bekannt, auch wenn dadurch die Produktion aufgrund maximaler Auslastung kostengünstiger wird. Für den Unternehmer ist Schichtbetrieb auch notwendig, um benötigte Finanzierungen realisieren zu können.

Beginnend mit der Wiedervereinigung und Globalisierung hat sich die Auftragslage für die Riesmetall stetig verschlechtert. Um dies auszugleichen, wäre eine intensive Zusammenarbeit mit der Automobilbranche erforderlich gewesen, was aber nicht mit den Vorstellungen von Joachim Ramisch vereinbar war. Eine Alternative war für ihn die Bedienung eines kleinen lokalen Markts mit seinen unterschiedlichen Anforderungen an Korro­sionsschutz. Dazu war es erforderlich, die Bankverbindlichkeiten vollständig zu tilgen, verbunden mit einer Reduzierung der Anlagenkomplexität beziehungsweise dem Rückbau von Anlagenkomponenten.

Die Eignung der von ihm präferierten Zinkschichten demonstrierte der ­Vortragende an seinen Fahrzeugen, sowohl Lkw als auch Pkw. Hier zeigt es sich, dass verzinkte und chromatierte Stähle sicher geschützt sind. Wie er an diesen Fahrzeugen zeigte, sind Reparaturen von Fahrzeugen möglich und kostenmäßig besser. Ebenfalls optimierbar ist die Wasseraufbereitung, bei der Ramisch zum Beispiel auf Vierfachkaskaden besteht, ohne den Einsatz von Ionenaustauschern. Beim Einsatz des Zinkelektrolyten setzt er ebenfalls auf großes Volumen, durch die weder eine Kühlung noch eine regelmäßige Analyse notwendig ist; großes Elektrolytvolumen wird durch die Verzinkung in kleinerem Umfang auf konstantem Niveau gehalten.

Alle diese Maßnahmen laufen nun seit über 20 Jahren und der Erfolg kann sich sehen lassen, sagte Joachim Ramisch zu Abschluss.

Papierlose Produktion

Jan Kasten, Cloudflight Germany, beleuchtete in seinem Vortrag die entscheidenden Aspekte, die – passend für die Galvanotechnik – zu berücksichtigen sind, um die durch Digitalisierung und Automatisierung gebotenen Chancen optimal zu nutzen. Der Fokus liegt dabei auf relevanten Industrial-IoT-Lösungen und der Rolle, die GenAI (Generative Künstliche Intelligenz) in diesem Kontext spielen kann.

Kasten ging auf die Bedeutung durchgängiger Datenflüsse ein, die Erreichung längerer Vorlaufzeiten in der Grobplanung, die Messung der Produktivität und Identifikation potenzieller Verluste an technischen Anlagen. Darüber hinaus ist ihm zufolge die Integration in die gesamte Unternehmensstruktur, die Echtzeiterfassung von Informationen über den Zustand und Ort von Maschinen sowie die Digitalisierung und Strukturierung dieser Datenmassen auch für andere Unternehmensbereiche wichtig. Ein zentraler Punkt ist die teilautomatische Digitalisierung der erzeugten Daten und ihre Integration zurück in die Fertigung und Auftragsplanung. An einem Praxisbeispiel zeigte der Vortragende die erforderlichen IT-Infrastrukturen, die das Unternehmen aufgebaut hat, um diesen Prozess erfolgreich zu gestalten.

ERP-gestützte Prozessoptimierung zur Energie- und Ressourcenschonung

Während heute bereits viele Möglichkeiten aus technischer Sicht geboten werden, um ressourcen- und energieschonend zu arbeiten, sind Maßnahmen, die über die Organisation und Steuerung des Betriebs Energie und Ressourcen einsparen, eher kaum zum Einsatz gekommen, so die Erfahrungen von Michael Hellmuth, Softec GmbH. Häufig wird der Fokus auf die Wünsche der Kunden und deren Terminvorgaben gelegt, während andere relevante Faktoren nur zufällig oder gar nicht berücksichtigt werden. Um hierbei eine Effizienzsteigerung erzielen zu können, müssen diese Faktoren sorgfältig abgewogen werden, was in der Regel durch den Einsatz von geeigneter Software gut gelingt.

