GalvanotechnikProzesse und anlaGen für moderne Produkte

F r a u n h o F e r - I n s t I t u t F ü r

P r o d u k t I o n s t e c h n I k u n d a u t o m a t I s I e r u n g I P a

Galvanotechnik in der Produktion

Der Einsatz galvanotechnischer Prozesse nimmt eine Schlüsselstel lung in

der Wertschöpfungskette besonders bei komplexen Bautei len mit hohen

Anfor derungen ein. Dies führt zu e inem breiten E insatz der Galvano­

technik in vielen Branchen wie im Maschinenbau, der Automobilindustrie,

der Druckin dustr ie und der Mediz intechnik. Somit i s t d ie Gestaltung

schichttechnischer Problemlösungen nach möglichst universellen Methoden

und Regeln e ine immer wiederkehrende Aufgabe.

Galvanotechnische Verfahren weisen

gegen über konkurrierenden Systemen

aus dem Bereich der anorganischen Be­

schichtungen erhebliche Vorteile aus Sicht

der Wirtschaft lich keit auf. Neben diesem

weithin bekannten Aspekt sind galvani­

sche Ver fahren auch in Bezug auf die

Energie- und Ressourceneffi zienz von Vor­

teil. Verbunden mit moderner Anlagen­

technik stellt die Galvanotechnik in der

heutigen Zeit eindeutig ein Gesamtsystem

dar, das als »green chemistry« zu bezeich­

nen ist. Beispielsweise wurde eine vom

Fraunhofer IPA konzipierte Hartverchro­

mungsanlage mit dem Umweltpreis

»KUMAS Leitprojekt« ausgezeichnet.

Aus diesen Gründen sind galvanische

Verfahren sowohl eine etablierte als auch

eine Zukunftstechnologie.

unsere arbeitsweise

Im Fokus unserer Arbeiten steht die Gal­

va notechnik. Unser Tätigkeitsfeld erstreckt

sich von der Entwicklung von neuen

Schicht werkstoffen und den dazu gehöri­

gen Abscheideverfahren und Prozessket­

ten über die Schadensfallanalyse bis hin

zur industriellen Anlagentechnik. Damit

bieten wir unseren Kunden die Möglich­

keit, neue Technologien von der Idee bis

zur Produktionseinführung zu begleiten.

Um diesem Anspruch gerecht zu werden,

setzen wir auf Mitarbeiter aus den Gebie­

ten der Werk stoffwissenschaften, der

Chemie, des Maschinenbaus und der

Konstruktionstechnik.

InterdIsz IPl Inäres Personal, erFahrung und e Ine

umFangreIche ausstattung b Ilden dIe stärken der

galvanotechnIk am FraunhoFer IPa.

unsere arbeitsbereiche

schichtwerkstoffe

Immer individueller werdende Forderungen nach Eigenschaftsprofilen verlangen

Spezial lösungen im Schichtaufbau. Neben »klassischen« Aspekten wie Verschleiß­ und

Korrosionsschutz rücken auch spezifischer werdende Anforderungen, zum Beispiel in

Bezug auf Eigenspannungen, in den Vordergrund. Die Neu­ und Weiterentwicklung

galvanischer Schichtwerkstoffe bietet dem Anwender die Möglichkeit, die Anforde­

rungsprofile moderner Produkte zu erfüllen.

Wir bieten unseren Kunden:

– die Weiterentwicklung und Anpassung klassischer Schichtmetalle wie Chrom, Nickel,

Kupfer und Zink,

– neuartige Systeme der Dispersionsabscheidung – dem Einbau von spezifischen

Fremdstoffen in metallische Schichten sowie

– Schichtwerkstoffentwicklung basierend auf Legierungsabscheidungen, Multilayer­

schichten und der Abscheidung bisher nicht zugänglicher Metalle.

verfahren und Prozessketten

Ein wesentliches Merkmal unserer Entwicklungsarbeiten ist, die geforderten Eigen­

schaften nicht nur auf einer planaren idealen Probe im Labor darzustellen, sondern ein

Verfahren zu entwickeln, das die Eigenschaftsanforderungen auf dreidimensionalen

Bauteilen in industriel ler Chargengröße gewährleistet.

