ZVO-Oberflächentage erhalten erneut Bestnoten

Nach drei abwechslungsreichen Kongresstagen und mit 570 Teilnehmern, einer weiteren Steigerung im Vergleich zum Vorjahr, gingen am 26. September die ZVO-Oberflächentage 2025 im Mercure Hotel MOA Berlin erfolgreich zu Ende.

ZVO-Vorstand Jörg Püttbach eröffnete am Abend des 24. Septembers den Branchentreff der Galvano- und Oberflächentechnik und führte im Anschluss durch das kurzweilige Programm, das neben einigen Ehrungen mit zwei Keynotes aufwartete. Neben den Teilnehmern und einer Reihe von Ehrengästen begrüßte Püttbach die CDU-Bundestagsabgeordnete Vanessa Zobel MdB. Sie ist seit 2016 Mitglied der CDU und engagiert sich in der Kommunalpolitik als Stadträtin und stellvertretende Bürgermeisterin. Die gelernte Bankkauffrau setzt sich ein für mehr Wirtschaft und weniger Bürokratie, damit wir vom Reden wieder zum Machen kommen, für bezahlbaren Strom und Fleiß, der endlich wieder belohnt wird. So will sie Deutschland als Wirtschaftsstandort zukunftssicher machen – mit Pragmatismus, Tempo und Verlässlichkeit. Folgerichtig wurde Zobel im neuen Deutschen Bundestag in den Ausschuss Wirtschaft und Energie gewählt. In ihrer Rede setzte sie wichtige Akzente zu den Themen Energiepolitik und Bürokratieabbau – beides zentrale Herausforderungen für die mittelständisch geprägte Branche der Oberflächentechnik. Sie warf einen klaren Blick auf die Bedeutung von Wettbewerbsfähigkeit, Versorgungssicherheit und unternehmerischer Entlastung für die deutsche Industrie.

In seiner anschließenden Rede zur Lage der Branche und des ZVO richtete Püttbach auch einige Fragen an die CDU-Bundestagsabgeordnete. Denn: „Der ZVO steht im Dienste der Förderung und Weiterentwicklung der Galvano- und Oberflächentechnik in politischer und wirtschaftlicher Hinsicht. Seine Interessenvertretung zielt auf umfassende Verbesserungen der Rahmenbedingungen seiner Mitglieder ab“, erklärte er und leitete damit weiter an Lukas Hanstein, der seit 1. Juli 2025 als neuer Leiter Politik im ZVO hauptamtlich die politischen Themen und erforderlichen Aktivitäten koordiniert. 

In der anschließenden Keynote des Forschers, Wirtschafts- bzw. Transformationspsychologen sowie ausgebildeten Schauspielers Dr. Carl Naughton ging es um den Anpassungsfähigkeits-Quotienten. Wir leben in einer Welt, in der das Einzige, das bleibt, der ständige Wandel ist. Neue Technologien, wirtschaftliche Disruptionen und gesellschaftliche Umbrüche – wer sich nicht anpasst, verliert. Oder, um es mit Darwin zu sagen: „Nicht die Stärksten überleben, sondern die Anpassungsfähigsten.“ Das bedeutet jedoch nicht, dass wir uns ständig neu erfinden müssen. Es geht nicht darum, jedem Trend hinterherzulaufen, sondern klug, bewusst und flexibel auf Veränderungen zu reagieren. Genau hier kommt der „Adaptability Quotient (AQ)“ ins Spiel. In seinem Vortrag erklärte Dr. Naughton anschaulich den AQ, warum er wichtiger ist als IQ und warum Unternehmen auf anpassungsfähige Mitarbeiter setzen. Er zeigt Wege auf, flexibel zu bleiben, ohne ins Chaos zu stürzen. Nämlich durch die drei Stufen der Anpassung: Erkennen, Verstehen, Handeln. Und durch die drei Säulen des AQ: Situatives Gespür, Neo Credos, Proaktivität. Er klärte außerdem auf, wie sich die häufigsten Denkfallen dabei vermeiden und Veränderungen für sich nutzen lassen. Unter der Devise „handeln statt hadern“ bezog er aktiv das Publikum mit ein, indem er es zum Beispiel in mehreren Live-Experimenten Aufgaben lösen ließ. Die Zuhörer nahmen für sich ein neues Mindset für eine unsichere Welt mit. Sie erhielten Werkzeuge, um mit Wandel souverän umzugehen, praxisnahe Tipps zur Steigerung von Resilienz und Flexibilität, Strategien, um Veränderungen aktiv zu gestalten, sowie interaktive Übungen, die sofort Wirkung zeigen.  

Bei einem zwanglosen Get-together im Atrium des MOA klang der Begrüßungsabend aus.

An den beiden Folgetagen fand das Vortragsprogramm des ZVO-Jahreskongresses statt. Im Mittelpunkt der fast 100 Beiträge standen die Themen Digitalisierung und KI, Bad und/oder Oberflächenanalyse, Chemische Metallabscheidung, Nachhaltigkeit, Zirkularität und das bewährte Unternehmerforum „Management meets Oberfläche“. Hinzu kamen die regelmäßig wiederkehrenden Themenblöcke, wie Junge Kollegen berichten, Funktionsschichten, von der Prozessüberwachung zur Produktqualität, Zukunftsthemen bzw. neue Anforderungen an die Galvano- und Oberflächentechnik. 

Sprechstunde Regulative Entwicklungen

Ziel der Sprechstunde des Ressorts Umwelt- und Chemikalienpolitik war es erneut, Mitgliedsunternehmen aus der Galvano- und Oberflächentechnik über aktuelle Entwicklungen im Bereich der Umwelt- und Chemikalienpolitik auf nationaler sowie europäischer Ebene zu informieren und den fachlichen Austausch zu fördern.

Das RUCP versteht sich als das Fachgremium des ZVO, das die Vielzahl regulatorischer Anforderungen beobachtet, bewertet und daraus fundierte Positionen für die Branche entwickelt. Die Sprechstunde bot eine offene Plattform für Rückfragen, Diskussionen und Anregungen – mit dem klaren Ziel, die Kommunikation zwischen den Mitgliedsunternehmen und dem Verband zu stärken.

Ein zentrales Thema der diesjährigen Sitzung war der aktuelle Entwurf zur REACH-Beschränkung von Chrom(VI)-Verbindungen. Die Resonanz auf dieses Thema war groß, denn zahlreiche Betriebe sind in ihrer alltäglichen Praxis und über den bisherigen Autorisierungsprozess direkt betroffen. Die potenziellen Auswirkungen der geplanten Regulierung auf technische Prozesse, Investitionsentscheidungen und Wettbewerbsfähigkeit waren entsprechend Anlass für eine lebhafte und intensive Diskussion.

Ein Schwerpunkt der Kritik war das Vorgehen der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), die zusätzlich zur regulären Kommentierungsfrist einen sogenannten „Frühtermin“ zur Einreichung von Stellungnahmen festgelegt hatte. Beiträge, die vor dem 18. September 2025 eingereicht wurden, sollen laut ECHA bereits in den Sitzungen der zuständigen Gremien (RAC, SEAC) im Herbst berücksichtigt werden. Dies wurde vom RUCP und weiteren Branchenvertretungen, insbesondere dem europäischen Dachverband CETS, als Verstoß gegen das Gleichbehandlungsgebot innerhalb der REACH-Verordnung kritisiert. Es bestehe die Gefahr, dass kleinere Unternehmen oder Verbände, die über weniger Ressourcen verfügen, systematisch benachteiligt werden. Auch könne der Druck zur frühen Abgabe von Kommentaren dazu führen, dass Beiträge nicht mit der erforderlichen Sorgfalt und Tiefe ausgearbeitet werden können.

Neben diesem Schwerpunktthema wurden weitere Inhalte diskutiert. Unter anderem ging es um die Einführung und Umsetzung der neuen Umweltleistungskennwerte (BAT-AEPL) durch den Sevilla-Prozess, die als Maßstab für Genehmigungen und behördliche Überprüfungen bedeutsam werden. 

Zudem wurde über die laufenden Arbeiten des „Runden Tisches Sulfamidsäure“, der durch Industrievertreter vorsorglich ins Leben gerufen wurde, berichtet. Hier bringt sich das RUCP aktiv ein, um eine differenzierte Darstellung der industriellen Praxis zu ermöglichen und gemeinsam mit Behörden sinnvolle, realitätsnahe Maßnahmen zu entwickeln, die sowohl dem Umweltschutz als auch der industriellen Anwendbarkeit gerecht werden. Gerade dieses Thema zeigte, wie sehr die Aussagefähigkit des Verbandes von den Informationen aus den Unternehmen abhängt.

Auf dem Podium standen Ilona Fey, Kerstin Zübert und Dr. Georg Hünnekens – allesamt engagierte Mitwirkende im RUCP – als kompetente Ansprechpartnerinnen und Ansprechpartner für Fachfragen zur Verfügung. Sie bereicherten die Diskussion mit fundierten Einblicken, fachlicher Tiefe und dem direkten Bezug zur Praxis. Durch ihre Beiträge wurde einmal mehr deutlich, wie wichtig die enge Verzahnung von Praxiswissen und Verbandsarbeit ist, um wirksame Interessenvertretung leisten zu können.

Die Veranstaltung zeigte eindrucksvoll, wie komplex das regulatorische Umfeld ist, in dem sich die Branche bewegt – und zugleich, wie groß der Bedarf an Austausch, Information und strategischer Interessenvertretung ist.

Daher richtet sich ein ausdrücklicher Appell an alle Mitgliedsunternehmen des ZVO: Bringen Sie sich aktiv in die Arbeit des Ressorts Umwelt- und Chemikalienpolitik ein! Ob durch die Teilnahme an Sitzungen, das Einbringen von Fachwissen oder durch die Begleitung politischer Prozesse – jedes Engagement zählt. Nur gemeinsam kann es gelingen, die Rahmenbedingungen für die Oberflächentechnik in Deutschland und Europa mitzugestalten und frühzeitig Einfluss auf regulatorische Entwicklungen zu nehmen.

Frauen in der Oberflächentechnik: Herausforderungen, Chancen und Perspektiven

Auch die Female SurFaces, das Frauennetzwerk des ZVO, hatten wieder zu einer dialogorientierten Session zum Thema Frauen und Oberflächentechnik mit Schwerpunkt auf der Produktion geladen. Den Auftakt der dreigeteilten Veranstaltung machte ein Vortrag von Dr. Elke Moosbach, der die Entwicklung von Frauen bzw. den Wandel in der Arbeitswelt beleuchtet, mit speziellem Fokus auf der Oberflächentechnik. Noch vor hundert Jahren waren Frauen in vielen Bereichen der Wirtschaft ausgeschlossen, heute sind sie in vielen Branchen nicht mehr wegzudenken. Und doch bleibt ein großes Potenzial ungenutzt: Während der Fachkräftemangel wächst, ist der Frauenanteil in technischen und produzierenden Berufen nach wie vor gering. Der Vortrag zeigte auf, welche Herausforderungen, aber auch strategischen Möglichkeiten sich für Unternehmen ergeben, die den Fachkräftemangel nicht als Problem, sondern als Chance begreifen und auf das bislang ungenutzte Potenzial von Frauen setzen.

Es folgte ein Zwiegespräch zweier Branchenbegleiterinnen zum Thema Frauen in der Produktion: Miriam Dürr als Arbeitnehmerin und Claudia Wagner als Arbeitgeberin sprachen offen über ihre Erfahrungen: Welchen Herausforderungen müssen sich beide Seiten stellen? Welche Hürden gibt es auf beiden Seiten – von Kinderbetreuung über körperliche Anforderungen bis hin zum Umgang mit Chemikalien? Und was braucht es, damit mehr Frauen nicht nur Zugang, sondern auch langfristige Perspektiven in der Produktion erhalten?

Die anschließende Podiumsdiskussion griff das Thema (mehr) Frauen in produzierenden Tätigkeiten noch einmal auf. Expert:innen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Praxis analysierten die aktuelle Situation und diskutierten Wege in die Zukunft. Die Session war durchgängig gut besucht und auch der freie Stuhl beim Panel fand regen Anklang bei weiblichen wie männlichen Teilnehmern. 

Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten

Der Vortragsblock der „Jungen Kollegen“ auf den #OTBerlin25 bot wieder eine Leistungsschau der deutschen Universitäten und Forschungsinstitute, die im Bereich Oberflächentechnik tätig sind. Insgesamt elf Absolventen und junge Mitarbeitende konnten hier in drei Sessions ihre Forschungsarbeiten vorstellen.

