Ein viertel Jahrhundert Fachinformationen an Ursprungsstätte der Galvanotechnik - traditionelle Veranstaltung der DGO-Bezirksgruppen Sachsen und Thüringen erfährt ungebrochenen Zuspruch
Jochen Liebert konnte annähernd 250 Teilnehmer zum 25. Leipziger Fachseminar begrüßen. Der Vertreter der Stadt Leipzig, Uwe Albrecht, würdigte in seiner Ansprache vor allem die Kontinuität der jährlich stattfindenden Veranstaltung, die auch dem großen Engagement von Marion Regal zu verdanken ist. Dabei richtete er den Blick auf die Anfänge der Tagungsreihe, die noch von starkem Umbruch und Aufbruch geprägt war. Nach seiner Ansicht hat nicht nur die Zahl der Besucher über die Jahre hinweg zugenommen, sondern auch der Anspruch an die präsentierten Technologien, die durch die Vergabe des Galvano-Preises zusätzlich aufgewertet werden.
Der DGO-Vorsitzende Rainer Venz zeigte sich in seiner Ansprache sehr erfreut darüber, dass die Veranstaltung durch die hohen Teilnehmerzahlen zwischen 250 und 280 und die beeindruckende Anzahl an ausstellenden Fachunternehmen über die gesamten Jahre eine der effektivsten Weiterbildungsveranstaltungen der Deutschen Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e.V. DGO darstellt.
Preisverleihung
Der Leipziger Galvanopreis 2018 geht an inca fiber GmbH, Chemnitz, die sich mit der industriellen Verkupferung von Kohlenstofffasern befasst. Vergeben wird der Preis für die Weiterentwicklung und Industrialisierung der Technologie zur Marktreife. Stefan Kaßner übergab als Mitglied des Preiskomitees an
Dr. Falko Böttger-Hiller, die von der kontinuierlichen und erfolgreichen, wissenschaftlichen Weiterentwicklung einer zukunftsfähigen Einsatzvariante der Galvanotechnik beeindruckt ist. Mit der Eröffnung einer Möglichkeit, C-Fasern mit Kupfer zu beschichten und dies auch in die kommerziell interessante Dimension zu skalieren, konnte sich der Preisträger deutlich von seinen Mitbewerbern um den Preis abheben.
Die Jury konnte die Neuheit und den Mehrwert gegenüber den kommerziell verfügbaren Möglichkeiten erkennen und auch die, durch das Kupfer, signifikant gesteigerte Leitfähigkeit, sowie die Praxisrelevanz und den Bedarf aus der Industrie referenzieren.
Stefan Kaßner, Dr. Falko Böttger-Hiller, Rainer Venz und Jochen Liebert (v.l.n.r.)
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Fachvorträge
Galvanische Beschichtung von Kohlefasern
Traditionell erhält der Preisträger die Möglichkeit, in einem Vortrag die prämierte Arbeit vorzustellen. Dr. Böttger-Hiller gab dazu einen Einblick in den heute erreichten Stand der Entwicklung. Mittels der Technik lassen sich inzwischen bis zu 400 kg der Faser beschichten, die die Grundlage für Gestricke und Gewebe sind. Ausgangspunkt der Entwicklungen im Zeitraum 2011 bis 2014 war der Leichtbau, um beispielsweise Faserverbundstoffe mit neuen Eigenschaften zu generieren. Daraus entstanden Faser mit Nickel, Zink und Zinn unter Einsatz von cyanidfreien Elektrolyten.
Ursprünglich waren vor allem Anwendungen bei der Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen im Mittelpunkt gestanden. Durch das Metallisieren werden die guten mechanischen Eigenschaften durch gute elektrische Leitfähigkeit und die Lötbarkeit der Fasern erweitert. Ab 2013 entstanden nach Erhalt des DGO-Förderpreises Kontakte zur Industrie, die Bemusterungen nachfragte. Anfängliche Versuche mit hergestellten Kupferschichten auf Kohlefasern zeigten, dass die konventionellen Verfahren zur Dendritenbildung führen. Die Verbesserung der Abscheidung sowie der Aufbau einer speziellen Anlage erlaubte schließlich die Herstellung von Mengen von etwa 2 kg verkupferten Fasern. Für 2018 werden beschichtete Mengen von etwa 1 Tonne pro Jahr und Herstellpreisen von etwa 100 € pro kg angestrebt. Damit wird der Einsatz für spezielle Anwendungen in Geweben und Gestricken möglich. Besonders interessant sind dekorative Anwendungen wie Kohlefasern mit Kupferfarbe. Ein weiterer Einsatzbereich ist der Blitzschutz bei Flugzeugen oder die Herstellung von faserverstärkten Metallen. Diese werden in der Elektronik zur Leistungssteigerung oder für Bremssysteme in Fahrzeugen eingesetzt.
