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Erfolg für Chemnitzer Galvanotechniker

Der Roboter stellt den pH-Wert des Prozessbades über eine Pipette ein, bevor er das nächste Blech aus dem Magazin aufnimmt. Dieser Schritt ist notwendig, weil der pH-Wert Einfluss auf die Schichteigenschaften des Bleches hat und damit zum Beispiel auch auf den Korrosionsschutz (Bild: Julius Nickisch)

Konsortium unter wissenschaftlicher Leitung der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der TU Chemnitz mit Leipziger Galvanopreis 2021 für robotergestützte Galvanikanlage ausgezeichnet

Der Leipziger Galvanopreis 2021 geht an eine Arbeit zur Prozess- und Elektrolytentwicklung mithilfe einer vollautomatisierten, robotergestützten Galvanikanlage, die im Rahmen der Initiative Innovative Elektrochemie mit neuen Materialien – InnoEMat des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) entwickelt wurde. Preisträger ist ein Konsortium aus der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik (Leiter: Prof. Dr. Thomas Lampke) der Technischen Universität Chemnitz, der KleRo GmbH Roboterautomation sowie der OTE Oberflächen- & Elektrotechnik Scheigenpflug GmbH. Eine enge Kooperation bestand im Rahmen des Verbundprojekts REACh-konformer Korrosionsschutz durch Pulse-Plating (ReKoPP) zudem zu B+T Oberflächentechnik GmbH, Coventya GmbH, Gazima GmbH, plating electronic GmbH und Prof. Wolfgang Paatsch (Koordinator, ehem. BAM Berlin).

Automatisierte Entwicklung galvanischer Prozesse

Durch die Anwendung eines galvanischen Prozesses entstehen metallische Schichten, die sich unter anderem durch eine ansprechende Optik, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und/oder eine hohe Verschleißbeständigkeit auszeichnen. Steigende Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und die ökologische Unbedenklichkeit galvanischer Prozesse sowie an die physiologische Unbedenklichkeit und Leistungsfähigkeit der Beschichtungen erfordern kontinuierliche Neu- und Weiterentwicklungen. In Anbetracht der vielfältigen Einflussgrößen ist dies jedoch mit einem hohen Zeit- und Personalaufwand verbunden.

Kern des ausgezeichneten Projektes ist die ressourcenschonende Prozess- und Elektrolytentwicklung in einem vollautomatisierten Galvanikprozess. Zur Vermeidung einer aufwändigen Vorgehensweise nach dem Trial-and-Error-Prinzip erfolgt zunächst die Eingrenzung der Rahmenbedingungen für die galvanische Abscheidung mithilfe von physikalischen Berechnungen. Unter Anwendung mathematischer Verfahren wird ein statistischer Versuchsplan erstellt, um den Einfluss der wichtigsten Prozessparameter mit möglichst wenigen Abscheidungsversuchen abzubilden. Die Umsetzung dieses Versuchsplans erfolgt nun vollautomatisiert durch die robotergestützte Galvanikanlage.

Ein einzelner Beschichtungsvorgang umfasst zunächst die Entnahme und Reinigung des zu beschichtenden Körpers, zum Beispiel ein Stahlblech. Anschließend erfolgt die galvanische Beschichtung in einem von insgesamt elf temperierten Elektrolytstationen bei kontinuierlicher Bewegung des Bleches, um ein gleichmäßiges Beschichtungsergebnis zu erzielen. Nach dem Beschichten wird das Blech in kaskadenartig angeordneten Spülstufen mit Wasser gründlich gespült, getrocknet, fotografiert und abgelegt. Eine optimierte Prozessführung im Multitasking-Modus ermöglicht mehrere parallele Beschichtungen, sodass kurze Leerlaufzeiten für den Roboter entstehen.

Die Einsatzgebiete der robotergestützten Galvanikanlage reichen von der Grundlagenforschung an Forschungseinrichtungen bis hin zur anwendungsorientierten Prozessoptimierung. Diesem breiten Anwendungsprofil wird die Anlage durch ihre Flexibilität gerecht. Die Größen der vorhandenen Behälter betragen zwischen 0,5 Liter für die chemikalien-sparende Grundlagenforschung und bis zu etwa zehn Liter für die Beschichtung von größeren Stückzahlen.

Die Alterung eines galvanischen Elektrolyten wird während des Betriebs durch Sensoren überwacht. Nachdosierungen oder gezielte Änderungen der Zusammensetzung eines Elektrolyten erfolgen automatisch mithilfe einer Pipettier-Vorrichtung. Für die Stromversorgung der Abscheidepositionen stehen 18 Stromquellen zur Verfügung, die je nach Bedarf einzeln oder paarweise synchronisiert zugeschaltet werden und sowohl Gleichstrom als auch hochfrequente Strompulse generieren können.

Neben der erreichten Zeit- und Ressourceneffizienz wird die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit von Ergebnissen durch die objektivierte Versuchsdurchführung erhöht, erläutert Professor Dr. Thomas Lampke, und unterstreicht: Dies ist eine wichtige Voraussetzung für das ‚Machine Learning‘, das zukünftige Innovationen in der mittelständisch geprägten Branche der Galvano-Technik begünstigen und beschleunigen wird. Der preisgekrönte Ansatz ist folglich ein wesentlicher Beitrag auf dem Weg zur Industrie 4.0 in der Galvanotechnikbranche.

Hintergrund: Leipziger Galvanopreis

Mit dem Leipziger Galvanopreis zeichnet die Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e.V. (DGO) Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus, die innovative

- anlagen- oder verfahrenstechnische Leistungen,

- material-, energieeffiziente oder ökologische Lösungen oder

- strategische Unternehmens-/Managementkonzepte

erfolgreich umsetzen konnten.

Die robotergestützte Anlage an der TU Chemnitz wurde in dem Fachartikel Erfolgreiche Digitalisierung in der Galvanotechnik in der WOMag 11/2020 vorgestellt. Weitere Informationen erteilt Roy Morgenstern, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der TU Chemnitz, +49 371 531-32818, E-Mail: roy.morgenstern@mb.tu-chemnitz.de

Autor: Matthias Fejes