SONDE

DEN EINFÜHRUNGS-CRASH VERMEIDEN

Chrom(VI)-freie Oberflächenauf der TeststreckeUm den Anforderungen der EU-Altautoverordnung gerechtzu werden, sind seit einigerZeit ehrornatfreie Beschichtungen auf dem Markt. Allerdings können zum gegenwärtigenZeitpunktdie Korrosionsschutzanforderungen unddie Funktionssicherheit bei Verbindungs­elementen nicht ohne entsprechende betriebliche Prozessanpassung realisiert werden.Dies bezieht sich nicht nur auf die Produktion, sondern auch auf die nachgelagertenLogistik- und Montageprozesse. Eine Reihe von Maßnahmen kann jedoch dazu beitragen,Beschädigungen entlang der kompletten Prozesskette zu vermeiden.

Tabelle 1: Richtwerttabelle - Korrosionsschutzreduzierung je Prozessstufe

ben- und Bcschtchrenndusntc kann eine

r-rhcbltchc (lualitätsmindnrung die Fol­

ge sein (T1Ihl' lIl' I ). Dennoch müssen die

Kundnnanfordnrungnn zum Beispiel

gemäß Richtlinie VDA 23 5-104 oder VDA

235-103 (Punkt 4,2) erfüllt werden,

Der Schrauben hers te lla r und even­

tuell der ßeschichtcr als En terauftrag­

nc hmersind gegenüber dem Abnehmer

für den Schichtaufuau, die Ar! des

__ ;\1it der H l-Altautoverordnung, die

ah Juli 2007 güHig ist, werden chrom(VI)­

hatügc Korrosionsschutzschichten aus

dem Auto verbannt. Dies gilt für alle Tei­

le, auch für die verbtnoungsetementc. In

den letzten Jahren wurden verschiede­

ne Alternativbeschichtungen entwickelt,

die jetzt in die Produktion eingeführt

v erd en . Den Ersatzsystemen. die in den

meisten Fällen auf Chrom(lll)-Verbin­

dungen basieren, fehlt allerdings der so

genannte Selbstheilungseffekt der chro­

mathaltigrm Beschichtungen. Dies wirf!

in der Fertigung von Schmuben neue

Probleme auf

Verbindungselemente sind Massen­

güter, die in Chargen von 100000 bis

zwei Millionen Stück gefertigt werden

und wä hrend ihrer Herstellung durch

zahlreiche Umfüll - und Transportpro­

zesse strapaziert werden , wobei die

Beschichtung Schilden nehmen kann.

Der Selbstheilungseffe kt der chromat­

haltigen Schichten beruht auf derTatsa­

ehe, dass bei Verletzung der Schicht noch

vorhandene Chromat-Ionen zusammen

mit Feuchtigkeit erneut eine Passiv­

schient ausbilden. Chrom(VI)-freie

Schiehren zeigen diesen Effekt nicht, und

mit jeder Verletzung nimmt die Korro­

sfcnsbeständtgkctt ab (Bild I ). Je nach

Schraubengeometrie (Bild 2 ) und durch­

zuführendem Handling in der Senrau-

Beschlc ht ungsart

Zinktameuen­beschichtung

Galv. Zinküberzugpassi vier tGalv. Zinküberzugpassivier t + versiegeltGalvanisch Zn - Fepassivier tGalvanisch Zn - Fe

passivier t + versiegeltGalvanisch Zn - Nipassivier tGalvanisch Zn - Nipassivier t + versiegelt

