Erfolg für Chemnitzer Galvanotechniker

Oberflächen 06. 05. 2021
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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 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 zur B+T Oberflächentechnik GmbH, Coventya GmbH, Gazima GmbH, plating electronic GmbH sowie Prof. Wolfgang Paatsch (Koordinator, ehem. BAM Berlin).

Das Konsortium erhält neben einer Bronze­statue, einer Urkunde und einer Rezension in der Zeitschrift Galvanotechnik die Möglichkeit, das Thema beim Leipziger Fachseminar vorzustellen.

Automatisierte ­Entwicklung ­galvanischer Prozesse

Während eines galvanischen Prozesses werden in einem Galvanikbad gelöste Metall­ionen unter elektrischer Polarisation auf einem Bauteil abgeschieden. Auf diese Weise 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 Projekts ist die ressourcenschonende Prozess- und Bad­entwicklung 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 von mathematischen 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 Bädern bei kontinuierlicher Bewegung des Blechs, um ein gleichmäßiges Beschichtungsergebnis zu erzielen. Nach dem Beschichten wird das Blech in kaskadenartig angeordneten Wasserbädern gründlich gespült, getrocknet, fotografiert und abgelegt. Eine optimierte Prozessführung im Multitaskingmodus 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 Badgrößen betragen zwischen 0,5 Liter für die chemikaliensparende Grundlagenforschung bis zu etwa zehn Liter für die Beschichtung von größeren Stückzahlen.

Die Alterung eines galvanischen Bads wird während des Betriebs durch Sensoren überwacht. Nachdosierungen oder gezielte Änderungen der Badzusammensetzung erfolgen automatisch mithilfe einer Pipettiervorrichtung. Für die Stromversorgung der Bäder 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 nach Aussage von Professor Dr. Thomas Lampke die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit von Ergebnissen durch die objektivierte Versuchsdurchführung erhöht. Dies sei eine wichtige Voraussetzung für das Machine Learning, das zukünftige Innovationen in der mittelständisch geprägten Branche der Galvanotechnik begünstigen und beschleunigen werde. Der preisgekrönte Ansatz ist folglich ein wesentlicher Beitrag auf dem Weg zur Industrie 4.0 in der Galvanikbranche.

Text zum Titelbild: 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 Blechs hat und damit zum Beispiel auch auf den Korrosionsschutz (Bild: Julius Nickisch)

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