Lea Breu, Bosch Manufacturing Solutions, referierte über die Wasserstoffpermeationseigenschaften von eloxiertem Aluminium. Dabei legte sie einen Schwerpunkt auf den Zusammenhang zwischen Mikrostruktur der Oxidschicht und deren Permeabilität. Diese Forschung ist relevant für Bauteile in Anwendungen in der Wasserstoffwirtschaft. 

Elektrochemie auf höchstem Niveau präsentierte Anna Lena Woeste, TU Ilmenau: Die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien lässt sich durch sogenannte „Prälithiierung“ erhöhen – im Prinzip eine gezielte erste Aufladung vor dem Zusammenbau der Zelle. Diese Anwendung wird bei alternativen Anodenmaterialien wie Silizium möglicherweise Bedeutung erlangen.

Marius Engler, TU Ilmenau und Gewinner des diesjährigen DGO-Nasser-Kanani-Preises, erforschte elektrochemische Energiespeicherung im großen Maßstab. Eisen-Flussbatterien sind Speicher, die in der Zukunft die Energiewende unterstützen können, dabei aber ohne kritische oder knappe Stoffe auskommen. Engler konnte mit Methoden wie Cyclovoltammetrie und Mikrogravimetrie den Elektrolyten und die Abscheidebedingungen optimieren.

Jonas Rehbein, TU Ilmenau, eröffnete die zweite Session. Sein Vortrag drehte es sich um dekorative oder funktionale Chrom-, Chromlegierungs- oder Chromersatzschichten. Die Arbeit zielte darauf ab, das allgemeine Verständnis für die Chromabscheidung aus dreiwertigen Elektrolyten zu verbessern und auch zu systematisieren. 

Mahmoud Elkady, HS Aalen, referierte zu funktionalen Chromschichten. Mit einem kommerziellen dreiwertigen Hartchromelektrolyten wurden Hartstoffpartikel wie Borcarbid co-abgeschieden, wodurch die Mikrostruktur aber auch tribologische Eigenschaften der Chromschicht verbessert werden konnten.

Nisha Poonia, TU Chemnitz, lieferte einen Beitrag zur galvanischen Abscheidung von „Edelstahl“ (Fe-Cr-Ni Legierungen). Ihr Spezialgebiet war die Co-Abscheidung von Siliziumcarbid-Partikeln in diesen Legierungen. Versuche zum Einfluss von Abscheideparametern auf die Mikrostruktur und die tribologischen Eigenschaften wurden mit einer beeindruckenden Systematik und Klarheit geplant, durchgeführt, ausgewertet und präsentiert. 

Um Verschleißschutzschichten ging es auch in dem Vortrag von Scott Dombrowe, HS Mittweida. Thema war die Abscheidung und Charakterisierung von Nickel-Wolfram Schichten. Als Besonderheit dieser Schichten ist der hohe Wolframgehalt und die damit verbundene hohe Härte nach Wärmebhandlung zu nennen. 

Zu Beginn der letzten Session gab Simon Kertzsch, HS Mittweida, einen Überblick über die Kunststoffmetallisierung in all ihren Facetten. Im Speziellen wurde auf die Metallisierung technischer Kunststoffmaterialien wie PEEK und PEI mit innovativen Ansätzen eingegangen. 

Gesina Kley-Steverding und Marc Edward-Piepenbrink, BIA Kunststoff- und Galvanotechnik, stellten ein Verfahren zur Rückführung von Cr(III)-Elektrolyt Spülwässern vor. Dabei wird das Spülwasser durch Umkehrosmose aufkonzentriert. Das Recyclat wird dann nach Aktivkohlereinigung wieder dem Elektrolyten zugeführt. Die Rückführung spart Chemiekosten und beeinträchtigt die Qualität der abgeschiedenen Schicht nur unwesentlich.

Florian Pantleon, TU Ilmenau, stellte seine Arbeit zum elektrochemischen Monitoring von Beizprozessen vor, die in diesem Jahr mit dem Nachwuchsförderpreis der DGO ausgezeichnet wurde. Erkenntnisse über den Beizfortschritt und den Zustand der Beize können durch eine Transientenmessung direkt am Bauteil bzw. durch eine Rauschmessung an einem Prüfling gewonnen werden. Pantleon hat in diesem Bereich Neuland betreten und dabei schon eine praxisreife Methode entwickelt. 

Zum Schluss zeigte Puya Sabeti, ZINQ, Einflussgrößen der Grenzflächenkinetik beim Feuerverzinken auf. Beindruckend war, mit welcher Tiefe und Sorgfalt die Vorgänge bei diesem etablierten Verfahren untersucht wurden und wie sehr die Art und der Zustand des Grundmaterials bei Überlegungen zum Ergebnis der Beschichtung eingeflossen sind.

Dreiwertige Hartchromverfahren 

Wie Oliver Daub, Dr. -Ing. Max Schlötter, einführend betonte, waren die bisherigen Bemühungen, zur Herstellung von Hartchromschichten sechswertige Chromverfahren durch Systeme mit dreiwertigen Chromverbindungen zu ersetzen, mit zahlreichen Schwierigkeiten verbunden. Der Beschichtung aus den meisten verfügbaren dreiwertigen Chromelektrolyten fehlten einige wichtige Eigenschaften wie Gleichmäßigkeit, Streufähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Mit neuen Entwicklungen konnten deutliche Fortschritte bei den Eigenschaften erzielt werden, die denen aus sechswertigem Hartchrom nahekommen oder diese in einigen Aspekten sogar übertreffen. Die Beschichtungseigenschaften und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten aus verschiedenen Elektrolytsystemen werden verglichen.

Mit einer neuen Generation von Elektrolyten auf der Basis von Chrom(III)-Verbindungen können nahezu rissfreie dreiwertige Chromschichten auf einfachen oder komplex geformten Substraten mit außergewöhnlicher Streufähigkeit abgeschieden werden. In Bezug auf die Gleichmäßigkeit zeigen die Ergebnisse auch, dass das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Dicke der Chromschicht deutlich reduziert ist. Außerdem ist die Empfindlichkeit des Prozesses gegenüber Vorbehandlungen geringer. Selbst bei extremer mechanischer oder thermischer Beanspruchung wird eine ausgezeichnete Haftung der Schicht festgestellt. Darüber hinaus wird die Korrosionsbeständigkeit der beschichteten Proben im Vergleich zu früheren dreiwertigen Chromschichten verbessert. 

Hartchromschichten aus Chrom(III)-Elektrolyten

Mit demselben Thema wie sein Vorredner befasst sich Andreas Waibel vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Die Schichten aus klassischen Chromelektrolyten weisen eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften auf: hohe Härte, niedriger Reibungskoeffizient, antiadhäsive Eigenschaften sowie hohe chemische und thermische Beständigkeit. Sie besitzen dadurch eine außergewöhnliche Leistungsfähigkeit, die erheblich zur Effizienz und Lebensdauer von technischen Bauteilen beiträgt. Zur Abscheidung solcher Hartchromschichten müssen industriell einsetzbare Elektrolyte nach wie vor auf Chrom(VI)-Verbindungen basieren, die aufgrund ihrer umwelt- und gesundheitsschädigenden Eigenschaften in der EU strengen Regulierungen unterliegen und einem konstant hohen Substitutionsdruck ausgesetzt sind. 

Als potenzielle Alternative sind in den vergangenen Jahren vermehrt chrom(III)-basierte Elektrolytsysteme in den Fokus gerückt. Trotz intensiver Entwicklungstätigkeiten können diese Systeme jedoch nach Ansicht von Andreas Waibel bislang nicht mit den etablierten Chrom(VI)-Systemen mithalten, sowohl hinsichtlich der Prozess- als auch der Schichteigenschaften. Dies belegte der Vortragende an einem Vergleich der Eigenschaften von Chrom(III)-Elektrolyten und den daraus abgeschiedenen Schichten im Vergleich zu bekannten Chrom(VI)-Systemen. Er stellte die Ergebnisse aktueller Forschungsarbeiten vor und gab einen Ausblick auf die erforderlichen Entwicklungen sowie die Herausforderungen bei der angestrebten zukünftigen Anwendung von Chrom(III)-Elektrolyten zur Hartchromabscheidung.

Erfahrungen bei der Einführung und Umstellung auf nicht-PFAS-haltige Netzmittel

Die galvanische Verchromung steht nicht nur aufgrund der Verwendung von sechswertigen Chromverbindungen, sondern auch wegen Blei und PFAS-haltiger Netzmittel zunehmend unter regulatorischem Druck, wie Anke Walter, Atotech Deutschland, betonte. Während bereits bewährte Alternativen wie trivalente dekorative Prozesse und erste funktionelle Hartchromprozesse auf Chrom(III)-Basis verfügbar sind, bleibt die Hartverchromung mit Chromsäure (Cr(VI)) nach wie vor weit verbreitet. Eine entscheidende Herausforderung ist die Kontrolle der Chrom(VI)-Emissionen, die traditionell durch PFAS-haltige Netzmittel zur Sprühnebelunterdrückung erreicht wurde. Aufgrund verschärfter Umweltauflagen in der EU und den USA ist deren Einsatz jedoch stark eingeschränkt oder bereits verboten.

Die Vortragende gab einen Überblick über den Stand der Entwicklungen von PFAS-freien Alternativen zur Sprühnebelverhinderung für dekorative und funktionelle Chrombeschichtungen. Diese Produkte sind seit rund drei Jahren auf dem Markt und wurden erfolgreich bei zahlreichen Anwendern eingesetzt. Anke Walter erläuterte die Unterschiede und Vorteile der neuen Technologien und beschrieb die Erfahrungen bei der Einführung und Umstellung in verschiedenen Anwendungsbereichen.

Poröse Nickelschichten als Katalysator-Trägerschichten für die AEM-Elektrolyse

Wasserstoff wird auf dem Weg zur Dekarbonisierung der Energie- und Rohstoffversorgung eine bedeutende Rolle zugeschrieben, unter anderem zur Energiespeicherung bei Stromüberschüssen oder für den Einsatz in der Stahlindustrie als Reduktionsmittel. Für die Erzeugung von Wasserstoff kommen Protonaustauschmembrane (PEM), alkalische Elektrolyseure sowie die Anionaustauschmembran(AEM)-Elektrolyse zum Einsatz. Letztere kombiniert die Vorteile der beiden vorgenannten Verfahren. 

Im Rahmen des ZIM-Kooperationsprojekts NiProAEM wird die Entwicklung einer hierarchisch aufgebauten Anode untersucht; Christian Höß, TU Ilmenau, der unter anderen am Projekt mitarbeitet, stellte es in seinem Vortrag vor. An der TU Ilmenau wird dabei die Abscheidung einer porösen Nickelschicht untersucht, die anschließend mit einem Katalysator aus einer Nickel-Eisen-Legierung beschichtet werden soll. Die Funktionalität dieser Katalysator-Trägerschicht besteht in der Sicherstellung der Verfügbarkeit des Katalysators an der Grenzschicht zur Membran sowie in der Vergrößerung der elektrochemisch aktiven Oberfläche.

Die Untersuchungen zeigen, dass für eine optimale, poröse Abscheidung neben der Elektrolytzusammensetzung die Stromdichte und Abscheidezeit starken Einfluss auf die Gesamtstruktur wie Dicke, Porengröße und -verteilung haben. Interessant ist, dass die Abscheidedauer nicht zu lange sein sollte, da in diesem Fall die Porosität wieder rückläufig werden kann. Zur Bestimmung der elektrochemisch aktiven Oberfläche wurden die Verfahren Cyclovoltametrie und elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) eingesetzt. Die besten Schichten erhielten die Forschenden bei einer Stromdichte von 0,8 A/cm2 und einer Abscheidedauer von 180 Sekunden. Wie die aufgenommenen Polarisationskurven nahelegen, eignen sich die Schichten für den Einsatz zur Elektrolyse mit Anionaustauschmembran (AEM).

Indium als whiskerarme Alternative für die Einpresszone

In der Elektronik kommen Bauteile für das Einpressen in Kunststoff zur Erzielung von elektrischen Kontakten zum Einsatz. Dafür werden Beschichtungen benötigt, auf denen keine Whisker entstehen, wodurch elektrische Kurzschlüsse verursacht werden können. Hans-Ullrich Eckert, Gerweck Oberflächentechnik, stellte eine Beschichtung von Steckern unter Verwendung von Indium in Zinnschichten vor, bei der das Whiskerwachstum geringstmöglich ist. Die Bildung von Whiskern ist auf unterschiedliche Gründe zurückzuführen, beispielsweise auf innere Spannungen, den Einbau von Organik in die Schicht, Wasserstoffeinbau oder auch Temperatur und Luftfeuchtigkeit. 

