Zukunft von Chrom im Automobilbau

FGK-Fachtagung Chrom 2020 – REACh und die Auswirkungen auf die Verwendung von Chromtrioxid

Die Aufnahme von Chromtrioxid in den Annex XIV der EU REACh-Verordnung wird Auswirkungen auf die weitere Verwendung bei der Verchromung von Kunststoffteilen im Automobilbau haben. Mit der zweisprachigen (Deutsch/Englisch) Tagung „Chrom 2020 – ­Zukunft des Chroms im Automobilbau“ informierte der Fachverband Galvanisierte Kunststoffe (FGK) am 13. November 2013 über Möglichkeiten der Substitution sowie das Autorisierungsverfahren.

Verchromte Kunststoffteile sind im Automobilbau wesentliche Funktions- und Designelemente, insbesondere im Premiumsegment. Und das auch bei kommenden Fahrzeuggenerationen mit Laufzeiten bis nach 2020, für die heute die Weichen gestellt werden. Bei der Verchromung spielt Chromtrioxid eine wichtige Rolle, dessen Verwendung allerdings bald sehr stark eingeschränkt sein könnte. Denn im April 2013 wurden die für eine Verchromung in Automobilqualität essentielle Substanz und weitere Chromverbindungen in den Anhang XIV der EU-Verordnung REACh (Registration, Evaluation, Authorisation of Chemicals) aufgenommen. Darin sind besonders besorgniserregende Stoffe, so genannte SVHCs (Substances of Very High Concern), gelistet. Folge ist, dass diese Substanz nach dem so genannten Sunset-Date ab September 2017 nur noch nach Autorisierung/Zulassung verwendet werden darf.

Ein Antrag auf Zulassung ist spätestens im März 2016 bei der ECHA (European Chemicals Agency) zu stellen. Anwender von Produkten, wie etwa OEMs und Verbände, können jedoch keinen Antrag auf Zulassung stellen. Über das Autorisierungsverfahren, die Vorbereitung von Zulassungsdossiers sowie den aktuellen Stand der Technik bei möglichen Alternativen informierte das Seminar Chrom 2020 – die Zukunft des Chroms in der Automobilindustrie. Es wurde vom Zentralverband Oberflächentechnik (ZVO) in Kooperation mit dem Fachverband galvanisierte Kunststoffe (FGK) und dem Verband der Automobilindustrie (VDA) am 13. November in Frankfurt durchgeführt. Die 107 Teilnehmer der Veranstaltung mit simultan übersetzten Vorträgen (Deutsch/Englisch) deckten die komplette Lieferkette – Hersteller von Elektrolyten für die Verchromung, Verarbeiter und Abnehmer galvanisierter Kunststoffteile – ab.

Chrom in der Automobilindustrie und die Autorisierung

Im ersten Vortrag thematisierte Dr. Stefan Wöhrl, Leiter Abteilung Umweltpolitik und technischer Umweltschutz beim VDA, die volkswirtschaftliche Bedeutung der Automobilindustrie in Deutschland und weltweit. Deutlich wurde dabei auch, dass der Erfolg der deutschen Automobilindustrie auf der besonderen Stärke im Premiumsegment basiert. In diesem Bereich spielt der Einsatz verchromter Teile eine bedeutende Rolle, wie Dr. Wolfgang Marquardt, Nachhaltigkeit, Materialgesetze, HC-Emissionen, BMW Group, verdeutlichte. Chrom ist als Hartverchromung und funktionale Verchromung mit dekorativem Charakter in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten in Einsatz. Schätzungsweise enthält das Teileportfolio jedes OEM rund 10 000 verchromte Bauteile, die verschiedenste Anforderungen erfüllen müssen – darunter auch sicherheitsrelevante Teile.

Ein weiterer Aspekt ist die Ersatzteilgarantie von zwölf Jahren nach Produktionsende­ eines Modells, die Bauteile für repair as produced benötigt. Marquardt führte in seinem Vortrag weiter aus, dass Chromdioxid die Kriterien für die Aufnahme in den Annex XIV erfüllt und zeigte fünf Szenarien für die Verchromung ab 2017 auf:

