Der Leipziger Galvanopreis 2021 ging 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 worden war. Die offizielle Verleihung fand auf den ZVO-Oberflächentagen am 14. September 2022 im Rahmen der festlichen Eröffnung statt.
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.
Preisträger für das Jahr 2021 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 und Prof. Wolfgang Paatsch (Koordinator, ehem. BAM Berlin).
Das Konsortium erhielt als Preis eine Bronzestatue und eine Urkunde, die im Rahmen der festlichen Eröffnung der ZVO-Oberflächentage am 14. September 2022 in Leipzig überreicht wurden.
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 von galvanischen Prozessen 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 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 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 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 Badgrößen betragen zwischen 0,5 Liter für die chemikaliensparende Grundlagenforschung und 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 Prof. Thomas Lampke zufolge 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 damit ein wesentlicher Beitrag auf dem Weg zur Industrie 4.0 in der Galvanikbranche.
Auf dem nächsten Leipziger Fachseminar am 9. März 2023 wird das Konsortium seine Ausführungen zu diesem Thema noch in Form eines Vortrags vertiefen.
Weitere Informationen erteilt Roy Morgenstern, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der TU Chemnitz (E-Mail: roy.morgenstern@mb.tu-chemnitz.de)
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Text zum Titelbild: Stefan Kaßner (r.), Sprecher der Jury zur Vergabe des Galvanopreises, überreichte dem Konsortium den Galvanopreis 2021 (v.l.): Holger Klempnow, KleRo GmbH, Claudia Wagner, OTE Oberflächen- & Elektrotechnik Scheigenpflug GmbH und Prof. Thomas Lampke, Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der TU Chemnitz (Bild: DGO)