Ein wichtiger Bestandteil ist die Gewichtung der spezifischen Bedingungen, die sich von Betrieb zu Betrieb unterscheiden kann. Die Vermeidung von Stromspitzen, die Berücksichtigung von täglichen Schwankungen im Strompreis oder die Minimierung von Verschleppung sind Beispiele für Kriterien, die als Randbedingungen auftauchen können. So entsteht ein vielschichtiges System, das Bedingungen dynamisch abwägen und bezogen auf die Auftragslage beurteilen kann. Auf dieser Basis lassen sich Planungsvorschläge generieren, die zu weiteren Energie- und Ressourceneinsparungen führen.

Schadenfeuer, Blackout, ­Cyberattacke, Unwetterlage, ­Versorgungsausfall: Ist ihr Unternehmen krisenfit?

Ein Brandereignis in der Produktionsanlage, eine Cyberattacke oder ein langandauernder überregionaler Stromausfall sind nach Exper­tenmeinung die derzeit größten Risiken für Unternehmen – auch in der Galvano- und Oberflächentechnik. Wie Dieter Lenzenhuber, MacDermid Enthone Industrial Solutions, betonte, lässt sich nicht jede Krise vermeiden. Unternehmen können sich jedoch so aufstellen, dass eine Krise sie nicht aus der Bahn wirft. Dafür gilt es, potenzielle Gefahren zu identifizieren. Denn mit den richtigen Maßnahmen an der Hand, können Unternehmen im Ernstfall richtig reagieren und den Schaden begrenzen.

Abhängigkeiten verschiedener Art und auch Lieferkettenunterbrechungen können sich auf uns alle auswirken. In vielen Bereichen wurde die Lagerhaltung abgebaut, weshalb es nun bei einer Versorgungsunterbrechung recht schnell zu Engpässen kommen kann. Es kann also Sinn machen, sich und seine Kunden gegen Schäden durch solche Ausfälle abzusichern, sprich resilient zu werden.

Resilienz bezeichnet konkret die Fähigkeit eines Systems, Ereignissen zu widerstehen oder sich an sie anzupassen, dabei jedoch seine Funktionsfähigkeit zu erhalten oder sie schnell wiederzuerlangen. Gerade kleine und mittlere Unternehmen gehen oft nur halbherzig mit diesen Herausforderungen um. Und auch große Unternehmen scheuen den Aufwand, gerade auch das regelmäßige Training ausgewählter Szenarien, denn bisher ist noch immer alles gut gegangen.

Von Due Diligence über Konfliktmine­ralien bis zum Lieferkettengesetz

Die OECD-Leitsätze zur Due Diligence sind Empfehlungen bezüglich ­Transparenz, Arbeitsbeziehungen, Umwelt, Korruption, Verbraucherschutz, Technologietransfer, Wettbewerb und Steuern. Konfliktmineralien-Gesetze sind eine Folge der OECD-Leitsätze. In den USA wurden mit dem Dodd-Frank Act im Jahr 2010 Dokumentations- und Publizitätsverpflichtungen eingeführt, die sicherstellen sollen, dass keine Rohstoffe verwendet werden, die dazu dienen, bewaffnete Konflikte in der Demokratischen Republik Kongo oder einem angrenzenden Land zu finanzieren. Betroffen sind Gold, Wolfram, Zinn und Tantal, wie Markus Engel, imds professional, erläuterte. In der EU gilt seit 1. Januar 2021 eine Regelung zu Konfliktmineralien, die für Unternehmen gilt, die diese in die EU einführen. Die Bedeutung der Konfliktmineralien und Sorgfaltspflichten in Lieferketten nehmen weltweit zu. Auch Mica (Glimmer) und Kobalt werden nun häufiger genannt und berichtet, auch wenn hierzu (noch) keine Verpflichtung besteht.

Als Beispiel nannte Engel das Lieferketten-Sorgfaltspflichtengesetz (LkSG) in Deutschland. Es gilt seit 1. Januar 2023 und wurde am 1. Januar 2024 ausgeweitet auf Unternehmen mit mehr als 1000 Beschäftigten. Diese Unternehmen müssen unter anderem ein Risikomanagement etablieren, Präventionsmaßnahmen implementieren und Abhilfe bei Verstößen zum Beispiel gegen Menschenrechte schaffen sowie ein Beschwerdeverfahren einführen. Auf EU-Ebene wird ebenfalls ein Gesetz über Sorgfaltspflichten in Lieferketten (CSDDD, kurz für Corporate Sustainability Due Diligence Directive) vorbereitet, das weitreichender sein soll. Es gilt für mehr Unternehmen und sieht auch vor, dass diese für Verstöße bei ihren Zulieferern haftbar gemacht werden können.