• Eine Gesetzesänderung, wie sie beispielsweise der VECCO e. V. mit seiner Klage vor dem Europäischen Gerichtshof anstrebt
• Die Abwanderung von Produktionsstätten ins Nicht-EU-Ausland und der Import von verchromten Teilen in die EU; Folgen hätte dies nicht nur für Arbeitsmarkt und Wertschöpfung innerhalb der EU, es würde auch zu einem Kompetenzverlust führen und für die Automobilindustrie einen zusätzlichen Logistikaufwand bedeuten. Darüber hinaus stellt sich die Frage nach der Arbeitsplatzsicherheit in diesen Ländern
• Die Produktion verchromter Teile auf Lager vor der Ablauffrist September 2017 ist nur bedingt möglich und mit hohen Kosten verbunden.
• Die schrittweise Substitution durch geeignete Alternativstoffe oder -technologien, sofern diese technisch und wirtschaftlich tragfähig sind. Hierzu müsste zunächst geklärt werden: Wo kann substituiert werden? Bei welchen Anwendungen kann substituiert werden? Marquardt nannte Beizen, funktionale Verchromung, Hartverchromung und Passivieren als Anwendungen, für die Anträge auf Zulassung gestellt werden. Dann ist die große Frage des Womit zu beantworten. In der Literatur werden für die genannten vier Anwendungen jeweils bis zu 30 Alternativverfahren genannt, jedoch ohne Nachweis auf Großserientauglichkeit. Dies macht umfangreiche Tests erforderlich. Davon existiert eine Vielzahl in der Automobilindustrie (DIN ISO, OEM-eigene Tests). Pro Anwendung wären die bis zu 30 Alternativverfahren auf jeweils bis zu 80 Parameter zu testen. Daraus ergibt sich eine zeitliche Herausforderung, denn neben Labor- und Feldtests ist auch eine Dauer­erprobung vor dem Serieneinsatz erforderlich. Erfahrungsgemäß sind mehrere Jahre nötig, bis ein Verfahren validiert ist. Ist es so weit, müssen noch weitere Parameter wie Großserientauglichkeit und ausreichende Kapazitäten erfüllt sein.
• Die Konsortien Chromium Trioxide Authorization Consortium (CTAC) und VECCO e. V. mit jeweils rund 150 Mitgliedern aus allen Gruppen der Lieferkette, die einen Antrag stellen können, erarbeiten derzeit Zulassungsdossiers. Deren Einreichung bei der ECHA ist 2015 geplant. Eine Entscheidung über die Autorisierung erfolgt voraussichtlich Ende 2016/Anfang 2017.

Fazit von Marquardt war, dass die Autorisierung von Chromtrioxid für die Automobilindustrie aufgrund des hohen Zeitbedarfs für die Umstellung sowie die Sicherstellung der Großserientauglichkeit und entsprechender Kapazitäten in Europa sowie der Langzeitverfügbarkeit sicherheitsrelevanter Teile unverzichtbar ist. Gleichzeitig ist Rechts­sicherheit bei Alternativen erforderlich. Eine Substitutionssubstanz darf nicht in den nächsten Jahren selbst zum besorgniserregenden Stoff werden. Das Ziel ist der Einsatz nachhaltiger Produkte.

In seinem Vortrag Aktueller Sachstand zum Autorisierungsverfahren von Chromsäure erläuterte Dr. Martin Metzner, Abteilungsleiter Galvanotechnik beim Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) anschließend die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Autorisierung. Dies ist einerseits eine sichere Handhabung, die den Schutz der Mitarbeiter gewährleistet; andererseits die Nicht-Verfügbarkeit wirtschaftlich und technisch tragbarer Alternativverfahren. Im Weiteren gab er einen Überblick über Alternativverfahren zur Verchromung nach Anhang XV-Dokument und berichtete dazu, dass zu den genannten Alternativen keinerlei Gefahrstoffanalysen durchgeführt wurden, sondern diese erst während des Autorisierungsprozesses vorgesehen sind. Und dies, obwohl bei einigen genannten Alternativen Gefährdungspotenziale bekannt sind. Metzner stellte außerdem die Vorgehensweise der verschiedenen Konsortien vor.

Unter dem Titel Zulassungsverfahren: Bisherige Erfahrungen der ECHA thematisierte Dr. Matti Vainio, Head Risk Management Implementation Unit bei der ECHA, wesentliche Fragen für die Antragstellung auf Zulassung und Faktoren, welche die Entscheidung beeinflussen. Er wies darüber hinaus auf die Rolle der nachgeschalteten Anwender und die Bedeutung der Kommunikation entlang der Lieferkette hin. Vainio ermunterte die Teilnehmer, einen Antrag auf Zulassung zu stellen, wenn sie auf die Weiterverwendung einer Substanz nach dem Sunset-Date angewiesen sind und informierte über die umfangreiche Unterstützung für Antragsteller durch die ECHA.

Drei- statt sechswertige Chromelektrolyten?

Die Substitution von hexavalenten Chrom­elektrolyten durch dreiwertige Alternativen war Thema der Vorträge des zweiten Blocks. So beleuchtete Dr. Ralph Blittersdorf, Vorsitzender des Fachbereichs Chemie und Anlagen im ZVO, die Möglichkeiten und Grenzen der Verfahren zur funktionellen Verchromung mit dekorativem Charakter aus dreiwertigen Chromelektrolyten aus Sicht der Verfahrensentwickler.