Bei Einpresskontakten steht als Ursache Druck auf die Schichten im Vordergrund. Bis vor kurzem wurde als Lösung Zinn-Blei genutzt, das aus regulatorischen Gründen nicht mehr eingesetzt werden kann. Eine Alternative dazu sind zum Beispiel Schichten aus Zinn-Silber, bei denen allerdings aufwändige Prozessbedingungen herrschen. Weitere Möglichkeiten sind Zinn-Indium-Schichten oder Zinn-Bismut-Schichten, wobei letztere keine Aufarbeitung von Metallabfällen erlaubt. Daraus ergibt sich der bevorzugte Einsatz von Zinn-Indium-Schichten. 

Zur Qualifizierung einer derartigen Beschichtung war es notwendig, das Abscheideverfahren für den Einsatz im Unternehmen des Vortragenden zu entwickeln. Die Herausforderung hierbei war die Prüfung der Beschichtung auf Whiskerbildung, was nicht ohne weiteres möglich ist, da Whisker in der Regel stark zeitverzögert auftreten. Um hier schnell zu Ergebnissen zu kommen, wurde vom Vortragenden ein geeignetes Messsystem entwickelt, mit dem im Bereich von einer Woche Ergebnisse vorliegen. Eine weitere Herausforderung bestand in der Durchführung des Reflowprozesses, da die Zinn-Indium-Legierung einen sehr niedrigen Schmelzpunkt von weniger als 120 °C aufweist. 

Für die Qualifizierung waren des Weiteren die Ein- und Auspresskräfte zu bestimmen und zu optimieren. Zwar tritt bei Zinn-Indium ein Kaltverschweißen auf, allerdings mit etwas geringeren Kräften als bei Zinn-Blei. Inzwischen erlaubt die Verfahrenstechnik die Beschichtung von Bauteilen, die alle Anforderungen der Kunden erfüllen. 

Hochwärmeleitfähige Folien unter Einlagerung von Diamanten

Miriam Dürr, fem Forschungsinstitut, stellte Ergebnisse aus einem ZIM-Projekt vor, bei dem hochwärmeleitfähige Folien durch Abscheidung von Metall unter Einlagerung von Diamanten hergestellt werden. Solche Folien dienen der Wärmeableitung in wärmesensiblen Geräten wie mobilen Rechnern oder Mobiltelefonen. Als Metall kommt dafür Kupfer in Frage aufgrund seines hohen Wärmeleitkoeffizienten. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit wird angestrebt, die Wärmeleitung durch die Integration von Diamant in die Schicht zu steigern. Als Prozesstechnik eignet sich das klassische Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Kupfer auf Edelstahlwalzen; auf diese Weise werden große Teile der Kupferfolien für die Elektronik hergestellt. 

Bezogen auf die Fläche, die für den Wärmetransport relevant ist, ergeben sich Anteile von etwa 40 Prozent Diamant und 60 Prozent Kupfer als vorteilhaft. Durchgeführt wurde die Untersuchung zur Flächenverteilung durch Nutzung der Technologie des Böschungsschnitts mittels Ionenstrahlung, da hierbei auch die Diamanten geschnitten werden können. Damit wird vermieden, dass die eingebetteten Diamanten bei der Präparation mechanisch aus der Schicht entfernt werden. 

Kupfer wurde für die Herstellung der Schichten aus einem sauren Elektrolyten unter Standardbedingungen abgeschieden. Wichtig ist hier die Optimierung der Abscheidung zur Erzeugung einer möglichst glatten Schicht unter Modifikation der Einbringung von Diamant in den Elektrolyten und der daraus folgenden Einbaurate. Die optimale Größe der eingesetzten Diamanten liegt im Bereich von 6 bis 12 Millimetern bei Schichtdicken von mehr als 100 Millimetern. Untersuchungen der hergestellten Folien lassen erkennen, dass eine Zunahme der Einlagerungsmengen zu einer etwas besseren Wärmeleitfähigkeit der Folien führt. Optimal sollte eine Berührung der Diamanten untereinander sein, ohne jedoch zur Porenbildung zu führen. 

Nickeldispersionsschichten für Elektrolyseanwendungen

Die von Dr. Nils Ulrich, Dr.-Ing. Max Schlötter, vorgestellten Nickeldispersionsschichten sind für den Einsatz in der Wasserstofftechnologie, speziell der Elektrolyse, vorgesehen. Sinnvoll ist die Entwicklung von Wasserstoff vor allem als Speicher für nachhaltigen Strom. Für derartige Elektrolyseeinrichtungen ist es wichtig, die Wasserstoffüberspannung an der Elektrodenoberfläche so klein wie möglich zu halten. Für die Elektrolyse aus alkalischen Elektrolyten eignen sich vor allem galvanisch abgeschiedenes Nickel sowie Nickeldispersionsschichten. Als Korrosionsschutzschichten kommen Zinn-Nickel-Schichten und Zinn-Nickel-Kohlenstoff-Schichten in Betracht. Für die Herstellung der Dispersionsschichten eignen sich Partikel als Funktionsstoffe, die für eine niedrige Wasserstoffüberspannung sorgen. Ähnliche Ziele sollen mit Nickellegierungen erreicht werden. 

Für die Herstellung der vorgestellten Dispersionsschichten wird ein Elektrolyt auf Basis von Nickelsulfamat verwendet. Mit diesem System wird eine gute und gleichmäßige Einbaurate der Partikel erreicht. Die Überspannung lässt sich mit geeigneten Partikeln erkennbar senken. Zu bemerken ist, dass der positive Effekt nur für Kathoden feststellbar ist, während für Anoden die Schicht ohne Partikel günstiger ist. Belastungsversuche lassen erkennen, dass die Elektroden über längere Laufzeiten konstante Werte der Überspannung aufweisen. Die Ergebnisse bestätigen sich auch in einem Teststand unter realen Prozessbedingungen, insbesondere kathodenseitig.

Chrom(VI)freies Abscheideverfahren für tiefschwarze Oberflächen

Schwarzchromschichten auf Basis von sechswertigem Chrom finden aufgrund ihrer tiefschwarzen Optik, hohen Absorptionsfähigkeit und robusten mechanischen Eigenschaften vielfältige Anwendungsgebiete, sowohl im dekorativen als auch im funktionalen Bereich. Allerdings fehlt bislang eine technisch gleichwertige Alternative, bei der auf die unerwünschten Chrom(VI)-Verbindungen verzichtet werden kann.

Im Rahmen eines Projekts, vorgestellt von Dr. Heidi Willing, fem Forschungsinstitut, wurde an einem alternativen galvanischen Verfahren gearbeitet, aus dem Schichten mit vergleichbaren Eigenschaften erzeugt werden können. Möglich ist dies zum Beispiel auf Basis nanostrukturierter, dreidimensionaler Oberflächen auf Nickelbasis. 

Durch die Variation der Abscheideelektrolyte beziehungsweise -parameter können die Schichteigenschaften gezielt beeinflusst werden. Dafür wurden Elektrolyte auf Basis von Nickelchlorid, Nickelsulfat sowie einer Kombination von Nickelsulfat mit Phosphat genutzt. Unter anderem zeigen die Untersuchungen, dass die relevanten Farbwerte von der Dicke der abgeschiedenen Schichten abhängen. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der benötigten schwarzen Schichten besteht in der Anwendung von Pulsstrom. Der Fokus liegt dabei auf der Optimierung der Schichteigenschaften, speziell im Hinblick auf Farbe, Lichtabsorption sowie der mechanischen Eigenschaften. 

Silber-Graphit-Dispersionsschichten – langlebig mit außergewöhnlichen tribologischen Eigenschaften

Bereits mit einem Graphitanteil von etwa 1 Gew.-% können, im Vergleich zu reinen Silberschichten, deutliche Verbesserungen bei Reibzahlen und elektrischem Widerstand nach Belastung erzielt werden. Diese Erkenntnis ist nicht neu, wie Dr. Stefan Henne, Dr. -Ing. Max Schlötter, einleitend vermerkte. Um das Potenzial der Elektromobilität voll ausschöpfen zu können, stellt sich aktuell die Frage, ob diese Art von Beschichtungen auch heutigen und zukünftigen Anforderungen an Temperaturstabilität und Steckzyklenzahl gerecht wird. So variieren die Anforderungen je nach Einsatzgebiet. Steckverbinder im Motorraum werden einer Temperaturbelastung von 180 °C ausgesetzt, im Bereich der Ladebuchse hingegen sind Temperaturen von 150 °C gefordert.

Für die Weiterentwicklung der erforderlichen Schichten werden Messergebnisse mit einem neu entwickelten Prüfstand und neuen Prüfkonzepten für tribologische und elektrische Eigenschaften von Kontaktschichten gewonnen. Neben Reibzahlen können in situ elektrische Widerstände bestimmt werden. Die Anzahl der Steckzyklen sowie der Normalkraft lässt sich variieren, um auch anspruchsvolle Anforderungen an Kontaktoberflächen simulieren zu können. Weiter wird an einem Lösungsansatz für die Anwendung von Silberschichten bei höheren Temperaturen und außergewöhnlichen tribologischen Eigenschaften gearbeitet.

Galvanische Platinabscheidung auf siliziumbasierten Halbleiterbauelementen

In der Mikroelektronik werden Metall-Halbleiterverbindungen in großem Umfang bei Sensoren und Detektoren, insbesondere Infrarotdetektoren und -kameras, vor allem in Form von Platin-Silizium-Halbleiterkontakten eingesetzt. Aktuell wird die Platinbeschichtung auf siliziumbasierten Halbleiterbauelementen durch Sputtertechniken oder platinhaltige Druckpasten mit anschließender Wärmebehandlung realisiert. 

Mathias Fritz von der TU Ilmenau arbeitet an einem Ansatz zur galvanischen Platinabscheidung für derartige Anwendungen. Spezielles Augenmerk liegt auf der Vorbehandlung des Siliziums für die anschließende Platinabscheidung unter Variation der Stromdichte, Elektrolytzusammensetzung sowie Beleuchtung des Substrats (light induced plating). Die Herausforderungen liegen unter anderem in einer homogenen Platinbeschichtung mit niedrigem Kontaktwiderstand und hoher Haftfestigkeit. 

Plasmaelektrolytische Oxidation von Stahl

Dr. Roy Morgenstern, TU Chemnitz, bewertete in seinem Vortrag, inwiefern Schichten, erzeugt durch plasmaelektrolytische Oxidation, auf Stahl mit kompaktem Schichtinneren und offenporöser Oberfläche für die Anwendung als Haftvermittler durch die Kombination mehrerer Verfahrensschritte erreichbar sind. 

Im ersten Schritt werden aluminiumoxidreiche Fällungsschichten sowie PEO-Schichten (PEO: Plasmaelektrolytische Oxidation) bei niedriger Gleichspannung (< 100 V) oder gepulster Spannung mit moderater Amplitude (100 V bis 200 V) hergestellt. Die derart erzeugten PEO-Schichten dienen zu einer Art Substratpassivierung für einen weiteren PEO-Schritt in einem Silikat-Phosphat-Elektrolyten bei gepulster Spannung mit erhöhter Amplitude (> 300 V). Als Substratwerkstoff dient ein für den Strukturleichtbau relevanter, hochfester Dualphasenstahl mit blanker oder phosphatierter Oberfläche. 

Während der plasmaelektrolytischen Oxidation werden zeitliche Verläufe der elektrischen Kenngrößen und Videos der Funkenentladungen aufgezeichnet. Die Schichtanalyse erfolgt auf der Makroebene durch Lichtmikroskopie, Röntgenfluoreszenzanalyse und Röntgendiffraktometrie sowie im Mikrometermaßstab mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie und Ramanmikroskopie. 

Die aufgrund ihrer Haftfestigkeit, Homogenität und Schichtdicke als Substratpassivierung am besten geeignete Schicht wurde in Aluminat-Phosphatlösung bei 200 V Spannungsamplitude erzeugt. Während des zweiten Schritts der plasmaelektrolytischen Oxidation in Silikat-Phosphat-Lösung bei 300 V fanden Funkenentladungen und Schichtbildung bevorzugt an Orten geringer Schichtdicke statt, sodass neben Schichtbereichen mit hohem Aluminiumoxidanteil im Prozessverlauf zunehmend siliziumdioxid- und eisenphosphathaltige Bereiche entstanden. 