Best Practice: Einsatz eines ­Energiedatenmanagementsystems

Enrico Trautvetter, KBR Kompensationsanlagenbau, stellte den Weg von der Konzept­entwicklung bis zu den realen Einsparungen durch den Einsatz eines Energiedatenmana­gementsystems in der Galvanotechnik vor. Realisiert wurde das Projekt bei der Schirmer Galvano Technik. Der Vortragende erläuterte die einzelnen Schritte von der Ideenfindung über die Fördermittelbeantragung bis zur Installation sowie Schulungen und Erstein­weisungen.

Ein derartiges Energiedatenmanagementsystem ermöglicht die Echtzeitüberwachung des Energieverbrauchs, die Analyse historischer Daten und die Prognose zukünftigen Bedarfs. Dies erlaubt fundierte Entscheidungen zur wirtschaftlichen Optimierung des Energieverbrauchs. Der Vergleich mit Branchenstandards und Best Practices ermöglicht es, die eigene Leistung im Vergleich zu anderen Unternehmen zu bewerten und Verbesserungspotenziale zu identifizieren.

SBE - Alternative zur Trommel

Trommelbeschichtungen neigen zu typischen Fehlern und stoßen an ihre Grenzen, wenn die Bauteile eine bestimmte Größe unterschreiten. Im Zuge der weiter voranschreitenden Miniaturisierung ist es notwendig, diese Beschichtungsprozesse weiter zu ­optimieren. Henk Verlind, Technic Deutschland, stellte eine alternative und mittlerweile etablierte Methode vor und verglich diese mit den Stärken und Schwächen von Trommelgalvanisierung und deren Alternativen. Die Technologie Spouted Bed Electrode Plater (SBE) ist vor alle für kleine, empfindliche Bauteile, wie sie beispielsweise in der Elektronik und Elektrotechnik benötigt werden, geeignet.

Beispiel für Schichtdickenverteilung einer Nickel- (l.) und Zinnabscheidung bei Nutzung der SBE-Technik (Bild: H. Verlind)

 

Diese spezielle Korbtechnik ist so aufgebaut, dass die zu beschichtenden Teile gewissermaßen in der Trommel zirkulierend schweben. Die Kontaktierung erfolgt über einen am Boden der Trommel positionierten Kontakt. Für die Trommeln werden in der Regel ­eigene Anlagen gefertigt. Dadurch sind die vorhandenen Elektrolyt- und Spülwassermengen sehr gering. Pro Prozessschritt lassen sich auch mehrere SBE-Trommeln auf einem Warenträger anordnen, ebenso wie die Anlagen auch mit konventionelle Trommeln oder Vibratoren ausgestattet werden können. Den Herstellerangaben zufolge zeichnen sich die abgeschiedenen Schichten durch eine sehr enge Toleranz, eine relativ hohe Abscheidegeschwindigkeit sowie eine einfache Bedienung der Anlage aus.

Innovatives Abwassermanagement - wirtschaftlich und nachhaltig

Wie Marius Straub, H2O GmbH, einleitend betonte, müssen Betriebe der Oberflächentechnik in zunehmendem Maße auf Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit in ihren Prozessen achten. Dazu kommt, dass ein bewusster Umgang mit Ressourcen auch in der Industrie immer wichtiger wird. Eine bewährte Lösung ist dem Referenten zufolge die Abwasseraufbereitung mittels Vakuumdestillation. Bei Einrichtung einer Kreislaufführung ist es möglich, das gereinigte Destillat wieder in den Prozess zurückzuführen und so die Kosten maßgeblich zu senken.

Durch den Einsatz eines ­Nachkonzentrators können die Entsorgungskosten des im ersten Schritt anfallenden Verdampfungsrückstands mehr als halbiert werden. Ein besonderer Vorteil ist, dass durch effizientes Energierecyc­ling hochwertige Energie in der zweiten nachgeschalteten Verdampfungsstufe genutzt werden kann. Außerdem enthalten anfallende Rückstände oftmals wertvolle Rohstoffe in Form von gelösten Salzen oder Metallen, deren Wiederverwertung ein zusätzliches ökonomisches Potenzial bietet. Dies drückt sich unter anderem in einer kurzen Amortisationszeit von häufig deutlich unter zwei Jahren aus.