Daten Fakten Zahlen zur Galvanotechnik 2010 - 2016
Wie seit einigen Jahren üblich stellte Jochen Liebert Wirtschaftszahlen aus der oberflächentechnischen Industrie vor. Der Chemikalienbedarf bei der Vorbehandlung zeigt eine stetige Zunahme und erreicht inzwischen einen Wert von 28 Mio. € pro Jahr. Bei der Kunststoffvorbehandlung ist inzwischen eine Sättigung ohne nennenswertes Wachstum zu erkennen. Bei Kupfer und Nickel für den Einsatz in der Galvanotechnik liegt das Wachstum bei 7 % bis 10 % in Deutschland und etwa 20 % in Europa. Bei dekorativen Chromschichten ist eine stetige Zunahme feststellbar, während Hartchrom verliert. Bei den Zinkschichten gewinnen insbesondere die Legierungsschichten als wichtiger Korrosionsschutz für Eisenwerkstoffe. Bei den Passivierungen spielt die Chromatierung im Prinzip keine Rolle mehr, wogegen die Nutzung der chrom(VI)freien Passivierungen stetig steigt. Insgesamt zeichnet sich der Markt durch eine positive und stabile Situation mit Umsatzsteigerungen von 2 % bis 3 % aus.
Elektromobilität und Auswirkung auf die Zulieferindustrie
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Bock, Freudenberg SE, richtete den Blick auf den Wandel der Zulieferindustrie für die Herstellung von Fahrzeugen durch die Elektromobilität. Ein großer Bereich für Freudenberg ist die Entwicklung und Herstellung unterschiedlicher Dichtungsvarianten. Hier wird unter anderem an Komponenten für Brennstoffzellen gearbeitet, die nach Aussage des Vortragenden vor dem industriellen Durchbruch stehen.
Der besondere Antrieb für die Weiterentwicklung von Elektrofahrzeugen ist die Reduzierung des Ausstoßes von Stoffen wie Kohlenstoffdioxid. Daraus resultiert der angestrebte Grenzwert für Kohlenstoffdioxid von 95 g/km in 2021 für den Flottendurchschnitt eines Fahrzeugherstellers (also über alle Fahrzeugtypen). Bei Überschreiten des Grenzwertes muss der Hersteller Strafzahlungen leisten. Dabei wirkt sich besonders negativ aus, dass die Ermittlung der durchschnittlichen Emissionszahlen angepasst wird und so das Erreichen der Grenzwerte im Verlauf der Zeit variiert. In diesem Fall können beispielsweise Brennstoffzellen als vorteilhafter Energielieferant eine wichtige Rolle einnehmen.
Entwicklungsstufen bei Dichtungen bewirken Energieeinsparung (Quelle: Freudenberg)
Entwicklungen auf dem Gebiet des Elektroantriebs sind erforderlich, beispielsweise zur Vermeidung von Aufladungseffekten, Übertragung der Energie, Optimierung des Verbrauchs oder deutlich erweiterte Steuerungstechniken. Besondere Herausforderungen richten sich auf die Verminderung der Reibbelastungen aufgrund der erforderlichen hohen Drehzahlen bei Elektromotoren. Dafür werden neue (dynamische) Dichtungen benötigt. Durch die Weiterentwicklung konnte mit Levitex-Dichtungen der Verbrauch bei bisher üblichen PTFE-Dichtungen von 140 W auf nahezu 0 W reduziert werden. Bei Levitex-Dichtungen erfolgt die Abdichtung durch einen Gasraum beziehungsweise einen Gasspalt. Auch wenn die neuen Dichtungen wesentlich teurer (Faktor 10 gegenüber Simering) sind, lohnt sich für die Fahrzeughersteller der Einsatz, da Strafzahlungen aufgrund der Überschreitung von Emissionen des Flottenverbandes von deutlich höherem Wert vermieden werden.
Ein weiteres Anwendungsfeld für das Unternehmen des Vortragenden ist die Herstellung von elektrischen Isolationsmodulen beziehungsweise elektromagnetischen Abschirmungen.