Die neue ELV-R und ihre Auswirkungen auf die Oberflächentechnik

Die europäische Altfahrzeugrichtlinie regelt seit fast 25 Jahren die Verwendung von Blei, Cadmium, Chrom(VI) und Quecksilber und schreibt Wiederverwertungs- und Recyclingquoten vor. Allerdings gibt es nach Ansicht von Thomas Holzapfel, imds professional, bei der Umsetzung in den Mitgliedsstaaten zahlreiche Unterschiede. Zudem wurde festgestellt, dass der Einsatz von Recyclingmaterialen in Neufahrzeugen und die Rückgewinnung von Materialen aus Altfahrzeugen ungenügend sind. Ein weiteres Problem ist, dass der Begriff Altfahrzeug nicht wirklich definiert ist und daher beispielsweise Unfallwagen mit wirtschaftlichem Totalschaden nicht der Verwertung zugeführt, sondern ins (außer-)europäische Ausland verkauft werden. Und bisher galt die ELV nur für Fahrzeuge der Klassen M1 oder N1. 

Die neue Altfahrzeugverordnung adressiert die von der EU benannten Problemfelder und gilt, wenn sie in Kraft tritt, unmittelbar in allen Mitgliedsstaaten. Auch Fahrzeuge der Klassen M2, M3, N2, N3 und O (Busse/Lkw/Anhänger) sowie L3e, L4e, L5e, L6e und L7e (zwei- und dreirädrige Krafträder und Quads) fallen nach fünf Jahren darunter. Es wird neue Anforderungen an die Wiederverwendbarkeit, Recyclingfähigkeit und Verwertbarkeit geben. Mindestens 25 Prozent des Kunststoffanteils eines neuen Fahrzeugs müssen aus Rezyklat bestehen (Post-consumer), wiederum 25 Prozent davon aus dem Recycling von Kunststoffen aus der Altfahrzeugverwertung, wobei zudem bereits bei der Konstruktion das Recycling berücksichtigt werden soll.

Da die Automobilhersteller nun stärker auf Recyclierbarkeit achten müssen, könnte es eine Nachfrageverschiebung bei den bisher typischerweise zum Einsatz gekommenen Beschichtungsmaterialien geben. Und somit wird auch indirekt die Oberflächenbranche betroffen sein: insbesondere bei Beschichtungen auf und aus Kunststoffen, möglicherweise vermehrtem Einsatz von Rezyklaten, eventuellen Nachfrageveränderungen bei Metallbeschichtung hinsichtlich Recycling-fähigkeit/Wiederverwendbarkeit. 

Chrom(VI)-freie Kunststoffvorbehandlung

Unternehmen auf dem Gebiet der galvanischen Beschichtung von Kunststoffen sind durch die europäische Chemikalienverordnung REACH aufgefordert, keine sechswertigen Chromverbindungen einzusetzen. Dies betrifft sowohl die Herstellung der Chromschicht als auch das Beizen des Kunststoffs, wobei für ersteres inzwischen brauchbare Lösungen vorliegen und eingeführt sind. 

Dagegen ist die chromtrioxidfreie Vorbehandlung von Kunststoffen seit Jahren Gegenstand der Entwicklung, sowohl bei Verfahrenslieferanten als auch bei Kunststoffgalvaniken selbst, wie die Vertreter von SurTec International Dr. Sven Neudeck und Marvin Wagner von BIA Kunststoff- und Galvanotechnik, in ihrem Vortrag betonten. In der neu aufgebauten Galvaniklinie der BIA Group wurde in Solingen bereits ein Verfahren im Großmaßstab getestet. Erhebliche Nachteile führten jedoch zur Entscheidung, das Vorbehandlungsverfahren zu wechseln.

In Zusammenarbeit mit SurTec und OKUNO Chemical Industries Co., Ltd. (Japan) konnte nun ein neuer Prozess etabliert werden, der auf Basis von Permanganat in Kombination mit Silber und – bei bestimmten Gegebenheiten zusätzlich mit Palladium – arbeitet und eine zuverlässige, haftfeste und selektive Abscheidung ermöglicht.

Oberflächenbehandlung und Reinigung durch elektrolytisches Plasmapolieren

Bei der Fertigung eines Endprodukts müssen viele Teile bestimmte Merkmale erfüllen, wie Gratfreiheit, Oberflächengüte, Maßhaltigkeit oder Präzision. Die prozesssichere Erreichung der Kriterien ist essenziell, da sie zum Beispiel die Qualität von Beschichtungs-, Schweiß- und Klebeprozessen beeinflusst. Die hohe Oberflächengüte ist beispielsweise für die Reibeigenschaften eines Bauteils oder die Reinigungs- und Sterilisierbarkeit im späteren Anwendungsgebiet von wesentlicher Bedeutung. Für die notwendige Oberflächenbearbeitung bietet sich das von Matthias Kroll, plasotec GmbH, vorgestellte elektrolytische Plasmapolieren von metallischen Teilen an. Das Verfahren kann bei allen elektrisch leitenden Werkstoffen eingesetzt werden, also in erster Linie bei Metallen. Genutzt wird ein gering konzentrierter Elektrolyt mit etwa 5 Prozent Salzanteil in Wasser, bei sehr hohen Gleichspannungen von bis zu 320 V und Stromdichten von unter 0,2 A/cm2.

Wie Kroll schilderte, ermöglicht die Technologie eine signifikante Verbesserung der Oberflächengüte und die Entfernung von Feinstgraten. Im selben Arbeitsgang werden darüber hinaus filmische und partikuläre Verunreinigungen umweltfreundlich entfernt. Für die Wirksamkeit des Verfahrens ist in der Regel kein vorgelagerter Reinigungsprozess erforderlich, was sich als deutlicher Vorteil bei der wirtschaftlichen Betrachtung der gesamten Prozesskette bemerkbar macht. 

Durch elektrolytisches Plasmapolieren werden die Reinigbarkeit sowie das Abtropf- und Trocknungsverhalten von Bauteilen wesentlich verbessert und somit der Energieverbrauch gesenkt. Die Verwendung eines umweltfreundlichen Elektrolyten und die Kombination von mehreren Arbeitsschritten der Prozesskette in einem Arbeitsgang ermöglicht die wirtschaftliche und umweltschonende Oberflächenbehandlung und Reinigung von Teilen. Plasmapolierte Teile können in der Regel im Folgeprozess direkt weiterverarbeitet werden. Der Vortragende stellte dies anhand von ausgewählten Anwendungsbeispielen, unter anderem aus den Bereichen Medizintechnik, Feinmechanik und Elektronikfertigung vor. 

PFAS-freie Systeme für den Korrosionsschutz

Die Regulierungen rund um ein mögliches PFAS-Verbot treiben die Entwicklung von PFAS-freien Alternativen an. Sabrina Hilbt stellte die Lösungen der Dörken Coatings vor, insbesondere für die Anwendung auf galvanischen Untergründen. Dazu gehören bewährte Produktlösungen sowie ein neuer, innovativer PFAS-freier silberner Decklack. Ebenfalls steht eine komplett neue PFAS-freie Generation von DELTA®-SEAL-Varianten zur Verfügung. Am Beispiel einiger erfolgreicher Kundenprojekte zeigte sie, welche Vorteile sich durch den Umstieg auf PFAS-freie Lösungen bieten. 

Besonderes Augenmerk liegt bei PFAS-freien Produktlösungen auf der Verbesserung des CO2-Footprint: PFAS-haltige Produkte wie Topcoats mit PTFE belasten durch ihre Herstellung und Anwendung die Umwelt erheblich. PFAS-freie Produkte ermöglichen es nach Aussage von Hilbt, die CO2-Bilanz signifikant zu verbessern und damit einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigeren Zukunft zu leisten.

Forschungsdatenmanagement für die Abscheidung dekorativer Chromschichten aus Chrom(III)-Elektrolyten

Für ein Forschungsprojekt zur dekorativen Chrombeschichtung aus dreiwertigen Elektrolyten, das Dr. Christoph Baumer, TU Ilmenau, vorstellte, wurde eine Ontologie für galvanische Schichten entwickelt und mit den experimentellen Daten in einer relationalen Datenbank verknüpft. Dazu wurden die Daten aus der galvanotechnischen Praxis, wie Daten zum Rohmaterial, Elektrolyten, Beschichtungsprozess, Vor- und Nachbehandlungen, Anlage, Umgebung und vor allem Qualität der Beschichtung herangezogen. Ziel ist es, diese Informationen so aufzubereiten und zu verknüpfen, dass sie sowohl für den Menschen als auch für die Maschine verständlich sind. Möglich machen dies Wissensgraphen oder Ontologien, die eine semantische Verbindung zwischen dem Expertenwissen der Galvanikfachleute und den gespeicherten Daten schaffen. Gleichzeitig ermöglichen sie die automatisierte Strukturierung und Verarbeitung der Informationen.

Mit Hilfe von einfachen Abfragen lassen sich damit Schichtdicken, Farb- oder Glanzwerte mit den Prozessparametern, wie Stromdichte, Elektrolytkonzentration, pH-Wert oder Temperatur verknüpfen. Die Ermittlung dieser komplexen Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zeigt bisher unbekannte Zusammenhänge auf und macht Vorhersagen und Prozessoptimierungen möglich. Ausgehend von den grundlegenden Problemen des Datenhandlings wurden im Vortrag Lösungsansätze des Datenmanagements in der Galvanotechnik gezeigt. Diese können auf den industriellen Prozess übertragen werden, wodurch sich analog Vorteile in Bezug auf Verständlichkeit, Transparenz, Verknüpfung und Nutzung der Daten ergeben. 

Funktionalisierung von Oberflächen

Seit mehreren Jahren steigen die Anforderungen an kathodische Schichten, also Zinkschichten zum Schutz von Stahlsubstraten an. Dieses Thema hatte Dr. Christine Rohr, SurTec International, bereits in einem Vortrag auf den ZVO-Oberflächentagen 2025 näher betrachtet und einen grundsätzlichen Zugang zu modernen Schichten aufgezeigt. Inzwischen hat die Referentin den damaligen Ansatz erweitert und eine weitergehende Betrachtung der Einflussmöglichkeiten zur Erfüllung von multifunktionalen Ansprüchen an Oberflächen erarbeitet. Zu wichtigen der zahlreichen Anforderungen zählen Verschleißschutz, mechanische Belastungen, definierte Reibung, Sicherung gegen Lösen, Warmlöseverhalten, Überlackierbarkeit und selbstverständlich die klassische Forderung nach hoher Korrosionsbeständigkeit. 

Es wurden Untersuchungen beispielsweise zur Erhöhung der Haftung von organischen Beschichtungen durchgeführt, bei denen unterschiedliche Phosphatierungen zum Einsatz kamen, sowie deren Verhalten auf die Haftung der Lackierung ermittelt. Hierbei zeigten sich deutliche Unterschiede, untersucht für das Auftragen von Gleitlacken, im Hinblick auf die Art des Lacks, das zu lackierende Grundmaterial oder die Art der Vorbehandlung wie Sandstrahlen. 

Bei der Beschichtung von Schrauben für Fahrzeuge konnte gezeigt werden, dass die Reibungszahlen von passivierten Oberflächen hohe Streuungen aufweisen können und eine Nachschmierung diesen nachteiligen Effekt reduzieren kann. Damit lässt sich gewährleisten, dass gleichmäßige Verschraubungen realisierbar sind. Weitere Anforderungen an Verbindungselemente sind die Bereitstellung einer Schraubensicherung gegen unerwünschtes Lösen unter Betriebsbelastung und von Abdichtungen. Für beide Fälle zeigte die Referentin mögliche Lösungen durch partielles Beschichten mit organischen Stoffen und die damit erzielbaren Resultate.

Kupferbeschichtung für Wärmeaustauscher aus Zellwachsstrukturen

Mohammad Dodangi von der TU Chemnitz befasst sich mit einer neuartigen Methode zur Herstellung komplexer Hohlmetallstrukturen, indem 3D-gedruckte Hohlstrukturen mit Kupfer metallisiert werden. Diese Strukturen, basierend auf dreifach periodischen Minimalflächen (Schwarz-P), sind aufgrund ihrer deutlich höheren Anzahl an Übertragungseinheiten im Vergleich zu herkömmlichen Plattenwärmetauschern besonders vorteilhaft für den Einsatz für die Wärmeübertragung. Sie bieten nach Aussage des Vortragenden ein überlegenes Wärmemanagement, sind dabei kostengünstiger als alternative Methoden wie Metallgießen oder Metall-3D-Druck und ermöglichen die Skalierbarkeit zur Herstellung von Strukturen in verschiedenen Größen. 

Im Rahmen des CORNET-Projekts WaxCelMet wurde eine Produktionskette, die additive Fertigung, Spritzguss und Galvanisierung kombiniert, zur Fertigung von Hohlmetallstrukturen entwickelt und optimiert. Durch die Verwendung von Wachsen mit niedriger Viskosität und Polymermischungen ermöglicht der Prozess entweder die Entfernung des Substrats nach der Galvanisierung, um leichte Hohlstrukturen herzustellen, oder die Beibehaltung des Substrats als Phasenwechselmaterialien (PCM) zur thermischen Energiespeicherung. 