Unternehmerforum – New Work(force) Management

New Work(force) ­Management: die Belegschaft als kritischer ­Erfolgsfaktor für die Zukunft I

Die dreiteilige Vortragsreihe zur Belegschaft als Erfolgsfaktor wurde von Judith Klups, Zukunftsagenten GmbH, eröffnet. Wie die Referentin einleitend ausführte, befindet sich die Arbeitswelt in einem fundamentalen ­Wandel: Künstliche Intelligenz hält Einzug in ­Produkte, Dienstleistungen und Services. Neue Technologien verändern nicht nur die Produkte selbst, sondern auch die Art der Produktion sowie die Arbeitsweise an sich. Für Unternehmen jeder Größe bedeutet dies, dass sie sich bereits heute aktiv auf die Zukunft vorbereiten müssen. Dabei dürfen zwei wesentliche Faktoren nicht außer Acht gelassen werden: die Arbeit selbst und die Belegschaft, die für eine erfolgreiche Erledigung der Aufgaben verantwortlich ist. Hieraus ergeben sich Fragen nach dem Aussehen der Arbeit der Zukunft, den neuen, sich verändernden oder auch entfallenden Aufgaben oder den benötigten neuen Fähigkeiten und Leistungen der Menschen. Notwendig ist also, jetzt aktiv zu werden, sich ein klares Bild der Zukunft zu machen und das Unternehmen sowie die Belegschaft schon heute zukunfts­sicher aufzustellen.

Zur Konkretisierung ihrer Vorstellung einer Arbeitswelt der Zukunft richtete die Vortragende den Blick auf relevante Trends, vor allem aber ihre Bedeutung auf Unternehmen, die Arbeit und die Belegschaft. Daraus können sich oft greifbare Handlungsimpulse ergeben, zum Beispiel, wie sich die ­Arbeit selbst, aber auch Arbeitsorte, Arbeitsbedingungen und die erforderlichen Skills der Mitarbeitenden verändern müssen. Anhand von exemplarischen heutigen Jobs wurde aufgezeigt, wie sich diese konkret in Richtung Zukunft verändern. Der Impuls mündet in einen strategischen Personalplan, aus dem die eigene, strategische Personalplanung entwickelt wird.

New Work(force) ­Management: die Belegschaft als kritischer ­Erfolgsfaktor für die Zukunft II

Björn Flier und Stefan Hörster, Randstad Deutschland, gingen im zweiten Teil der Reihe auf die Gewinnung von neuen Mitarbeitern ein. Dazu ist es notwendig, das ­eigene Unternehmen Außenstehenden als zukunfts­trächtigen und interessanten Arbeitgeber zu präsentieren. Dies bedeutet, eine klare strategische Personalplanung durchzuführen, vor allem eine effiziente und gezielte Talentsuche und Talentgewinnnung zu betreiben. Die Experten gaben konkrete Empfehlungen und Handlungsimpulse für Unternehmen.

Arbeitskraftmanagement erfordert ständige Bemühungen zur Erfassung und Nutzung von Kenngrößen im Betrieb (Bild: Flier/Hörster)

 

New Work(force) ­Management: die Belegschaft als kritischer ­Erfolgsfaktor für die Zukunft III

An einem konkreten Unternehmensbeispiels gaben Tanja Gebel und Jacqueline Hatton, WHW Hillebrand, eine Vorstellung davon, wie sich die Zukunft der Belegschaft aktiv selbst gestalten lässt. Denn WHW Hillebrand hat die Zukunftsgestaltung der eigenen Belegschaft selbst aktiv in die Hand genommen, indem das Unternehmen unter anderem eine eigene Akademie ins Leben gerufen hat. Die Angebote der Einrichtung finden sowohl online als auch physisch in den Räumlichkeiten der Akademie statt und decken sowohl spezifische fachliche Trainings als auch übergreifende Weiterbildungen ab. Dadurch ist WHW Hillebrand in der Lage, dem Fachkräftemangel proaktiv zu begegnen und auch andere Unternehmen dabei zu unterstützen, ihre Belegschaft fit für die Zukunft zu machen.