Russlandkorrosion im Detail
Christof Langer, fem Schwäbisch Gmünd, stellte die Ergebnisse eines Forschungsprojekts zur Klärung des Mechanismus der Korrosion an dekorativen Chromschichten, wie sie insbesondere in Moskau auftreten, vor. Ursache für den Effekt ist die Verwendung von Calciumchlorid als Taumittel und die sehr starke Verschmutzung der Fahrzeuge im Betrieb.
Die Verwendung unterschiedlicher Nickelschichten ist das seit Jahren propagierte Mittel zur Begrenzung der Korrosion unter einer dekorativen Chromschicht. Die verwendeten Nickelschichten besitzen unterschiedliche elektrochemische Potenziale, die für die Begrenzung des korrosiven Angriffs sorgen. Unterschiede im Korrosionsangriff sind bei den eingesetzten Verfahren bei mikroporigen oder mikrorissigen Überzugssystemen zu finden und werden entsprechend den jeweiligen Anforderungen eines Fahrzeugherstellers unterschiedlich eingesetzt. Für die Untersuchungen wurden neben diesen unterschiedlichen Nickelsystemen zudem die verschiedenen Eigenschaften von Chrom(VI)- und Chrom(III)verfahren betrachtet. Dabei zeigte es sich zunächst, dass die bisher herangezogenen Mechanismen nach Kiefer oder nach Bauer nicht bestätigt werden konnten.
Den Untersuchungen zufolge wird bei der Russland-Korrosion durch mechanische Bearbeitung (Reinigung der Fahrzeuge) die unterwanderte Chromschicht entfernt und das Nickel freigelegt. Dadurch werden gelbe Flecken erkennbar, die vor allem das Ergebnis der Oxidation der Nickelschicht sind.
Die Nachstellung der Russlandkorrosion belegt, dass unter hoher Konzentration an Calciumchlorid die Chromschicht aufgelöst wird. An mikroporigen Überzügen geht den Untersuchungen zufolge Chrom als Chrom(III)komplex in Lösung. Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass die Passivschicht abgebaut wird.
Mikrorissige Schichten besitzen eine deutlich reduzierte Korrosion. Hierbei wurde festgestellt, dass stets die Nickelschicht unter dem Chrom aufgelöst wird. Bei Systemen aus Chrom(III)verfahren liegen bessere Beständigkeiten vor, die auf einem erkennbar günstigeren Wert für das Korrosionspotenzial
beruhen.
Passivierungen auf Zink-Nickel
Im Rahmen eines DGO-Arbeitskreises wurden die Eigenschaften von Passivierungen auf galvanisch abgeschiedenen Zink-Nickel-Überzügen untersucht. Die Ergebnisse der Arbeiten wurden von Sabine Sengl, Atotech Deutschland, zusammengefasst. Die Aufgabe der Passivierungen ist es, den Angriff der darunter liegenden Zink-Nickel-Oberfläche zu verzögern und so die Beständigkeit der Beschichtungen zu verzögern und damit auch den Start des kathodischen Korrosionsschutzes. Im Prinzip handelt es sich bei der Passivierung um eine Ausfällung unterschiedlicher schwerlöslicher Verbindungen auf Basis von Zink-, Nickel- und Kobaltoxid und -hydroxid. Hergestellt werden Schichten im Bereich von etwa 50 nm und bis zu 500 nm, die an unterschiedlichen Farben erkennbar sind. Je nach Zusammensetzung der Passivschicht können diese glatt oder rau sowie rissfrei oder rissig sein. Je nach Herstellungsart (Gestell, Trommel) und Schichtdicken müssen die Schichten gemäß DIN 19598 zwischen 100 und etwa 250 Stunden gegen Korrosion schützen. Durch das Aufbringen einer weiteren Nachbehandlungsschicht (Post dip) lassen sich die Zeiten nochmals verlängern.
Neue Herausforderungen für die Passivierungen ergeben sich durch die Eingrenzung der Verwendung von Kobalt oder Borsäure durch REACh, die inzwischen mit neuen Produkten gelöst werden können. Ein weiterer Lösungsansatz bieten temperbeständige Passivierungen, die bezüglich des Prozessablaufs deutliche Vorteile bieten. Schließlich besitzen neue Systeme Vorteile bei der Abwasserbehandlung, beispielsweise durch geringe Chromkonzentrationen, niedrigere Arbeitstemperaturen sowie höhere pH-Werte.
Eine weitere Betrachtung des Arbeitskreises richtete sich auf die Nickelkonzentration beim Passivieren. Durch die Behandlung von Zink-Nickel-Schichten erhöht sich der Nickelgehalt der Passivschichten. Dies wiederum führt dazu, dass das elektrochemische Potenzial positiver wird, als das von Stahl, wodurch der kathodische Korrosionsschutz verloren gehen kann. Dieser Effekt ist insbesondere bei Schwarzpassivierungen zu befürchten.