Beschlchtungssystnms un d für die Hn ­

haltu ng der Oualit ätsvureinharungnn

verantwortlich. Da in der Regel die Pro­

zess- un d l.ogistl kknttc, von der Her ­

stellung bis zur Ausliefe rung der

Schraubenprodukte, Unterauft ragneh­

mer tangiert . ist ein ganzheitlicher Qua­

litätsstatus analog der ISO/TS 16Y4Y

sicherzustellen, Hierbei is t nicht ent­

scheidend, dass der üntcraurtragne h-

prozesss ture Abmessungshereich

M6 M8 MlO M 12

Gewindesicherung 1% " 3% 5%Masch. Sortierung " 3% 4% 5%Verpackung 1% " 3% 4%Summe überdie Prozessstuf en 4% " ". 14 .Masch. Sortie rung 0,6% 0,8% t.a% 2,6%Verpackung 0,3% 0,5% 1% "Masch. Sortie rung t.s % " 3% 4%Verpackung 0,2% 0,3% 0,8% 1,5 %Masch. Sortierung 0,6% 0,8% t.z% 2,6%Verpackung 0,3% 0,5% 1% asMasch. Sortie rung t.s % " 3% 4%Verpackung 0,2% 0,3% 0,8% 1,5 %Masch. Sortie rung 1% t.s % " 3%Verpackung 0,2% 0,3% 0,8% 1,5 %Gewindes icherung t.a% t.a% 2,5 % 3,5%Masch. Sortieru ng 0,3% 0,5% t.z% 2,5%Verpackung 0,2% 0,3% 0,8% 1,5 %Summe überdie Prozessst ufen t.e% 2,6% 4,5 % 7,5 %

x JOT 1l.2 005

GALVANOTECHNIK--------------------------------------- - - - - - - - - ---

Unk,;lillCh(360)

ffi=-='GI' "

1OlI< - =

dli=:.J

­_ ''''''_117,<'''''...- ......~---

Kof'f""onochulzm.,_ung

7n ~ 3 ~4% : F,, ~ 1 ~ ?%

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­_T""'_m, ...._.--"'­-

KorroslonochulzmInderung

7n ~ ~ 1S%:f,, ~ ~ ß%

I Weniger kritiscb (208)Krihsch OHl

~n!lChulzm'nderung

70 ~ (6%>< .1.1%: f " ~ (4%) < 15%

Bild 1: Mit jeder Verletzung nimmt die Korrosionsbeständigkeit ab

mcr die Korros ionsschutzwert e vor Aus­

lieferung der Teile nach weist, son dern

der Schraubenherstetlcr, der die Trans ­

port- und Umfüllprozesse zu ber ück­

sichtigen hat. Um eine unkontrotlterteKorrosionsschutzreduzierung zu ver­

meiden, sollten durch Verbesserungs­

mannahmen die eigenen Prozessabläu­

fe sowie die Prozessabläufe der Unter­

auftragnehmer entsprechend gestallpt

werden.

Bisher wurden nur rund 15 Prozent

der Schrauben in chromtvh-freier Aus­

führung ausgeliefert , und das Problem

unzureichend korrosionsgeschützterSchrauben wird bisher bei vielen

Schraubenherstellern noch nicht gese­

hen. Es wird erst im nächsten lahr akut

werden, wenn die :\achfrage steigen

wird und die not wendigen Anpassun­

gr-n im Fertigungsprozess noch nicht

durchgeführt sind.

Bild 2: Die Verletzbarkeit der Schrauben ist vor allem von ihrer Geometrie abhängig

Bild 3: Jenach Fallhöhe der Teile wird der Korrosionsschutz beeinträchtigt

Fallhöhe reduzier en

...••...,,.

tionsfchler zu vermei den, müssen eine

modifi zierte Anlagentechnik und geeig­

nete Beschichtungssvsterne sowie die

entsprechenden Prüfnormen und Prüf­

einrichtungen zum Einsatz kommen .

Eine Anpassung der Produktionspara­

meter muss bei der Hers tellung chro­

metfrei beschichteter Schrauben in allen

Teilen der Fertigung erfolgen (Uild -J ).

Wichtigster Pun kt dabei ist, die Fallhöhe

••""

•<>--nll.'_..

..

..F"_inl<ln! ..

..

..

..