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Wichtige zu betrachtende Aspekte sind hierbei:

– die Toleranzen des Prozessfensters,

– die Streufähigkeit und

– die parallele Entwicklung von Verfahrens­ und Analysevor­

schriften.

Um dies zu gewährleisten, bieten wir unseren Kunden zum einen

das experimentelle Know­how und die dazu erforderliche techni­

sche Ausstattung und zum anderen die begleitende chemische

und metallographische Analytik. In unserem Technikum stehen

auf die Galvanik abgestimmte eigens entwickelte Beschichtungs­

plattformen und Untersuchungsverfahren zur Verfügung.

schadensfallanalyse

Ausfälle von Bauteilen im Feld, unter anderem hervorgerufen

durch frühzeitigen Verschleiß oder Korrosion sowie der beispiels­

weise Stillstand von Produktionsanlagen aufgrund mangelhafter

Schichteigenschaften, erfordern schnelle und fundierte Maßnah­

men zur Behebung der Fehlerursache. Wesentlich für die betrof­

fenen Unter nehmen ist eine unmittelbare Reaktion, die wir

unseren Kunden bieten. Unser Dienstleistungsangebot umfasst

neben der Darstel lung des Fehlerbildes vor allem die Vor­Ort­

Analyse der Problemstellung und das Aufzeigen von Abhilfemaß­

nahmen in der Produktion.

1 Versorgungs­

modul Automatisier­

tes Brushplating

2 Maßgenaue

Innenbeschichtung

3 Beschichtungs­

reaktor zur Innenver­

chromung

(Quelle: Topocrom)

4 Aufnahme einer

Schadensfallanalyse

5 Dispersionsab­

scheidung Nickel­

Diamant

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anlagentechnik

Neben der Planung und Projektierung von üblichen Galvanik­

anlagen bieten wir dem industriellen Anwender spezielle Lösun­

gen, die aufgrund gestiegener Anforderungen immer wichtiger

werden. Dabei ist ein verstärkter Trend zu Aspekten wie Energie­

effizienz, Maßbeschichtung, Hochgeschwindigkeitsbeschich­

tung, Emissionsfreiheit und Selektivität zu beobachten. Für

derartige Spezialanlagen müssen bereits bei der Konstruktion

die Kenntnisse über die zugehörigen Verfahren mit einbezogen

werden, so dass Fragestellungen zu dieser Thematik nur bear­

beitet werden können, wenn fundierte Kompetenzen über alle

Aspekte der Entwicklungskette vorhanden sind. Durch die Zu­

sammenarbeit unserer Konstrukteure und Verfahrensentwickler

können wir Ihre Auf gabenstellung optimal bearbeiten.

Die Planung, Konstruktion und Realisierung neuer Galvanik­

anlagen sowie die Optimierung bestehender Systeme gehören

zu den Kernkompetenzen der Experten am Fraunhofer IPA.

1 Unser Dienstleis­

tungsportfolio um­

fasst unter anderem

die Optimierung,

Neuentwicklung und

Konzepterstellung

für Sonderanlagen.

1

know-how entlanG ihrer Prozesskette

Minimale Störungen in galvanischen Beschichtungsprozessen oder Fehler

bei der Galvanis ierung von einzelnen Tei len können zu teuren Liefereng­

pässen oder sogar zum Produktionsstopp führen. Wir unterstützen Unter­

nehmen bei der Ermittlung von Fehlerquellen und der Verbesserung ihrer

Produktion entlang der gesamten Prozesskette.