Weitere Einflussgrößen für die Eigenschaften der Passivierungen sind der pH-Wert der Passivierungslösung, dessen Temperatur, der Strömung an der Oberfläche der Zink-Nickel-Schicht oder der enthaltenen Fremdmetalle in der Lösung. Je nach Parameter kann sich das optische Erscheinungsbild verschlechtern, oder auch das Korrosionsverhalten. Den Verunreinigungen wird beispielsweise durch den Einsatz von Reinigungssystemen entgegen gewirkt. Bezüglich der Anlagentechnik ist vor allem auf ein ausreichendes Spülkriterium, eine optimale Bewegung der Passivierungslösung oder eine geeignete Trocknung (Temperatur, Zeit) zu achten.
Einsatz und Beständigkeit von Kunststoffen
Dr. Bernd Kubiak, GF Piping Systems, gab einen Überblick über die Eigenschaften von Kunststoffen, wie sie für unter anderem für Rohrleitungen in der chemischen Technik zum Einsatz kommen. Dazu ging er zunächst auf den molekularen Aufbau der Kunststoffe ein, wie amorph oder teilkristallin. Eingestellte werden die Eigenschaften über die Eigenschaften der Molekülketten, die Abkühlgeschwindigkeit bei der Herstellung oder den Zusatzstoffen. Des Weiteren werden die Eigenschaften durch die Art der Polymerisierung und den dabei ablaufenden Abspaltungsreaktionen.
Bei Metallen kann ein natürlicher Angriff durch Oxidation beziehungsweise Korrosion stattfinden und die Werkstoffe im Prinzip komplett auflösen. Bei Kunststoffen tritt dieser Effekt nicht in nennenswerter Weise auf. Dagegen findet ein Angriff durch UV-Licht oder eine Veränderung der mechanischer Festigkeit statt; es treten dann beispielsweise Risse oder Quellungen auf. Spannungsrisse können zudem durch Alterung von Kunststoffen oder Aufnahme von Lösemitteln verursacht werden.
Für die Auswahl sollten fünf Kriterien beachtet werden: kontaktierende Chemie, Betriebstemperatur, Druck, Innen-/Außenanwendungen oder Art der Verbindung (z.B. Kleben, Schweißen). Verbindungsarten beeinflussen unter anderem die Entstehung von Biofilmen, da beispielsweise Schweißnuten im Fließsystem zu Todräumen führen. Im Bezug auf die Chemie zeichnen sich die Kunststoffe insbesondere durch eine gute Beständigkeit gegen Säuren und Laugen aus, wogegen bei Kontakt mit organischen Lösemitteln genaue Betrachtungen sehr empfehlenswert sind.
REACh - Lektion gelernt
Die Entwicklungen bei REACh aus Sicht der Oberflächentechnik stellte Dr. Malte Zimmer vom ZVO vor, wobei er eingangs darauf hinwies, dass die von der EU betriebene Chemikalienpolitik deutlich über REACh hinausreicht. Ursprünglich war REACh mit dem Ziele angetreten, Risiken für Mensch und Natur zu verringern, die Wettbewerbsfähigkeit in der Union zu verbessern sowie den freien Warenverkehr zu fördern (was nach wie vor im Vordergrund steht). Dazu standen die Registrierung, die Evaluierung, Autorisierung, Kommunikation und eine Ergebnisbewertung als Mittel und Maßnahmen zur Verfügung.
Abweichend von diesen durchaus nachvollziehenden Zielen stellt sich REACh jetzt so dar, dass für Chromtrioxid eine Autorisierung, für Nickel eine evtl. Beschränkung, für Kobalt eine fragwürdige Einstufung oder für Titandioxid eine sehr fragwürdige Einschätzung vorliegen. Die Aktivitäten gehen also in sehr uneinheitliche Richtungen. Zudem wird angezweifelt, dass die ursprünglich vorgesehenen Ziele erreicht wurden oder in absehbarer Zeit erreicht werden. Besonders kritisch zu sehen ist die Feststellung, dass die Verständlichkeit der Ziele nach wie vor nicht bei allen Akteuren vorhanden ist. Dabei werden insbesondere seitens der Behörden keine Anstrengungen unternommen, das Verständnis, beispielsweise durch Publizieren in den Landessprachen und mit gut verständlichen Darstellungen, zu verbessern.