Um Reslamanonen auf Grund einerunkontrolliorbaren Minderu ng der Kor­

rosionsbeständigkeit bei chromtvl)­

freien Beschichtungen und um Fun k-

_ von den Matert aleig enschaften der

Schraube/Beschichtung und desStoßpartners (Härte beziehungs­

weise E-.\ lodul).

Me chani s che Verletzunge n

in der Proz es sk ette

\fit den heute für die Fertigung von Ver­

bindungselementen eingesetzten Ma­

schinen in der Massenp roduktfon kön­

nen, je nach Prozesskette. über 30Umschüttvorgänge und Transportpro­

zesse erfolgen. Die Schrauben fallen in

den einzelnen Produküonsschrtrtun IIUS

einer relativ großen Höhe auf einen

Untergrund. Der Stoßpartner kann zum

Beispiel eine lindere Schraube, ein För­

derband oder der Metaübeden des Trans­

portbehaltnisses sein. Addier t man dieFallhöhen in den einzelnen Fertigungs­

stufen zusammen, so kann die Gesamt­

ralfhöhe bis zu 23 m betragen.Beim Auf­

treffen der Schraube auf diesen anderen

Körper treten Verformungsprozesse auf,

die sich je nach Randbedingung elastisch

oder plastisch vollziehen, und damit zu

einer reversi blen oder irreversiblen Ver­

formung führen. Damit geht in der Regel

ein Verlust des Korrosionsschutzes ein­

her (Uild 3). Die Art der Verformung istabhängig von der Fallsitua tion .

_ von der Höhe, aus der die Schraube

fällt (Energie)_ von der Art des Aufschlags [beauf­

schlagte Fläche, Spannungsachsem

JOT 11.2005 XI

SONDERTEIL

» für die Schra uben zu ver­

ringern. Dazu kann zum

Beispiel na ch dem Wal­

zen ein Austrageband bei­

tragen, das das Abschüt­

ten ersetzt. Beim Umfül­

len der Schrauben auf

Rirderrlnnun, in Trans­

port behälter und Verp a­

ckungen kann die Fatlhö­

he durch den Einbau von

Kas kadenbl eche n re du­

ziert werden. Die Fallhö­

he sollte in den einzelnen

Prozessstufen - je nach

Geometrie und Gewicht

der Verbindungselemen­

te - pro Stufe 20 bis 30 cm

betragen, bei der Überga­

be in Behälter ma ximal

25 bis 35 cm. Bei Benlek­

sichtigurig dieser Werte

ergeben sich als Sum me

der einzelnen Fallhöhen

bei der Basecoat­

Beschichtung 3,5 m, bel

der Topcoat-ßcschichtung

3,1 m im Vergleich zu

mehr als 23 m in einer

konventionellen Anlage.

Um die Schiittge ­

schwindigknitnn zu mini ­

mieren, können rutsch­

hemmende Materl atten

bei Schütt- und Rutsch­

prozessen eingesetzt

v erden. v tbraüonsnn­

nen oder -bunker können

durch Bandförderanlagen

ersetzt werden . Außer­

dem können Pördertöpre

mit automatischer Füll ­

standsiiberwachung und

l-ließauskleidung, Trans­

por tbehälte rb öden mit

einer Dämpfungsmatte

ausgerüstet werden, um

Abrieb zu vermeiden.

aeschtchtun gsprozes­se optimieren

Der spezifische Schicht­

aufbau der chrom(VJ)-

XII

GALVANOTECHNIK

~

V ProzessstufenS,-hün- und Trun.\pl1rtv/!~ünJ:e

0 IST SO LI .

" u. IkrIi IIUDtl__\ w. ... ' ....ud

• \Valzen ' ."'1:• • !:rur

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Einbau- Brflill . " -<r. """i. U. ,,,o.-..h ri (::~s & I.... odr< A.6<o,.,riff ... IIrorIi.dig..g. f rrir .S Montage \lo. t• • \Ion'.~'

o.li..