Um reibungslose Galvanisierungen sicherstellen zu können, ist neben dem Wissen über

chemische Prozesse auch Know­how über Prozessabläufe, Anlagentechniken, Rahmen­

bedingungen und eventuellen Wechselwirkungen notwendig. Im Rahmen unserer

Dienst leistungen betrachten wir die gesamte industrielle Produktionskette – von der

elek trochemischen Verfahrenstechnik bis hin zur industriellen Anlagentechnik.

bedarfsfokussierte beratung

Eine objektive und fundierte Betrachtung Ihrer galvanotechnischen Prozesskette oder

der Ihrer Zulieferer ermöglicht die Sicherstellung Ihrer Produktion, die Auswahl geeig­

neter Lieferanten und die Qualitätssteigerung hinsichtlich der Endprodukte. Wir unter­

stützten Sie, wenn Sie für die Qualität von Be schich tungen gerade stehen müssen,

diese für Sie aber eingekaufte Leistungen und Know­how sind.

Wir beraten Sie umfassend hinsichtlich Investitionsentscheidungen, Produktions­

beur teilungen und Lieferantenbewertungen.

unsere dienstleistunGen im überblick

Wir verstehen uns a ls Ihr Dienst le ister auf dem Gebiet der Galvano­

technik. Unser Angebot umfasst d ie Beratung, die Prozessentwicklung,

die Kon zept ion und die Real is ierung von Anlagen in Kooperat ion mit

Partnern aus dem Anlagenbau sowie die naht lose E inpassung neuer

Technologien in Ihre Produkt ion.

Unsere Dienstleistungen für Sie sind:

– Verfahrensentwicklung und -modifikation von den Grundlagen bis zur Produkt-

einführung auf Basis der Schicht­ und Fertigungsanforderungen,

– Gestaltung effizienter Prozessketten und Anpassung von Schnittstellen,

– Qualitätssicherung im Prozess und Entwicklung von Analysemethoden,

– Schadensanalyse am Bauteil durch werkstoffwissenschaftliche Untersuchungen,

Ursachenermittlung und Planung von Abhilfe maßnahmen,

– Konzeption und Konstruktion von Sonderanlagen auf der Basis von Prozess­

anforderungen und Simulationen,

– Analyse von Anlagen hinsichtlich Fertigungssicherheit, Kapazitätssteigerung

und Einsparpotenzial,

– Beratungsdienstleistungen mit den Schwerpunkten Investitionsentscheidung,

Produk tionsbeurteilung und Lieferantenbewertung sowie

– Erstellung von Machbarkeitsstudien.

transparenz und neutralität

Wir halten Sie während des Projektes über aktuelle Fortschritte der Arbeiten auf dem

Laufenden und gewährleisten eine neutrale Beratung.

unser le IstungssPektrum auF dem gebIet der

galvanotechnIk Passt s Ich den bedürFnIssen

Ihres unternehmens an.

beisPielProjekte

Energieeffizienz – Steigerung durch

verfahren und anlage

Der Leichtbauwerkstoff Aluminium weist

im reinen Zustand erhebliche Mängel in

der Verschleiß­ und Korrosionsbeständig­

keit auf. Bis dato wird durch das energie­

intensive Hartanodisieren eine Schutzschicht

aufgebracht. Durch »ÖKOXAL« ist es ge­

lungen eine verfahrenstechnische Energie­

einsparung von bis zu 40 Prozent gegen­

über konventionellen Verfahren zu errei­

chen. Die Einsparungen sind möglich, da

durch spezielle Pulsparameter die Elektro­

lyttemperatur bei gleichbleibender Schicht­

qualität erhöht wird und die Pulsanodisa­

tion den Eintrag thermischer Energie ver­

ringert, sodass höhere Abscheidegeschwin­

digkeiten erzielt werden.

Die konsequente konstruktive Auslegung

einer Hartverchromungsanlage ermöglichte

eine Einsparung der elektrischen Energie

von 30 Prozent, indem die Stromausbeute

gesteigert und gleichzeitig die Spannung

gesenkt werden konnte. Das Anlagenkon­

zept wurde als KUMAS Leitprojekt aus­

gezeichnet.