Am Beispiel von Nickel, das seit 1994 für bestimmte Produkte nicht mehr eingesetzt werden darf, erläuterte der Vortragende die Unklarheiten und offenen Punkte der Gesetzestexte. Die Behörden haben hierzu sehr kostenintensive Abhandlungen durchgeführt, deren Inhalte unlogisch oder falsch sind, die aber von den Behörden für die weiteren Arbeiten verwendet werden. Ursache für die unbefriedigende Situation ist beispielsweise in der Ausstattung der Expertenkommissionen zu sehen, die wiederum zu einer starken zeitlichen Verzögerung der Abwicklung der Regulationen führt. Um dennoch sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, sollten bei den Behörden die Arbeitsweisen eingeführt werden, die beispielsweise für technische Arbeiten üblich sind.
Bestandsaufnahme der Erfolge von REACh, wie sie zu sehen sein könnte (Quelle: ZVO/Zimmer)
Energieeinsparung und Umweltschutz
Dr. Elke Moosbach befasst sich mit den Möglichkeiten zur Energieeinsparungen und gleichzeitiger Verbesserung des Umweltschutzes, wobei sie darauf hinwies, dass Aufwand und Ergebnis im allgemeinen deutlich unterschiedlich ist in Abhängigkeit davon, ob es sich um ein bestehendes oder ein neues Unternehmen handelt. Die Anfänge der Überlegungen im eigenen Unternehmen reichen bis 2011 zurück, als erstmals ein Angebot für die Einrichtung eines Blockheizkraftwerks vorgelegt wurde. Dabei waren zahlreiche Mängel bei der Planung aufgedeckt worden, beispielsweise im Hinblick auf die Spitzenlasten oder die realen Nutzungsdauern. In einem weiteren Ansatz wurde dann berücksichtigt, dass das BHKW zur Auslastung der Grundlast dienen muss. Für die Spitzenlasten sind zusätzliche Systeme zur Energielieferung erforderlich. Inzwischen wurde in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken ein System erarbeitet, bei denen Strom in öffentliche Netz abgegeben und im Gegenzug Wärme von den Stadtwerken bezogen wird.
Ein weiteres Projekt im Unternehmen war die Anpassung der Stromversorgung zur Abscheidung sowie die Optimierung der Beleuchtung an den Arbeitsplätzen durch LEDs. Schließlich wurde im letzten Abschnitt das Wärmemanagement des Unternehmens vorgenommen. Dazu wurde ein Kreuzwärmetauscher eingerichtet, mit dem erhebliche Einsparungen realisierbar waren. In der Summe ergibt sich mit den neuen Einrichtungen eine erkennbar höhere Effizienz der Energiegewinnung. Allerdings sind die Nebenkosten für den Endabnehmer deutlich gestiegen, wobei die EEG-Umlage einen Großteil ausmacht. Eine weitere wichtige Kenngröße bei der Gesamtbetrachtung ist die erzeugte Menge an Kohlenstoffdioxid, bei der eine deutliche Reduzierung erzielt wurde.
Technischer Brandschutz
Im letzten Beitrag des 25. Leipziger Fachseminars stellte Rainer Stark, Chrom-Müller GmbH, seinen Standpunkt und seine Erfahrungen aus dem Bereich des technischen Brandschutzes vor. Dass beim Thema Brandschutz in zahlreichen Unternehmen noch nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft sind, zeigt sich in der Zahl der kaum rückgängigen Brandschadensfälle im Bereich der Galvanotechnik. Wie Rainer Stark eingangs betonte, sind vermutlich Gründe in der hohen Individualität der Unternehmen sowie in der häufig erschwerten Umsetzung von Brandkonzepten aufgrund der gewachsenen Strukturen der Betriebe zu sehen.
Die Chrom-Müller GmbH hat seit mehreren Jahren ein Brandschutzsystem im Einsatz, das mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Sicherheit seinen Dienst erfüllt. Dies ist nach Ansicht des Vortragenden unter anderem auf dem Grundprinzip der Messtechnik und der optimalen Möglichkeit zur Eliminierung von Messfehlern zurückzuführen. Darüber hinaus werden sowohl die Mitarbeiter intensiv im Brandschutz geschult und die örtliche Feuerwehr bestmöglich in die Brandverhütung einbezogen. Nach Ansicht von Rainer Stark lohnen sich erhöhte Aufwendungen und Bemühung auf jeden Fall, da ein sicherer Brandschutz erheblich zur Zukunftssicherung von Unternehmen und Arbeitsplätzen beiträgt.