Bild 4; DieAnlagentechnik mussden chrom(Vl)-freien BeschichtungenRechnung tragen, die leicht dauerhaft mechanisch beschädigtwerden können

fre ien Beschichtung und

seine besonderen Eigen­

schaften müssen durch

eine abgestimmte Pro ­

zess-Technik mit spezifi­

schen Parametern wie

Stromdichte, Badführung.

Abs chei dezeit oder 'lem­

perarur im galvanischen

Prozess sowie Viskosität,

Tau chzelt, Schleuder­

drehzah l un d Einbrenn­tem peratur bei der Ver­

siegelung, sichergestellt

werden. Unter dieser Vor­

aussetzung kann der Kor­

rosionsschutz überhaupt

erreicht, eine Verlet ­

zungs gctährdung der

Überzugssystem e heim

Beschichten wirkungsvoll

reduziert un d auch die

Funktion gewiihrle is tPl

werd en. So wird bni­

spielsweise ein bes timm­

ter Reibwert erzielt, damit

sich eine Schraube über­

hau pt funktionssi cher

einschrauben lässt.

Xcb en den Prozcsspa­

ramctcm muss auch das

Handling angepasst wer­

den. In den galvanische n

Prozessen lassen sich die

Umsch üu pro/ essn durch

xassonuccrung sicherer

gestalten. Vers iegelte

Schrauben werden nac h

dem Trocknungsprozess,

bevor die Beh älter ent­

leert werden , auf Raum­

tem peratur abgekühlt,

um Schlagstellen zu ver­

meiden. Für die verpa ­ckung empfiehlt sich eine

Kleinmengen zuführung

in Kunststoffkaskaden.

Zudem sollte der Trans­

port möglichst ersch üttc­

rungsfrci erfolgen . denn

es muss mit einem

Abri eb von ein bis zwei

Prozent je Transportstre-

JOT 11.2005

GALVANOTECHNIK--------------------------------------- - - - - - - - - ---

Tabelle 2: Versuchsmatrix für eine Erstbemusterung (Vorserte)

Inne rbet nebucner Transport~ ca. 1 %Reduzierung des Korr osion sschut zes + 1 mm Rütteltest~ [z.B. Gabelstapler)Verp ac ken~ ca. 2 %Reduzierung des Korrosionsschutzes + 2 min Rütteltest~ (z.B. Bunkerbelüllung)Lkw-Transpo rt~ ca. 1 %Reduzierung des Korr osionsschutzes + 1 mm RütteltestEinbau u nd Montage~ ca. 2 %Reduzierung des Korrosionsschut zes + 2 min Rütteltest~ (z.B. hohe Beanspruchun g durch Kraftangrilf)

VcrsdwaubungsstclloKopfaullago gohärtot UI1d goschliffon

Bild 5: Die Beschichtung mussauf den Kraftangriff durch dasWerkzeug beim Verschraubenausgelegt werden

cke ge rechnet werd en. Dazu sollten

Transportanweisungen ersrcltr werden.

Bei der Montage sin d kritische Berei­

che für die Korroslonssrhutzheständigkeit

die Zuführung der Schmu bcn zum Bei­

spiel zum Montagerobot er oder auch der

Kraftangriff dur ch das Werkzeug beim

Verschrauben (Bild 5). Hier müssen die

Falthöhen angepasst . die Werkzeuge auf

die leicht verletzbare Beschichtung ein­

gestellt werden oder die Beschichtung

muss auf die Bedingungen abgestellt wer..

den. Dies ist jedoch meistens nur mit höhe­

rur Schichtdicke oder robusterer Besenich­tung zu erreichen und in der Regel mit

Kosten belastet. Es ist empfehlenswert,

Montagevors chriften zu erstellen.