Der benötigte galvanische Abscheideprozess beinhaltet Vorbehandlungsschritte zur Vorbereitung und eine chemische Kupferabscheidung. Zudem wurde eine geeignete Galvanikanlage aufgebaut, mit der eine gleichmäßige Kupferabscheidung auf der komplexen Geometrie gewährleistet werden kann. Die Wirksamkeit des Prozesses wird durch Lichtmikroskopie beurteilt sowie durch Bewertung der Abdeckung und Qualität sowohl der chemisch abgeschiedenen als auch der galvanisch abgeschiedenen Kupferschichten. 

Regeneration von Schleifringkörpern unter Einsatz galvanischer Verfahren

Derzeit werden Bronze-Schleifringkörper in Sonderformaten für Kräne und Windkraftanlagen im Reparaturfall nicht überholt, sondern neu gefertigt. Um Ausfallzeiten und die damit verbundenen hohen Kosten zu minimieren, sollten solche Bauteilgruppen effizient und umweltschonend regeneriert werden. Im Rahmen eines ZIM-Kooperationsprojekts, vorgestellt von Ivan Genov, TU Ilmenau, wird ein umweltfreundliches Verfahren zur elektrochemischen Regeneration von Bronzekomponenten mit einem Zinnanteil von zehn Prozent erforscht.

Ziel ist die Entwicklung eines neuartigen Elektrolyten sowie eines Prototypen für die kontinuierliche Beschichtung von verschlissenen Schleifringkörpern unter optimierten Strömungsbedingungen und elektrischer Feldverteilung. Als Alternative zum etablierten cyanidbasierten System werden neue Komplexbildner erforscht. Als Bezugspunkt und zur Validierung des Abscheideprozesses wird zunächst ein kommerzieller cyanidbasierter Elektrolyt verwendet. Damit lassen sich dicke Bronzeschichten von mehreren hundert Mikrometern auf Zylinderkörpern mit gleicher Legierungszusammensetzung wie im Grundmaterial und deren Charakterisierung herstellen. 

In den Versuchen zeigte sich, dass eine Echtzeitüberwachung der Elektrolytzusammensetzung während des Beschichtungsprozesses nötig ist, da die langen Abscheidezeiten zur Änderung der Metallionenkonzentration führen. Zur Lösung dieses Problems wurde die Square-Wave-Voltammetrie (SWV) als effektive Technik identifiziert. Die Signalamplitude liefert Informationen über die aktuelle Schichtzusammensetzung, die im Prozess erhalten wird. Zudem kann über die kathodischen Peaks die Konzentration der Metallionen im Elektrolyten bestimmt werden. Die Optimierung und Validierung des SWV-Verfahrens ermöglichen eine Anpassung der Überwachungsmethodik für Elektrolyte. 

Herausforderungen bei der Messung von Chrom(VI) in der Galvanotechnik

Wie Dr. Julius Gröne, Matthews International, betonte, ist die Bestimmung von Grenzwerten insofern problematisch, als es oftmals schwierig ist, diesen auch nachzuweisen. Die geplante Beschränkung, die für Unternehmen eine klare Grenzwertfestlegung ermöglichen würde, ist bislang nicht umgesetzt worden. Diese Unsicherheit führt dazu, dass Unternehmen derzeit zurückhaltend in Maßnahmen investieren, die mit Chrom(VI) in Verbindung stehen. Eine festgelegte Grenze würde für nötige Planungssicherheit sorgen und den rechtlichen Rahmen konkretisieren. Im Falle von Chrom(VI) wird der SCOEL-Report (SCOEL: Scientific Committee on Occupational Exposure Limits) als Ausgang für die Toxizität des Stoffes herangezogen. Der aktuell von der ECHA vorgeschlagenen Grenzwert von 0,01 mg/m3 ist eigentlich nicht messbar. Herausforderungen sind zudem im Hinblick auf die Messgenauigkeit zu benennen, einschließlich Wiederholgenauigkeit, Einflussgrößen auf Messergebnisse und Schwankungen durch externe Faktoren. 

Mit relativ einfachen Mitteln lässt sich die Anwesenheit von Chrom(VI) auf Oberflächen erkennbar machen (gemäß ISO 17075). Entfernen lässt sich solches Chrom durch Waschlösung mit Vitamin C (und/oder Ascorbinsäure). Als Prävention kann die Impfung gegen Pneumokokken empfohlen werden. Schließlich ist zu betonten, dass das Händewaschen vor der Aufnahme von Nahrungsmitteln sehr hilfreich ist, um gegen Chrom(VI) über die Haut oder den Mund geschützt zu sein (Osha-Richtlinie). Grundsätzlich wichtig ist aber das Festlegen von Grenzwerten, die in der Praxis auch handhabbar sind.

Analyse von Prozessbädern in Echtzeit

Mittlerweile ist die Online-Analytik zur Überwachung von galvanotechnischen Prozessen Stand der Technik. Sie gewährleistet eine optimale Zusammensetzung der Elektrolyte während des Beschichtungsprozesses. Um aber das Potenzial der gewonnenen Prozess- und Messdaten bestmöglich zu nutzen, ist eine Verknüpfung und Analyse dieser Datenflut erforderlich, um wertvolle Erkenntnisse für Prozessstabilität und Qualitätsverbesserung zu gewinnen – ein Thema, mit dem sich Dr. Thomas Moritz, Hillebrand Chemicals, befasst.

Bei der von ihm vorgestellten Methode werden Daten aus verschiedensten Quellen, wie Online-Analytik, Anlagenrechnern oder ERP-Systemen über Schnittstellen gebündelt und in einer zentralen Datenbank zusammengeführt. Diese Daten umfassen analoge Signale, wie zum Beispiel Temperatur, pH-Wert und Konzentrationen der Elektrolyte, als auch digitale Informationen, wie beispielsweise Ventilstellungen, Pumpenzustände oder Gleichrichterdaten. Die Datenaufbereitung und Visualisierung erfolgt in einer intuitiven Benutzeroberfläche, die Echtzeit-Kennzahlen wie den CpK-Wert für Prozessstabilität berechnet und diese mittels eines Ampelsystems überwacht. Abweichungen werden vom System-Health-Service(SHS)-Team frühzeitig erkannt, wodurch Reaktionszeiten verkürzt und Qualitätsverluste minimiert werden.

Darüber hinaus erlaubt die Verknüpfung von Anlagendaten, Angaben zu den Elektrolyten sowie kundenbezogenen Informationen eine lückenlose Dokumentation des Produktions-prozesses. Diese ermöglicht eine schnelle Erstellung von chargenspezifischen Berichten bei Rückfragen sowie eine neue Ebene der Transparenz und Prozesssicherheit. Der Ansatz zeigt, dass die intelligente Nutzung der Datenflut weit über das bloße Sammeln hinausgeht – hin zu datengetriebenen Entscheidungen, die Qualität und Effizienz nachhaltig verbessern können.

KI-unterstützte Oberflächenfehlerdetektion in der Serienproduktion

Automatische optische Inspektionssysteme (AOI), die auf KI-Modellen basieren (Inspektionsmodelle), bieten eine effiziente und kostengünstige Lösung für die Inspektion der Bauteile auf Oberflächenfehler. Die Vielfalt der Bauteilgeometrien und die Erkennung seltener Defekte, für die nur wenige Musterteile vorliegen, stellen jedoch eine Herausforderung dar, wie Andreas Hofmann, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM einführend betonte. Für das Training von Inspektionsmodellen werden zahlreiche repräsentative Fehlerbilder benötigt, was in der Praxis oft schwierig bis unmöglich ist, weshalb AOI-Systeme mit KI-Unterstützung in der Qualitätssicherung bisher kaum verbreitet sind.

Diese Herausforderung lässt sich nach Erfahrung des Vortragenden durch den Einsatz eines generativen KI-Modells überwinden, bei dem die erforderlichen Bilddaten der fehlerhaften Teile synthetisch erzeugt werden. Dieses Modell wird auf Basis von nur wenigen realen Fehlerbildern trainiert und erlernt, die Merkmale der Oberflächenfehler zu erkennen. Der entscheidende Schritt besteht darin, neue, plausible Bilder von Fehlern zu generieren. Dadurch wird der Trainingsdatensatz erweitert, was wiederum die Erkennungs- und Klassifikationsgenauigkeit verbessert.

Der erweiterte Trainingsdatensatz kann für verschiedene Beschichtungen -verwendet werden. Dieser Ansatz ermöglicht eine hohe Flexibilität und dadurch einen erfolgreichen Einsatz in unterschiedlichen optischen Inspektionssystemen zur Bilddatenerhebung. Anhand von verschiedenen Beispielen, wie dem Einsatz eines Tunnelinspektionssystems und eines Freifallsystems, zeigte der Vortragende, wie anwendungsnah diese Kombination aus flexiblen Inspektionssystemen und generativer KI ist. 

Prozessanalytik auf dem Weg zu KI-unterstützter Elektrolytführung

Nachhaltigkeit, Arbeitsschutz und Kostendruck in der Zuliefererkette sowie steigende Energie- und Rohstoffpreise sind aktuelle Schwerpunktthemen, die zu einem Umdenken hin zu automatisierter Elektrolytüberwachung zwingen, mit der sich Daniel Schlak, Metrohm Deutschland, befasste. Mit dem Ziel, die Prozesseffizienz zu steigern, wird die Automatisierung der Abläufe, basierend auf intelligentem Verhalten und maschinellem Lernen, zukünftig eine Schlüsselrolle einnehmen. 

Bereits jetzt werden durch den Einsatz moderner Verfahren der Mess- und Regeltechnik zur automatisierten Medienführung große Datenmengen produziert, die Nutzung der Daten und deren Zusammenführung zu einem KI-Modell gestalten sich allerdings als herausfordernd. Für die Erstellung von KI-basierten Modellen ist das Wissen über die genaue Konzentration über den Lebenszyklus des betrachteten Elektrolyten hinweg unabdingbar. Sowohl manuelle als auch automatisierte Analysen liefern hierzu wertvolle Ergebnisse. Vollautomatisierte Lösungen, wie Online- oder Atline-Systeme erlauben im Gegensatz zu klassischen Labormethoden, eine kontinuierliche und engmaschige Prozessüberwachung mit hoher Datenqualität quasi in Echtzeit. 

Die automatisierte Analytik in Kombination mit modernen Softwarelösungen eröffnet eine breite Palette an Möglichkeiten für die Automatisierung und das Handling der Datenmengen. Prozessdaten werden kontinuierlich erfasst, verarbeitet und an jedes Prozessleitsystem übermittelt. Zusätzlich können Prozessdaten von externen Sensoren abgerufen und maßgeschneiderte Programme reibungslos ausgeführt werden. Dabei spielen modulare Analysensysteme eine wichtige Rolle, die alle in der Galvanotechnik relevanten Analysentools wie Titration, VA/CVS, XRF und Raman vereinen sowie deren Kombinationsmöglichkeiten. 

Richtiges Anodenmaterial – maximale Performance

Wie Dr. Cay-Uwe Pinnow, Helmut Fischer, betonte, sind Röntgenquellen in ED-XRF-Messgeräten häufig mit Wolfram (W) als Anodenmaterial ausgestattet, da Wolfram über eine exzellente chemische und thermische Langzeitstabilität verfügt und auch aufgrund seiner hohen Ordnungszahl (Z=74) ein sehr intensives und universell einsetzbares Anregungsspektrum liefert, das sich für viele Applikationen in der Schichtdickenmessung und in der Analytik als sehr vorteilhaft erweist. Bei einzelnen Anwendungen kommt es aber aufgrund der charakteristischen Linien des Wolframs zu Limitierungen, so dass es für spezielle Anwendungen bessere Alternativen gibt. Alternative Anodenmaterialien umfassen Elemente wie beispielsweise Molybdän, Chrom oder Rhodium. 

Am Beispiel der Vermessung von Nickel-Phosphor-Schichten auf Kupfer, der Kombination von Gold, Nickel-Phosphor und Kupfer auf Leiterplatten, Zink-Aluminium auf Stahl im Automobilbau beziehungsweise auf Stahl als Korrosionsschutz sowie von Manganphosphat als Korrosions- und Abriebschutz sowie Gleitmaterial erläuterte der Vortragende detailliert die Vorzüge und Grenzen der verschiedenen Anodenmaterialien. Insbesondere für leichte Elemente, wie sie in Nickel-Phosphor vorliegen, ist Chrom als Anodenmaterial für die Vermessung der Beschichtungen besser geeignet als Wolfram. 