Poseidon – Hochkorrosionsbeständige

legierungsschichten für lager

Ziel des vom BMWi geförderten Projekts

»POSEIDON« ist die Entwicklung hoch­

korrosionsbeständiger Schichten, die

gleichzeitig den hohen tribologischen An­

forderungen von Wälzlagern gerecht wer­

den. Ausgangspunkt für die Entwicklung

tribokorrosionsbeständiger Schichten bil­

den Nickellegierungen wie Nickel­Wolf­

ram und Nickel­Zinn. Für den Einsatz in

korrosiven Medien können Lagerringe mit

einer patentierten Spezialvorrichtung des

Fraunhofer IPA vollflächig und endmaßge­

nau beschichtet werden.

Produktionsoptimierung – Analyse

und verbesserungspotenziale

Für eine bestehende Hartverchromungsan­

lage für Kolbenstangen wurde eine Analyse

durchgeführt und Optimierungen für Quali­

tät und Kapazität erarbeitet.

Die unterschiedliche Schichtdickenverteilung

innerhalb einer Charge erzeugt erhöhten

1 ÖKOXAL – Hartanodisieren auf einem neuen Effizienzniveau

2 Produktionsoptimierung Hartverchromungsanlage – Beispiel für eine Bauteilgröße

3 POSEIDON – Spezialvorrichtung zur Lagerringbeschichtung

Aufwand für den nachfolgenden Schleifpro­

zess. Zur Ursachenermittlung wurde die An­

lage analysiert und bestehende Daten ausge­

wertet. Über Simulation der primären Strom­

dichteverteilung konnten kritische Punkte

identifiziert und für verschiedene Produkte

und Chargengrößen Optimierungen ermit­

telt werden.

Die Umsetzung der aufgezeigten Verbesse­

rungsmöglichkeiten führte je nach Produkt

zur Steigerung der Kapazität und / oder Ver­

besserung der Schichtdickenverteilung. Die

Einsparungen stellen einen wichtigen Bau­

stein zur Wettbewerbsfähigkeit der Produk­

tion dar.

Automatisiertes Brushplating –

selektiv- und reparaturbeschichtung

Steigende Rohstoffpreise verlangen einen

ressourcenschonenden Materialeinsatz.

Das automatisierte Brushplating bietet die

Möglichkeit der robotergeführten geziel­

ten Selektiv­Beschichtung und der auto­

matisierten Reparaturbeschichtung. Durch

eine gesteuerte Elektrolytzufuhr und

­abfuhr sowie eine integrierte Spültechnik

erfolgt die Beschichtung ohne Kontamina­

tion der Umgebung. Eine autarke Beschich­

tungseinheit bietet die Möglichkeit, mit

geringsten Elektrolytvolumina zu arbeiten.

Das automatisierte Brushplating wird zur

selektiven Edelmetallbeschichtung einge­

setzt und bietet Potenziale für Schichten

wie Zink, Nickel oder Hartchrom.

Tribokorrosion – Schichtbewertung

für bauteile von morgen

Beschichtungen werden meist durch die

Untersuchung des Verschleiß­ oder Korro­

sionsverhaltens bewertet. Vielfach werden

die Bauteile jedoch gleichzeitig tribolo­

gischen und korrosiven Belastungen aus­

gesetzt. Die Untersuchung der Tribokorro­

sion, dem Verschleiß durch mechanische

Beanspruchung bei gleichzeitiger chemi­

scher oder elektrochemischer Korrosion,

gewinnt zunehmend zur Optimierung,

Neuentwicklung und Qualifizierung von

Schichtsystemen an Bedeutung. Das Ver­

fahren wird in Industrie und Forschung

eingesetzt.

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kontakt

Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnik und automatisierung IPa

Nobelstr. 12 | 70569 Stuttgart | www.ipa.fraunhofer.de

Institutsleitung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl

ansprechpartner

Dr.-Ing. Martin Metzner

Abteilungsleiter

Telefon +49 711 970-10 41

martin.metzner@ipa.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. (FH) Klaus Schmid

Stellv. Abteilungsleiter

Telefon +49 711 970-17 60

klaus.schmid@ipa.fraunhofer.de

Weitere Informationen erhalten sie im Internet:

www.ipa.fraunhofer.de/galvanotechnik