Beispiel für die systematische Personalentwicklung für gewerbliche Berufsgruppen (Bild: Gebel/Hatton)

 

Unternehmerforum – ­Führung und Betriebsleitung

Betriebliche ­Krankenversicherung – Konzept zur Steigerung der ­Arbeitgeberattraktivität und ­Mitarbeiterzufriedenheit

Seit Jahren gehören die Gewinnung und Bindung von Fach- und Führungskräften zu den wichtigsten Herausforderungen für Unternehmen. In Zeiten steigender Ausgaben, hoher Inflationsraten und durch die Erfahrungen der Risiken einer Pandemie sind das Bewusstsein und der Wunsch nach nachhaltigen und mehrwertigen Versorgungseinrichtungen, wie beispielsweise einer betrieblichen Krankenversicherung oder auch einem Gesundheitsbudget, gefragter denn je – ein Thema, mit dem sich Axel Piepenstock, BüchnerBarella Holding GmbH & Co. KG, befasst.

Mit innovativen und individuellen Konzepten gelingt es, Mitarbeitende zu binden und Bewerber für ein Unternehmen zu begeistern. Dafür ist nach Ansicht des Vortragenden die Entwicklung einer Strategie notwendig. Diese umfasst neben der Ausstattung der Versicherungsinhalte auch die Berücksichtigung der arbeitsrechtlichen und steuerrechtlichen Behandlung.

Ratingsysteme von ­Auskunfteien und Kreditversicherern

Stefanie Wendisch, BüchnerBarella Assekuranzmakler GmbH, befasst sich mit Rating­systemen und ging in ihren Ausführungen auf die Hintergründe im Hinblick auf die Bewertung der Kreditwürdigkeit eines Unternehmens ein. Hierbei wird eine Aussage über die Fähigkeit eines Unternehmens zur vollständigen und termingerechten Rückzahlung von Verbindlichkeiten getroffen.

Ratingbewertung der Kreditversicherer am Beispiel Allianz Trade (Bild: Wendisch)

 

Durchgeführt werden derartige Bewertungevon Kreditgebern oder auch externen Ratingagenturen. Dafür werden zum Beispiel Zahlen zur Umsatzentwicklung, der Markt-
situation, der Liquiditätsplanung oder die Investitionsneigung und -fähigkeit eines Unternehmens herangezogen. Des Weiteren spielen auch die Rechtsform, die Branche, die Unternehmensgröße oder Nachfolgeregelungen eine Rolle.

Der Brandschutzbeauftragte im Betrieb

Der Vortragende Gerhard Schweitzer, ecoprotec GmbH, beschrieb die Organisation des betrieblichen Brandschutzes und die Aufgaben des Brandschutzbeauftragten. Wann ein Brandschutzbeauftragter im Betrieb erforderlich wird, ergibt sich aus den Bau- und Sonderbauverordnungen der Länder, der Industriebaurichtline und einer Gefährdungsbeurteilung.

Zu den Aufgaben des Brandschutzbeauftragten im Unternehmen gehört die Beratung des Betriebes in Brandschutzfragen, die Mitwirkung bei Brandschutzkonzepten oder die Aufdeckung und Dokumentation von Mängeln im Hinblick auf den vorhandenen Brandschutz. Der Brandschutzbeauftragte ist in die betriebliche Organisation einzubinden und sollte eine Zusammenarbeit mit Akteuren im und außerhalb des Unternehmens pflegen. Unterstützt wird die Arbeit des Brandschutzbeauftragten zum Beispiel durch den Brandschutz-Check mit dessen Hilfe der Status und Handlungsbedarfe im Brandschutz festgestellt werden.

Unternehmerforum – ­Nachhaltigkeit und Klimaneutralität

Optimierte ­Wärmerückgewinnung aus der Abluft

Christian Deyhle, Qubus Planung und Beratung Oberflächentechnik GmbH, erläuterte anhand eines konkreten Beispiels einer bestehenden Galvanikanlage für die Trommel- und Gestell­abscheidung von Zink, wie die Wärmerückgewinnung aus der Prozessabluft optimiert werden kann. Die Abluft einer Galvanikanlage stellt eine erhebliche Wärmequelle dar, die bisher meist nicht oder nur durch Wärmetauscher im Winterbetrieb für eine Wärmerückgewinnung genutzt wird. In der Kombination von Kreislaufverbundsystemen und der Wärmepumpentechnik kann die Wärmerückgewinnung optimiert werden und die zurückgewonnene Wärme zur Beheizung der Zuluft und im Optimalfall auch für die Prozesswärmeversorgung genutzt werden.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der möglichen Ausbaustufen zur Wärmerückgewinnung aus Abluft (Bild: Ch. Deyhle)