Korrelation von dynamischen Kontaktwinkeln und Haftung durch neuartiges Testverfahren

Die einfache Kontaktwinkelmessung ist seit langem ein unverzichtbares Werkzeug im Werkzeugkasten des Beschichtungsspezialisten. Sie dient nach Aussage von Katharina Wulz, Krüss GmbH, als Richtschnur für die Formulierung und Bewertung der Beschichtungsleistung in Bezug auf Benetzbarkeit, (Wieder-)Beschichtbarkeit, Defektkontrolle, Haftung und mehr. Während statische Kontaktwinkel bekannt sind, werden dynamische Kontaktwinkelmessungen weniger verwendet. Vermutlich ist das darauf zurückzuführen, dass sie sehr viel schwieriger und zeitaufwändiger sind, da ein typischer Satz von Messungen (einschließlich Wiederholungen) zwei Stunden oder mehr in Anspruch nimmt.

Im Rahmen einer Reihe von Studien konnte eine starke Korrelation zwischen dynamischen Kontaktwinkelmessungen, insbesondere den Daten des Rückzugswinkels, und der Haftfähigkeit von Substratbeschichtungen gemäß ISO 2409 (Cross-Cut-Adhesion/Tape-Test) belegt werden. Diese Korrelation wurde an einer Vielzahl von Substrattypen getestet. Ein Schlüsselaspekt dieser Arbeit ist die Verwendung einer neuartigen Messtechnik, der so genannten Stood-up-Drop-Methode, die schnell und zuverlässig den Rückzugswinkel misst und die typische Messzeit auf nur wenige Sekunden pro Probe (einschließlich Wiederholungen) reduziert. 

Faulprozesse und Mikroorganismen im Abwasserbereich 

Die Abwasserbehandlung ist ein Bereich in der Produktion, der nicht direkt zur Wertschöpfung beiträgt. Solange Prozesse stabil laufen, Grenzwerte eingehalten werden und die Betriebskosten gering sind, steht der Bereich nicht im Fokus. Leider kann es nach den Erfahrungen von Alois Kinateder, GusChem, zu einer Vielzahl von Problemen kommen. Neben wiederholt auftretenden Grenzwertüberschreitungen wie erhöhte Nitritwerte, Schwermetallwerte oder CSB-Konzentrationen, kann schließlich durch technische Störungen der Prozess ausfallen, was einen Eingriff erforderlich macht.

Eine Ursache für eine Vielzahl von Störungen im Abwasserbereich liegt nach den Erfahrungen von Kinateder bei Mikroorganismen. Der Biofilm führt zum Verringern der Durchflussmengen, zum Verstopfen und Verblocken von Kiesfiltern und durch pH-Verschiebungen sogar zum Rücklösen von Schwermetallen. Dies belegte der Vortragende an zahlreichen Beispielen aus der Praxis. Zu diesen Fällen unterschiedlichster Art lassen sich verschiedene Ursachen und Abhilfemaßnahmen ermitteln, wobei die dauerhafte Abstellung der Fehlerursache im Vordergrund steht.

Bemessungsgrundlagen zur Rückhaltung von Löschwasser 

Gemäß Besorgnisgrundsatz aus dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) sind Boden und Gewässer vor Verunreinigungen durch Löschwasser zu schützen, das im Brandfall von Anlagen mit wassergefährdenden Stoffen freigesetzt werden könnte. Die Betreiber derartiger Anlagen sind nach den Ausführungen von Christian Deyhle, Qubus GmbH, zur Erstellung eines Konzepts verpflichtet, um den Nachweis zu erbringen, dass eine ausreichend dimensionierte Löschwasser-Rückhaltung am Betriebsstandort vorhanden ist. Die derzeitige Herausforderung für Anlagenbetreiber liegt in der fehlenden verbindlichen, bundeseinheitlichen Bemessungsgrundlage für die Löschwasser-Rückhaltung. Trotz dieser Lücke fordern Behörden Anlagenbetreiber dazu auf, die Bemessung der notwendigen Löschwasser-Rückhaltung durchzuführen. Derzeit erfolgt diese auf der Grundlage von bestehenden Erkenntnisquellen. 

Im Vortrag wurden ausgewählte planerische Ansätze näher erläutert und praktische Beispiele für die technische Umsetzungen von Löschwasser-Rückhaltesystemen vorgestellt. Hierbei spielen die räumlichen Gegebenheiten in den entsprechenden Fertigungsabschnitten, vorhandene Medien im Hinblick auf die Wassergefährdung oder die vorhandenen Mengen der einzelnen Medien eine Rolle. Umgesetzt werden die Anforderungen zum Beispiel mit vollautomatischen, teilautomatischen oder auch mit manuellen Sperren. 

Nachhaltigkeit: Vom Zukunftsthema zur Pflicht 

Nach Aussage von Jannik Lorenz, LoNa GmbH, gewinnt das Thema Nachhaltigkeit zunehmend an Bedeutung in der Unternehmenspraxis und wird durch gesetzliche Anforderungen verstärkt. Die Einführung der Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) in der Europäischen Union markiert dabei einen Wendepunkt.

Diese Regelung führt zu erhöhten Anforderungen an die strategische Planung und das Management nachhaltiger Maßnahmen. Unternehmen stehen vor der Herausforderung, sich nicht nur auf die Berichterstattung vorzubereiten, sondern Nachhaltigkeit als Bestandteil ihrer Geschäftsstrategie zu etablieren. Gleichzeitig eröffnet diese Entwicklung die Möglichkeit, sich durch gezielte Maßnahmen Wettbewerbsvorteile zu sichern und auf veränderte Erwartungen von Kunden, Mitarbeitenden und Finanzinstituten einzugehen.

Lorenz beleuchtete in seinem Vortrag die wachsende Relevanz der Nachhaltigkeit im Unternehmenskontext, informierte über die konkreten Anforderungen der CSRD und diskutierte die strategischen Implikationen für Unternehmen. Dabei wird untersucht, wie Nachhaltigkeit nicht nur als Pflicht, sondern auch als Chance begriffen werden kann, um langfristig erfolgreich zu agieren.

Online-Unterweisung für Mitarbeiter

Online-Sicherheitsunterweisungen für Mitarbeitende bieten nach den Erfahrungen von Dr. Jan Picalek, FinishingX, eine Lösung für viele Probleme der heutigen Industrie. Dazu gehören etwa Ressourcenmangel, Kostendruck und steigende Anforderungen an den Arbeitsschutz. Allerdings wies der Vortragende auch darauf hin, dass die Unterstützung mit elektronischen Hilfsmitteln, wie sie eine Online-Schulung darstellt, die mündliche Unterweisung nicht ersetzen kann. Sie stellt aber vor allem für kleine Unternehmen eine gute Möglichkeit dar, für die notwendigen Fachkenntnisse bei den Mitarbeitern zu sorgen. Gute Sicherheitsstandards etwa verhindern nicht nur schwerwiegende Ereignisse wie Brände oder Explosionen. Sie wirken sich auch positiv auf Motivation, Fehlzeiten und Mitarbeiterfluktuation aus. Zudem ist es beim Einsatz von Online-Seminaren mit vertretbarem Aufwand möglich, die Mitarbeiter in ihrer jeweiligen Muttersprache zu informieren und so für das bestmögliche Verständnis einer oftmals schwierigen Materie zu sorgen.

Normung im Bereich Oberflächentechnik für Metalle

In einem gemeinsamen Vortrag stellten Clemens Judersleben, Deutsches Institut für Normung e. V. und Dr. Jens Riedel, iChem-Analytics GmbH, den Ablauf zur Erstellung von Normen vor, wobei sie die geplanten Normen für Kohlenstoffschichten und keramische Hartstoffschichten (NA 062-01-64 AA) sowie für chemische und elektrochemische Überzüge (NA 062-01-76 AA) als -aktuelles Beispiel im Blick hatten. 

Die Regelung NA 062-01-64 AA versteht Kohlenstoffschichten als amorphen Kohlenstoffschichten, auch Diamond-like Carbon (DLC) sowie kristalline Diamantschichten, wobei nur die mit PVD- und CVD-Verfahren hergestellt Hartstoffschichten betrachtet werden. Neben bereits bestehenden Vorgaben (DIN und ISO), beispielsweise zu inneren Spannungen oder Benetzungsfähigkeit der Schichten, werden in weiteren Arbeiten die Techniken zur Härtebestimmung der Schichten betrachtet. 

Im Falle der chemisch und elektrochemisch abgeschiedenen Metallschichten spielt die Wasserstoffentwicklung und daraus resultierende Versprödungen von Substratwerkstoffen eine wichtige Rolle, zu der bereits einige Regelungen vorliegen (z. B. DIN 50940-2oder ISO 24251-2). Die Vortragenden wiesen auf die Wichtigkeit einer intensiven Mitarbeit von Fachleuten der Branche hin. Durch die Übernahme von Leitungsfunktionen in diesen Gremien kann ein deutlicher steuernder Einfluss auf zukünftige Themen und Schwerpunkte sowie die Inhalte der Normen genommen werden. 

Förderprogramme für industrielle Innovationen

Unternehmen, insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU), stehen vor der Herausforderung, ihre Innovationsideen gezielt zu platzieren und effizient zu fördern. Zwei bewährte Förderprogramme, die Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) und das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM), bieten nach den Worten von Dr. Daniel Meyer, DGO, hierfür maßgeschneiderte Unterstützung. 

Die IGF ermöglicht vorwettbewerbliche Forschungskooperationen mit Wissenschaftseinrichtungen, wodurch Unternehmen von neuen Technologien profitieren, ohne hohe Eigeninvestitionen tätigen zu müssen. Das ZIM hingegen fördert marktorientierte Forschungs- und Entwicklungsprojekte einzelner Unternehmen oder Verbundprojekte mit Partnern. Beide Programme stärken die Innovationskraft der Industrie, beschleunigen den Technologietransfer und sichern die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen. 

Möglichkeiten und Herausforderungen der Aus- und Weiterbildung

Seit einiger Zeit verstärkt sich der Mangel an qualifizierten Fachkräften in der Oberflächentechnik, sowohl im Bereich der handwerklichen Tätigkeiten als auch im Bereich der Leitungsebene. Die Ausbildungsstätten – Fachschulen und auch die Betriebe – sind hier aufgefordert, die potenziellen Nachwuchskräfte für die Ausbildung zu motivieren und bestmöglich zu begleiten. 

Dr. Markus Richert und Frank Tischlinger vom Technischen Berufskolleg (TBK) Solingen stellten dazu die neuesten Entwicklungen vor. So wird zum Beispiel intensiv daran gearbeitet, moderne Lehrmethoden unter Einsatz von digitalen Systemen für das Berufsfeld des Oberflächenbeschichters (m/w/d) zu entwickeln und einzusetzen. Darüber hinaus werden die Rahmenbedingungen für die Auszubildenden verbessert, indem Distanz- oder Hybridunterricht angeboten wird; dadurch können zum Teil große Reisetätigkeiten zwischen Ausbildungsbetrieb und Schule vermieden oder reduziert werden. 

Ein erheblicher Aufwand ist nach Aussage der Vortragenden dafür aufzubringen, das erforderliche Grund- und Fachwissen zu vermitteln, damit die Auszubildenden Zwischen- und Abschlussprüfung erfolgreich abschließen können. Hier macht sich bemerkbar, dass die Grundbildung in den Regelschulen im Hinblick auf Technik zunehmend Mängel erkennen lässt oder auch sprachliche Barrieren vorliegen. Die Weiterbildung zum Techniker kann inzwischen deutlich flexibler gestaltet werden, um die finanzielle Situation der Studierenden durch Verdienstausfall während des zweijährigen Studiums zu verbessern. 

Deckungsschutz Forderungsausfallversicherung

Die zunehmenden Insolvenzen in Deutschland machen deutlich, wie wichtig es jetzt ist, sich mit dem Thema Forderungsabsicherung zu beschäftigen, wie Stefanie Wendisch, BüchnerBarella, in ihrem Vortrag betonte. Die gut geglaubten Kunden sind oft schlechter in ihrer wahren Bonität, als vermutet. Allein im Bereich Automotive rechnen die Kreditversicherer mit Insolvenzen bei 30 Prozent bis 40 Prozent der Unternehmen in Deutschland. Daraus ergibt sich die Tendenz, durch eine Ausschreibung am Markt auch TOP-Kunden kostenfrei und verbindlich vorzuprüfen, was einen guten Einblick vermittelt, ob die Deckung auch werthaltig ist. 