Bea nspruc hung wird in

Vorserie nprüfung nach ge stellt

Bevor die Schraubenproduktion aufge­

nommen wird, wird eine Vorserie in cnt ­

sprechenden RütIPI.. , Schlagstellen- und

Abrieb tes ts geprüft, ob die Korrosions­

schut zanfordurungen des Kunden erfüllt

werden . Dabei wird auch die Korro­

sionsschutzminderung je Prozessstufe

un d Schraubengeometrie ermittelt. In

der Prüfung werden die Ursachen der

Obcrrtächcnschädtgung frü hzeitig er­

kannt und durch gectgnete Maßnahmen

können sie dann \ 1 ei/gehend verhindert

werden. Die Prüfmethode kann als Basis

für eine kostenoptimierte Pro zess-

JOT 11.2005

Ar beitsgänge

Besc hic hten~ ca. 2 %Reduzierung des Korrosionsschutzes~ [zB . Torque Tension, Polytleck, u.s.w.)

Ahsfimmung genutzt werden und eine

sichere, dauerhafte Serienaussage für

die Erstbernusterung ga ra nfierun , um

spätere Reklamatlonnn auszuschließen.

Für die Prüfungen werd en die einzel­

nen Arbeitsgänge untersucht . ob und in

welchem Maße die mechanische ßelas­

tung den Korro s ionsschut z verringert.

So gehen entsprechend dem Beis piel in

Tabelfe 2 beim Beschichten zwei Pro­

zent des Korros ionssch utzes verloren

oder beim Transport mit dem Gabel­

stapler ein Prozent. Die Verluste lassen

sich mil der Dauer des Rüucucsts kor­

relieren. Beispielsweise entspricht ein

Prozent Korrosionsschutzverlust dem

Abrieb, der in einer Min ute Rütteltest

erzielt wird, wobei diese wert e anla­

gens pezifisch sind und für jede Pro­

duktion ermittelt werden müssen,

Die Einzelwerte der Arbeitsgänge wer­

den aufaddiert und so ergibt sich für das

Beis piel in TaIH'II(' 2 , dass die Korro­

stonsscbutzvertustc mit e!nem zehnmi ­

nüngen Rüuultest und dem Schlagstel­

lenlest nachgestellt werden können. Für

das da rges tellte Beis piel be träg t der

Gesamt verlust acht Prozent. Darüber

hinaus iSI ein Aufschlag von vier Pro­

zent auf die Korrosto nssch utzanrcrdc­

rung erforderlich, da die Teile auch nach

einem Lkw-Transport und einer Ver­

schraubung den Anforderungen ent­

sprechen müssen.

ROttel tes tda uer

JeArbeit sschritt ~ + 2 min Rütteltest(z.B. Polyfleck blau + Torque Tension- 2 x 2- 4 min)

Um die vom Kunden gewünschte Kor..

rosionsschutzheständigkeit auch nach der

.\ lontilge zu gara ntieren, müssen diese

Verluste schon bei der Beschichtung

berücksichtigt werden. Die Beschichtung

muss also für einen höheren Korros ions­

schutz ausgelegt werden. Sollen die

Schrauben beispielsweise 720 Stunden

Salzsprühtest sicher überstehen. so müs­

sen sie B06,4 Stunden (+12 Prozent)

gewährleisten, ohne Rost aufzuweisen. In

der anschließendun Serienfertigung kön­

nen die Prüfungen dann auf Teile, die

direkt vom l.agnr kommen, beschrän kt

werden. Sie erhalten einen entsprechen­

den Aufschlag für Transport und ' lOnlilge.

Um die schlag- und abriebempfind­

lichen chrom(VI)-freien Obernachen­

schutzsvstemc in der gesamten Prozess­

und Logistikkelle prozessbegfettend

bewerten zu können, wird vom Deutschen

Schraubenverband eine Leitlinie für

Befustigungskleinteile un d Schrauben

erilJi)(~ilet, in der die Korrosionsschutz­

anforderungun und die Prüfvorfahren

beschrieben werden. Bei Anwendung die­

ser Leitlinie kann dann der Korrosions­

schutz durch Prüfung an versandfertigen

Teilen nachgewiesen werden. ----I

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