 

Wird eine Optimierung des Energieverbrauchs im Unternehmen angestrebt, werden im ersten Schritt alle Teile der vorhandenen Prozessbereiche betrachtet. So lassen sich beispielsweise Verbesserungen durch das Reduzieren der Temperaturen von Entfettungslösungen, die Verkürzung der Prozesszeiten von Vorbehandlungen oder die Erhöhung der Leitfähigkeit von Abscheideelektrolyten erzielen.

Oftmals bietet das Abluftsystem ein hohes Potenzial zur Energieeinsparung. Hierzu wird der Einsatz einer optimal eingerichteten Wärmerückgewinnung in Betracht gezogen. Der Vortragende erläuterte dazu eine mehrphasige Vorgehensweise: Zunächst wird eine bestehende Abluftanlage durch eine Wärme­rückgewinnung nachgerüstet. Im zweiten Schritt kann eine Optimierung der Wärmerückgewinnung aus Abluft durch das Installieren von Wärmepumpen erzielt werden, wobei auf eine Unterscheidung zwischen Winter- und Sommerbetrieb zu achten ist. In einer dritten Phase lassen sich weitere Einsparungen durch die Nutzung von zweistufigen Wärmepumpen erzielen, mit denen höhere Temperaturen erreicht werden. Hierfür kommen zudem Schichtspeicher als Wärmepuffer in Betracht. Für derartige Investitionen kann in der Regel auf entsprechende Fördermittel zurückgegriffen werden.

Der Hürdenlauf zur CO2-Neutralität

Dr. Elke Moosbach, Moosbach & Kanne GmbH, schilderte ihre Praxiserfahrungen auf dem Weg zu der von der Politik vorgegeben Neutralität bei der Emission von Kohlenstoffdioxid. Wie unter anderem Umfragen zeigen, ist ein großer Teil der möglichen Sparmaßnahmen in Form von Investitionen, Einsparungen oder Energieeffizienzmaßnahmen inzwischen ausgeschöpft. Hemmnisse bei der weiteren Verbesserung bestehender Situationen sind das Fehlen von Fachpersonal zur Umsetzung komplexerer Einrichtungen sowie die dafür nötigen Finanzmittel. Auch die Bewertung über die drei Scope-Stufen ist nur bedingt hilfreich, da vor allem Zahlen aus der Gruppe Scope 3 nicht verfügbar sind. Dieser Anteil ist je nach Art der Branche, in der ein Unternehmen agiert, sehr unterschiedlich.

Besonders nachteilig bei den Bemühungen zur CO2-Einsparung ist das Fehlen von Strategien seitens der Behörden sowie der Verteilung und Freigabe der dafür vorgesehenen Finanzmittel, aber auch die fehlenden Angaben beziehungsweise Sicherheiten im Hinblick auf die Entwicklung der Energiekosten.

Resilienz als strategischer ­Faktor für Nachhaltigkeit

Anhand von Praxisbeispielen bei der B+T Oberflächentechnik GmbH schilderte Edgar Kaufmann, wie in der betrieblichen Orga­nisation mit einem präventiven, antizipativen Krisenmanagement den sich permanent verändernden Rahmenbedingungen begegnet werden kann und damit die ­Produktion an den beiden Betriebsstandorten langfristig und nachhaltig gesichert werden kann.

Dabei werden die Produktionsprozesse innerhalb der Lieferkette mittels Kennzahlen zu kritischen Ressourcen wie Energie und Chemikalien oder auch Fachkräften im Hinblick auf Qualitätssicherung und Klimaziele betrachtet.

Unternehmerforum – Personal

Video Recruiting zur ­Verbesserung der Personalsituation

Jan-Mika Schmahl, Recruiting Butlers by Dwms GmbH, gab mit seinem Vortrag einen Einblick in die Nutzung von sozialen ­Medien zur Gewinnung von Arbeitskräften in Form von Video Recruiting. Er konnte mit dieser Form der Personalgewinnung sehr gute Erfahrungen machen. Um das große Potenzial nutzen zu können, empfiehlt er eine sorgfältige Auswahl der zu bedienenden Kanäle oder das aktive Ansprechen von potenziellen Kandidaten. Zudem sollte über diesen Weg ein Ausbau der Arbeitgebermarke vorangetrieben werden.