Nicht versicherte Schäden belasten die Liquidität eines Unternehmens. Neben den Forderungsausfällen kann es zudem noch zu einer Insolvenzanfechtung kommen. Hierbei hat der Insolvenzverwalter das Recht, bis zu vier Jahre rückwärts bereits sicher geglaubte Zahlungseingänge anzufechten. Die Vortragende ging in ihren Ausführungen auf Details unter anderem zu Portfolioanalyse von TOP-Kunden, Besonderheiten in den Deckungsbausteinen sowie dem korrekten Umgang mit Kunden im Hinblick auf das Thema Insolvenzanfechtung ein.

Wertschöpfung im Unternehmen

Obwohl das Endprodukt in der Oberflächentechnik global gesehen eine technisch und optisch funktionale Beschichtung ist, hat jedes Unternehmen in der Branche seine individuellen Stärken herausgearbeitet und bedient einen ebenso anspruchsvollen Markt. Produktqualität, Standzeit, Entsorgungskosten, Effektivität und Energie sind nach Ansicht von Jörg Martin, Galvimax GmbH, nur die wichtigsten Faktoren für entstehende Synergieeffekte einer nachhaltigen Optimierung. 

Dabei ist die Aufgabe der Kostenoptimierung als Lieferant der Großindustrie mit hohem Bedarf weitaus unkomplizierter, als bei kleineren Stückzahlen mit breitem Teileportfolio. Große Stückzahlen, kalkulierbare Auslastungen und Kosten erlauben es, durch aufeinander abgestimmte Optimierungen belastbare Kennzahlen zu generieren, welche die Effektivität der Maßnahmen transparent darstellen und überwachen lassen, während kleinere Auftragschargen aus einem ganz anderen Blickwinkel bewertet werden müssen. Daher ist eine Beurteilung und Auswertung von Optimierungsmaßnahmen nur über längere Zeiträume sinnvoll, um den Einfluss auf die Wertschöpfung zu ermitteln. 

Brandschutz in Galvanikbetrieben durch Temperaturüberwachungen

Die Gefahr eines Brandes in einer Galvanikanlage ist seit Jahren ungebrochen hoch, wie Jörg Buchgeister, atb Elektronische Steuerungen, eingangs vermerkte. In der Vergangenheit wurden als Ursache dieser Brände fast ausschließlich die elektrischen Badwärmer verantwortlich gemacht. Dies ist jedoch zu kurz gedacht. Auch die Stromkontakte und die dazugehörigen Anodenschienen sowie weitere Komponenten sind oft genug verantwortlich für Brände in Galvanikanlagen. Dies kann jedoch durch eine dauerhafte Messung der Temperatur stark reduziert werden. 

An zahlreichen Beispielen aus seiner Praxis ging der Vortragende auf die verschiedenen Möglichkeiten zur Vermeidung von Brandschäden durch Heizsysteme in der Galvanotechnik ein. 

Arbeitnehmermarken in der Oberflächentechnik 

Der Arbeitsmarkt ist vielfältig und Unternehmen stehen vor der Herausforderung, passende Mitarbeitende zu finden. Die standardisierten Recruiting-Prozesse scheinen dem nicht mehr gerecht zu werden. Daher muss sich nach Überzeugung von Christina Geldmacher, ZINQ GmbH & Co. KG, der Recruiting-Prozess verändern: Eine schnelle Einstellung sollte als Ziel nicht mehr im Vordergrund stehen, sondern langfristige Perspektiven und Entwicklungsmöglichkeiten für den Mitarbeiter. Der Fokus muss ihr zufolge auf dem Menschen liegen und nicht ausschließlich auf der zu besetzenden Stelle.

Das Unternehmen der Vortragenden setzt dies in Best Practice um, indem die Arbeitnehmermarke Mach Dein ZINQ den Mitarbeitenden in den Fokus rückt. Dabei geht es um mehr als Arbeitsprozesse: Partizipation und Karrierechancen stehen im Mittelpunkt. Die Perspektive für Bewerberinnen und Bewerber beginnt bei der dualen Ausbildung und einer Durchlässigkeit der Organisation bis hin zur Führungsebene. Der Erfolg zeigt sich an ehemaligen Auszubildenden, die heute in Führungspositionen sind. Davon profitieren Unternehmen und Bewerbende gleichermaßen: Transparente Entwicklungsmöglichkeiten und individuelle Wertschätzung sorgen für eine nachhaltige Arbeitskultur. 

Betriebliche Einkommenssicherung durch Stärkung der Arbeitgebermarke

Axel Piepenstock, BüchnerBarella, zeigte in seinem Vortrag, wie sich durch eine obligatorische betriebliche Einkommenssicherung nicht nur Mitarbeitende motivieren lassen, sondern auch die Arbeitgebermarke stärken lässt. Dies kann durchaus für einige Zeit zu einem Alleinstellungsmerkmal im Wettbewerb zu anderen Unternehmen im nahegelegenen Industriegebiet führen. Der Vortragende erläuterte im Detail, wie sich Talente gewinnen und langfristig binden lassen.

Nachhaltige Versiegelung – geeignet für die Autoindustrie?

Nachhaltigkeitsthemen spielen in den verschiedensten Industrien eine immer größere Rolle, seien es die Restriktionen beim Einsatz bestimmter Chemikalien oder der Energie- und Ressourceneinsatz, wie Dr. Michael Schem, MacDermid Enthone Industrial Solutions, betonte. 

Im vergangenen Jahr wurde eine Versiegelung vorgestellt, die zu mehr als 60 Prozent aus erneuerbaren Rohstoffen besteht. Dazu zählt unter anderem der Gedanke, dass Rohstoffe dann als nachhaltig gelten, wenn sie sich innerhalb der Nutzungsdauer regenerieren. Diese Ansätze werden auch auf das Fachgebiet der Beschichtung übertragen. Ein Beispiel dafür sind Lacke auf Basis natürlicher Grundstoffe. So können beispielsweise Kunststoffe aus Stärke hergestellt werden. 

Für den Korrosionsschutz werden dazu biobasierte Stoffe in den Versiegelungen auf Zinkbeschichtungen eingesetzt. Die Anforderungen für die Anwendung richten sich auf die Funktion als Korrosionsschutz, das Aussehen, die Ablösbarkeit oder die Haltbarkeit und Lagerfähigkeit. Möglich sind damit Versiegelungen mit mehr als 60 Prozent Bioanteil mit gutem Verhalten in der Fertigung und guten Gebrauchseigenschaften.

Modulare Anoden für eine nachhaltige Zukunft

In der modernen Galvano- und Oberflächentechnik gewinnt das Konzept der Zirkularität zunehmend an Bedeutung. Christian Kurrle, Umicore Galvanotechnik, beleuchtete in seinem Vortrag innovative Verfahren, Produkte und Produktdesigns, die zur Förderung der Nachhaltigkeit in der Branche beitragen. Dazu bieten sich Anoden aus modularen Segmenten an, die auf die Produktion abgestimmt sind, um eine maximale Kapazitätsauslastung zu gewährleisten. Anwender können einzelne Segmente einer Anode in verschiedenen Elektrolyten einsetzen und bei Abnutzung oder mechanischen Beschädigungen diese gezielt austauschen. Dies verlängert die Lebensdauer der Anode erheblich und reduziert gleichzeitig die Versandkosten durch die kompakten Segmente.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Rückgewinnung von Platin und Iridium. Die Etablierung eines Rückführungsprozesses für diese Edelmetalle trägt zur nachhaltigen Nutzung von Ressourcen bei und schließt den Materialkreislauf.

Nachhaltige, energiesparende und ressourcenschonende Transformation 

Energie- und ressourcenintensive Industrien und deren Wertschöpfung stehen aktuell und in naher Zukunft vor großen Herausforderungen. Nico Bajorat, WHW Hillebrand, stellte Ansätze für Strategien, Risiken und Möglichkeiten vor, wie durch mögliche Transformationen und Rahmenbedingungen eine Verbesserung der Situation erreicht werden kann. Die Orientierung der Aufgaben richtet sich auf die Bilanzierung der CO2-Emissionen gemäß des Greenhouse-Gas-Protokolls im Scope 1, Scope 2 und 3 sowie die Nachhaltigkeitsberichterstattung (CSRD) und die Herangehensweise gemäß European Sustainability Reporting Standards (ESRS).

Eine konkrete Maßnahme ist der Einsatz von elektromechanischen Wärmepumpen unter Nutzung regenerativer Energie, mit der nach den Erfahrungen des Vortragenden bis zu 50 Prozent energetischer Einsparung zu erreichen sind. Weitere Möglichkeiten, Energie einzusparen, bieten die Optimierung der Anlagen zur Erzeugung von Prozesskälte, der Einsatz von hocheffizienten Gleichrichtern, die Reduzierung des Wärmebedarfs für die Vorbehandlung oder der Ausbau der Photovoltaik zur Nutzung von Eigenstrom. 

Ziel ist es, für alle Herstellungsverfahren, Produkte und Ressourcenströme eine umfassende Bilanzierung zu erstellen und den Einfluss von Kreislaufwirtschaft (Circular Economy), Energieeinsparmaßnahmen, der Minderung des Wasserverbrauchs und Abfällen sowie den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen auf die Kosten- und Klimabilanz zu bestimmen. Besonders das Thema der Scope 3-Bilanzierung ist detailliert zu betrachten, da es bei vielen Unternehmen mehr als 50 Prozent der Treibhausgasemissionen erzeugt.

Interkalationspartikel für die Kompositgalvanoformung: Neue Ansätze für Batteriekathoden mit Aluminiummatrix

Mit der Kompositgalvanoformung wird ein Verfahren genutzt, das Galvanoformung und Dispersionsabscheidung kombiniert und die Einbindung funktionalisierter Aktivmaterialpartikel (zum Beispiel NCA) direkt in die Aluminiummatrix ermöglicht, wie Lena Meixner, Hochschule Aalen, einleitend betonte. Da Aluminiummetall nicht aus wässrigen Elektrolyten abgeschieden werden kann, kommen ionische Flüssigkeiten auf Basis von [EMIm]Cl und AlCl₃ zum Einsatz. Dieser Ansatz vereinfacht die Fertigung der gesamten Elektrode auf einen Prozessschritt und ermöglicht im Gegensatz zum etablierten Stand der Technik eine synergetische Optimierung von elektrischer und mechanischer Anbindung. Dies schafft die Grundlage für Elektroden mit hoher Leistungsdichte und Effizienz, die für ihr Recycling im Sinne eines 200-Prozent-Prozesses direkt als Anoden in der KGF-Herstellung neuer Elektroden genutzt werden können.

Die Funktionalisierung der Aktivmaterialpartikel verhindert unerwünschte Reaktionen zwischen Partikeln und Elektrolyt, fördert eine hohe Einbaurate in die Matrix, unterstützt das strukturelle Wachstum der Bindematrix und gewährleistet eine gute Benetzbarkeit und elektrochemische Zugänglichkeit. Diese optimierte Einbettung sorgt für eine stabile mechanische und elektrische Anbindung, die für die Leistungsfähigkeit von Batterieelektroden entscheidend ist. Elektrochemische Tests in Halbzellen zeigen, dass die Funktionalisierung eine hohe Zyklierbarkeit ermöglicht, begleitet von einer stetig steigenden Coulomb-Effizienz nach den ersten Zyklen. Dieser Erfolg zeigt das Potenzial der gezielten Funktionalisierung von Partikeln für die Nutzbarmachung der KGF als neue Methode zur Fertigung hochkompetitiver LIB-Kathoden. 

Elektrochemische Abscheidung von Al-Si-Schichten für Verbundgussverfahren

Das Verbundgussverfahren ermöglicht es, Stahl mit Aluminium zu umgießen, um leichte, bauraumsparende, dünnwandige und langlebige Hybridmaterialien für den Automobilbau zu erzeugen. Aufgrund der dynamischen Belastungen ist eine zuverlässige, duktil haftende Verbindung zwischen Stahl und Aluminium entscheidend. Nach den Ausführungen von Krishna Venkatesh, TU Ilmenau, haben Studien gezeigt, dass Al-Si-Schichten auf Stahlsubstraten durch die Bildung einer intermetallischen Phase aus Al-Si-Fe diese Anforderungen erfüllen können.

Derzeit werden diese Al-Si-Schichten hauptsächlich durch CO₂- und energieintensive Verfahren wie die PVD-Beschichtung oder die Elektrolyse in geschmolzenen Salzen (> 960 °C) hergestellt. Die elektrochemische Abscheidung in ionischen Flüssigkeiten bietet eine effiziente und skalierbare Möglichkeit, solche Schichten mit einstellbaren Eigenschaften zu erzeugen. Die ionische Flüssigkeit 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid ([EMIm]Cl): Aluminiumchlorid (AlCl₃) ist ein vielseitiges Medium für die galvanische Abscheidung von Aluminium und seinen Legierungen.