Dafür stellte er zunächst die unterschied­lichen Typen verfügbarer Chrom(III)elektrolyten auf Sulfat- und Chloridbasis mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen vor. Unter die Lupe genommen wurden die verschiedenen Verfahrenstypen dabei hinsichtlich der erzielbaren Optik, des Korrosionsverhaltens, der Eluierbarkeit von Nickel und der Abbriebbeständigkeit. Um insbesondere­ für das Korrosionsverhalten und die Abrieb­beständigkeit pauschale Aussagen treffen zu können, wäre die Entwicklung eines einheitlichen, allgemein gültigen Testverfahrens wünschenswert.

Anhand von weltweiten Beispielen aus der Automobilindustrie und anderen Industriebereichen wurde belegt, dass Chrom(III)-elektrolyte heute bereits erfolgreich eingesetzt werden. Dies erfordert im Vergleich zur klassischen Verchromung mit Elektrolyten auf Basis von Chrom(VI) allerdings aufwendigere und teurere Prozesse. Da die Streuung der dreiwertigen Elektrolyte besser ist, bieten sie bei der Verchromung komplexer Geometrien Vorteile. Verschiedene Aufgabenstellungen können bisher mit den Chrom(III)alternativen noch nicht gelöst werden, da dafür gegebenenfalls andere Schichtsysteme unterhalb des Chroms oder andere beziehungsweise mehrere Nachtauchlösungen erforderlich sind. Für andere Anwendungen, beispielsweise das chrom(VI)freie Beizen von Kunststoffen, wird es noch einige Jahre dauern, bis eine prozessfähige Alternative zur Verfügung steht.

Über die Ergebnisse von umfangreichen Labor- und Feldtest mit zwölf existierenden Chrom(III)verfahren von sieben Herstellern informierte der Vortrag von Dr. Harald Prestel, Leiter Felderprobung von Chromoberflächen im FGK. Im Vordergrund dieser Versuche, die der FGK seit 2012 mit so genannten FGK-Musterplatten durchführt, stehen die Farbtonstabilität und die Korrosionsbeständig­keit. Das Versuchsdesign ist entsprechend ausgelegt. Ersten Ergebnissen nach wiesen verschiedene Chrom(III)verfahren – insbesondere chloridbasierte Alternativen – eine hohe Streusalzbeständigkeit im Russian-Mud-Test auf. Gezeigt hat sich auch, dass Verchromungen mit dreiwertigen Elektrolyten höhere Anforderungen an den Prozess stellen, Parameter sind genauer einzuhalten. Die Versuche werden mit erweiterten Kriterien im Winter 2013/2014 mit 72 Pkw und zehn Lkw fortgesetzt.

Dr. Roger Hillert, Abteilungsleiter Qualitätssicherung/Werkstofftechnik Polymere­ bei der Volkswagen AG führte aus, dass verchromte Oberflächen als Qualitätsmerkmal­ im Premiumsegment in den letzten Jahren eine Renaissance erleben – im Interieur ebenso wie im Exterieur. Bei einer Umstellung auf neue Verfahren müssen daher unterschiedliche Kriterien erfüllt sein, wie die Beständigkeit vor dem Kunden, die Machbarkeit in der Großserie und gesetzliche Vorgaben.

Speziell das erste Kriterium erfordert, dass Ersatzoberflächen sowohl die in der Automobilindustrie geforderte Robustheit als auch vielfältige dekorative­ Eigenschaften aufweisen. Um beides sicherzustellen, ist ein enorm hoher Erprobungsaufwand notwendig. Die Labor-, Feld- und Serientests dafür erstrecken sich über mehrere Jahre. Darüber hinaus erfordert die flächendeckende Einführung eines neuen Beschichtungssystems nach der grundsätzlichen Freigabe durch den OEM einen hohen zeitlichen Aufwand. Dies macht deutlich, dass eine Substitution bis zum Sunset-Date nicht realisierbar und eine Zulassung daher unverzichtbar ist.

Fazit

Mit der Veranstaltung bot der ZVO nicht nur einen Überblick über den Stand der Arbeiten zur Umsetzung der REACh-Verordnung, die für die Beschichtungsbetriebe ein existentielles Interesse darstellt. Auch die Kunden der Beschichter haben ein hohes Interesse an der weiteren Entwicklung zur galvanischen Beschichtung mit Chrom, um eine notwendige Planung für die Gestaltung von Produkten vornehmen zu können. Dies gilt in hohem Maße für die Automobilindustrie, aber auch der Maschinenbau muss in der Regel seine Planungen für neue Produkte über viele Jahre und mit hohem Aufwand betreiben.

Doris Schulz