Die Erfahrungen des Vortragenden gründen auf über 450 erfolgreichen Kampagnen und beinhalten leicht anwendbare Tipps sowie praktische Handlungsempfehlungen für die direkte Umsetzung.

Projekt SCHOOLPLATE

Das von Klaus Schmid, Fraunhofer-­Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, vorgestellte Projekt SCHOOLPLATE hat die Aus- und Weiterbildung für die Galvanikindustrie in internationalem Kontext am Beispiel der thailändischen Galvanikindustrie zum Inhalt. Die Herausforderungen bestehen nach den Erfahrungen des Vortragenden vor allem darin, dass die Galvanotechnik als Querschnitt aus den Bereichen Chemie, Elektrochemie, Werkstoffe, Maschinen und Anlagen zu sehen ist. Es reicht dabei nicht, nur Wissen der unterschiedlichen Bereiche zu vermitteln; es muss auf die Zusammenhänge eingegangen werden, um die notwendigen Kompetenzen aufzubauen.

In Zukunft ist zu erwarten, dass verstärkt fachfremdes Personal eingesetzt und geschult werden muss. Dieses Problem ist in anderen Ländern schon lange gegeben. Ein Blick über den Tellerrand ist deshalb nützlich, um zu sehen, wie in anderen Ländern mit diesem Problem umgegangen wird und welche Lösungen hier entwickelt und umgesetzt werden.

Im Projekt SCHOOLPLATE erarbeitete das Fraunhofer IPA mit dem Bundesinstitut für Berufsbildung (BIBB), dem Metallurgy and Materials Science Research Institute (MMRI) der Chulalongkorn University Bangkok sowie der Thailand Electroplating Professional Network (TEPNET), dem Verband der thailändischen Galvanikindustrie, ein zielgenaues System für Bildungsmaßnahmen für die Galvanikunternehmen in Thailand. Mit einer detaillierten Bedarfsanalyse wurden die nötigen Inhalte erarbeitet, strukturiert und in ein Kurssystem überführt, passgenau für die Bedarfe der Betriebe.

Zur ersten Umsetzung wurden vier Kurse ausgearbeitet, inklusive der nötigen Schulung der Ausbilder. Alle vier Kurse wurden im Projekt am MMRI pilotiert. Evaluiert wurden die Kurse durch das BIBB, die entsprechenden Ergebnisse flossen in die Weiterentwicklung des Systems ein. Im Projekt konnten zahlreiche Lessons Learned erarbeitet werden, die in vielerlei Hinsicht übertragbar sind und sowohl inhaltlich als auch methodisch Impulse auch für andere Länder geben können.

Darüber hinaus ist aber zu vermerken, dass die Finanzierung für den Bereich Galvanotechnik in den meisten Ländern schwierig ist, häufig ein Konkurrenzdenken zwischen den Unternehmen eine gemeinsame Ausbildung stark erschwert oder die Eingangsqualifika­tionen der Nachwuchskräfte stark variieren.

Altersnachfolge

Vor allem in handwerklich orientierten Berufen wie in der Galvanotechnik ist die Andrang an Fachleuten für die Übernahme von Betrieben überschaubar. Betriebe, bei denen eine Übernahme, zum Beispiel aufgrund des Ausscheidens aus Altersgründen, ansteht, sind daher gut beraten, sich frühzeitig um eine entsprechende Nachfolge zu kümmern.

Sabine Perry, Personalagentur Sabine Perry, und Benjamin Gottstein, Succeed GmbH, erläuterten die dafür nötigen Schritte, von der Vorbereitung einer Übernahme bis zum Verkauf. Dazu ist die Suche nach einem passenden Nachfolger im Hinblick auf dessen fachliche und menschliche Eignung ebenso wichtig, wie die Festlegung eines für beide Seiten akzeptablen Preises. Des Weiteren sind einige Faktoren im Bereich des Steuerrechts und des Gesellschaftsrechts zu beachten. Sehr empfehlenswert ist zudem die Einplanung und Regelung einer Übergangsphase, in welcher der bisherige Unternehmer für Fragen begleitend zur Verfügung steht, ohne die neue Geschäftsleitung bei eigenen Vorstellungen und Abläufen zu behindern.

• www.zvo.org

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