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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.
1 2
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.
1 32
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
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