Für die galvanische Abscheidung von Al-Si-Legierungen bei Raumtemperatur in [EMIm]Cl: AlCl₃ (1:1,5) eignen sich verschiedene Siliciumquellen wie SiCl₄, SiBr₄ und SiI₄. Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die Art des Präcursors und dessen Konzentration die maximale Menge an Silicium in der Legierung sowie die Morphologie der Schichten beeinflussen. Außerdem zeigt die Abscheidetechnik (galvanostatisch, potentiostatisch oder Pulsabscheidung) einen starken Einfluss auf die Schichtqualität.

Neue Generation chromfreier Aluminiumpassivierung

Die Nachfrage nach nachhaltigen Verfahren ist nach Aussage von Holger Stausberg, MacDermid Enthone Industrial Solutions, in allen Branchen gestiegen. Da Aluminium sowohl im Automobil- als auch im Bausektor eine wesentliche Rolle spielt, werden seine Produktion und Anwendung neu bewertet, um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Die Vielseitigkeit und Stärke von Aluminium haben es zu einem bevorzugten Material für zahlreiche Anwendungen gemacht, insbesondere in der Automobil- und Bauindustrie. Wachsende Umweltbedenken und Ressourcenbeschränkungen haben jedoch zu einem Wandel bei der Beschaffung und Verarbeitung von Aluminium geführt.

Um die Auswirkungen dieser Parameter auf die Korrosionsbeständigkeit zu demonstrieren, wurden drei Legierungen ausgewählt, deren komplexe Strukturen einen negativen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit mit Eisen und Zink als Legierungselemente haben. Die erste ausgewählte Legierung ist AA 5457 mit Magnesium als Hauptlegierungselement und die Legierung 3003, die reich an Zink ist und die geringste Korrosionsbeständigkeit aufweist. Die dritte Legierung 6063 wurde ausgewählt, um die Korrelation zwischen Adhäsionseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufzuzeigen. Diese wurde im Vergleich getestet, um den Unterschied zwischen Standard-Ti und Ti/Zr-basierten Alternativen zu zeigen. Schließlich wurde zum Schutz der Teile aus der Legierung 3003 eine Nachbehandlung eingeführt, um die Korrosionsbeständigkeit über 480 Stunden in NSS zu verbessern.

Laserinduzierte Direktmetallisierung von nichtleitenden Werkstoffen

In den vergangenen Jahren hat sich die laserinduzierte Direktmetallisierung von nichtleitenden Werkstoffen, wie beispielsweise Keramiken, als vielversprechende Technik zur Verbesserung der Funktionalität verschiedener Komponenten etabliert. Michael Lingner, Robert Bosch Manufacturing Solutions, und Randolf Hoffmann, NanoMID-FEP, stellten ein neuartiges Verfahren vor, bei dem nicht-leitfähige Substrate zunächst mit einer speziellen Tinte, die unter anderem Metallionen enthält, besprüht werden. Anschließend wird die vorbereitete Oberfläche mit einem Laser bearbeitet. Dabei wird eine definierte Rauheit der Oberfläche durch Anpassung der Laserparameter an den verwendeten Grundwerkstoff erzeugt, und Metallionen werden durch den Laser zu ersten Metallclustern reduziert.

Diese Cluster dienen als Nukleationsstellen für nachfolgende chemische oder galvanische Abscheidungsverfahren, wodurch unterschiedliche metallische Schichten aufgebracht werden können. Die präzise Führung des Lasers ermöglicht die Erzeugung feinster, partieller Strukturen auf geometrisch komplex geformten Bauteilen. Das Verfahren überzeugt durch eine erhöhte Haftung, Präzision und Flexibilität, gute Materialeffizienz sowie weitreichende Funktionalität und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.

Nickel-Wolfram-Legierungsschichten als potenzieller Hartchromersatz

Der Referent Dr. Daniel Wett, Institut für Korrosionsschutz Dresden, befasste sich mit galvanischen Abscheidung von Nickel-Wolfram-Legierungsschichten. Untersucht wurde der Einfluss der Konzentration der Elektrolytbestandteile, Temperatur, pH-Wert und Stromdichte auf die erzeugten Nickellegierungsschichten durch erste Untersuchungen im Becherglasvolumen. Im Maßstab eines 30-Liter-Beckens abgeschiedene Schichten sind dicht, bis zu einer Dicke von etwa 30 µm nahezu frei von Rissen. Der in den Schichten erreichte Wolframgehalt lag zwischen 17 und 24 Atomprozent, damit können sie durch Anlassen gehärtet werden. Die Härtung bei 500 °C an Luft führt zu Härtewerten von 1.000 bis 1.200 HV0,01. Damit liegt die Härte der Schichten im Bereich derer von Hartchromschichten. Je nach Anwendungsfall könnten damit chrom(VI)-haltige Verfahren zukünftig ersetzt werden. 

Bei der Charakterisierung der Schichten kamen neben Härtemessungen, Licht- und Elektronenmikroskopie, Röntgenspektroskopie und Korrosionstests auch Verschleißbestimmungen zum Einsatz und ausgewählte Ergebnisse wurden mit Werten für Hartchromschichten verglichen. Nachteilig an den Schichten ist im Vergleich zu Hartchromschichten insbesondere deren niedrige Korrosionsbeständigkeit, die in etwa auf dem Niveau von galvanischen Nickelschichten ähnlicher Schichtdicke liegt. Für die Erhöhung des Korrosionsschutzes sind demnach entsprechende Grund- oder Zwischenschichten nötig.

Elektropolitur von Magnesiumwerkstoffen

Nach Ansicht von Jessica Kloiber, OTH Regensburg, zeigt Elektropolieren großes Potenzial als elektrochemisches Nachbehandlungsverfahren zur Verbesserung der Korrosionsstabilität biomedizinischer Magnesiumlegierungen. Aufgrund des reaktiven Charakters von Magnesium gestaltet sich der Elektropolierprozess jedoch deutlich komplexer als bei konventionellen Stählen. Die Entwicklung geeigneter Elektropolierelektrolyte für Magnesiummaterialien reduziert sich gegenwärtig auf Elektrolytmischungen mit Phosphorsäurebasis. Ein neuartiger Ansatz ist der Einsatz von Deep Eutectic Solvents, die sich insbesondere durch ihre geringe Toxizität und biologische Abbaubarkeit auszeichnen. Typische Elektrolyte sind eutektische Mischungen aus Cholinchlorid mit Ethylenglykol, Harnstoff oder Glycerin.

Der Fokus der durchgeführten Untersuchungen liegt auf der Entwicklung geeigneter Prozessparameter für die Elektropolitur von Magnesium in den verschiedenen Deep Eutectic Solvents und der anschließenden Charakterisierung der elektropolierten Oberflächen. Ihre Untersuchungen umfassen Kennwerte der Oberflächenmorphologie mittels Laserscanning- und Rasterelektronenmikroskop, der Oberflächenzusammensetzung durch Infrarotspektroskopie sowie des Degradationsverhaltens mit elektrochemischen Messungen. Zudem wurden die erzielten Oberflächen mit jenen unter Anwendung des herkömmlichen säurehaltigen Elektrolyten verglichen. 

Oberflächenbehandlung von großen additiv gefertigten metallischen Strukturen für die Luftfahrt

Die Designfreiheit der additiven Fertigung metallischer Teile ermöglicht die Fertigung topologieoptimierter Leichtbaukomponenten für Luftfahrtanwendungen. Verfahren wie das Laser Powder Bed Fusion (LBPF) ermöglichen die Herstellung komplexer und leichter Komponenten aus Titan, Aluminium oder Stahl, die jedoch durch den Bauraum der Anlage in der Größe limitiert sind. Mit drahtbasierten DED-Verfahren ist es potenziell möglich, große metallische Strukturteile herzustellen, die eine signifikante Reduzierung des Gewichts der Flugzeugstruktur und damit auch des Energieverbrauchs der Antriebssysteme erlauben. 

Oliver Rohr, Airbus Defence and Space, hat im Forschungsprojekt XL-3D-Printing Airbus Central R&T Konzepte zur additiven Fertigung großer metallischer Strukturen untersucht. Aufgrund der Größe von einigen Metern ergeben sich neue Herausforderungen für die Oberflächenbehandlung, da eingeführte Nachbehandlungsverfahren für LBPF-Teile wie Gleitschleifen oder Plasmapolieren dafür nicht geeignet sind. Auch die unterschiedliche Topographie und Mikrostruktur von DED-Oberflächen erfordert angepasste Verfahren, um die Anforderungen an die Oberflächengüte bezüglich Fatigue und zerstörungsfreie Prüfung von Strukturteilen erfüllen zu können. Der Vortragende gab einen Überblick über den Stand der Technik der additiven Fertigung großer metallischer Teile, die sich daraus ergebenden Herausforderungen für die Oberflächentechnik und die im Projekt XL-3D-Printing erarbeiteten Lösungsansätze. 

Entwicklung einer flexiblen Batterie mit drahtbasierten Elektroden 

Das Forschungsprojekt FiberBat hat als Ziel die Entwicklung einer flexiblen Lithium-Schwefel-Batterie (Li-S) durch den Einsatz drahtbasierter Elektroden, vorgestellt von Max Braungardt, Hochschule Aalen. Lithium-Schwefel-Batterien zeichnen sich durch eine erhöhte Sicherheit im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien aus, wie Tests wie der Nagelpenetrationstest zeigen. Daher sind sie für den Einsatz in körpernahen Anwendungen besser geeignet.  

Die Herstellung der Kathode erfolgt mittels Dispersionsabscheidung, indem das Aktivmaterial in Form von mit Polythiophen funktionalisierten Schwefelpartikeln galvanisch in eine Nickelmatrix auf Nickeldraht abgeschieden wird, wobei die Funktionalisierung zu einer untypischen und für die Batterieanwendung zwingend nötigen Struktur führt. Dadurch entfällt der Bedarf an in herkömmlichen Verfahren notwendigen Bindemitteln oder leitfähigen Zusätzen und erlaubt so eine synergetische Optimierung von elektrischer und mechanischer Anbindung, welche die Grundlage für Kathoden mit hoher Leistungsdichte und Energieeffizienz bildet. Dies resultiert aus einer hohen Gesamtleitfähigkeit und Kombination mit einer stark erhöhten Kathodenoberfläche. 

Die Herstellung der Anoden erfolgt über die kontrollierte galvanische Abscheidung von metallischem Lithium auf Kupferdraht, was zu einer Verringerung des Lithiumüberschusses in der Zelle führt und so die Sicherheit der Batterie erhöht. Der Einsatz drahtbasierter Elektroden ermöglicht nicht nur eine hohe Flexibilität der Batterie und Skalierbarkeit für Anwendungen in tragbarer Elektronik, sondern verbessert auch die Sicherheitsmerkmale, die für den breiteren Einsatz von Lithium-Schwefel-Batterien in körpernahen Anwendungen wie Smart Clothes erforderlich sind. Dabei gewährleisten sie eine bessere Wärmeableitung sowie die Eingrenzung mechanischer Defekte auf einzelne Drähte, was die Gefahr eines Thermal-Runaway deutlich reduziert.

Wege zur energieeffizienten Galvanik – datengetriebene Energiesystemplanung

Der effiziente Einsatz von Energie und Ressourcen ist nach Aussage von Dr.-Ing. Stefan Kölle, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, angesichts der stark steigenden Energie- und Rohstoffpreise vor allem im internationalen Wettbewerb zunehmend von Bedeutung. Dies trifft die Galvanotechnikbranche besonders, da die Kosten für Energie und Materialien einen erheblichen Teil der Produktionskosten ausmachen. Deshalb kann für Unternehmen ein effizienter Umgang mit Energie und Ressourcen zu einer Schlüsselkompetenz werden, die sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile im Wettbewerb mit der Konkurrenz bietet. Der Weg zur Identifikation von Einsparpotenzialen führt dabei zwangsläufig über eine Analyse des eigenen Energieverbrauchs. Daten zum Strom- und Wärmeverbrauch auf Unternehmensebene sind zwar häufig vorhanden, können aber in vielen Fällen nicht auf einzelne Anlagen oder Prozess­schritte heruntergebrochen werden, wie zum Beispiel beim Wärmeverbrauch, der aufgrund fehlender Sensorik nur als Gesamtverbrauch vorliegt. 

In einem vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg geförderten Forschungsprojekt wurden auf Grundlage dieser für die Galvanotechnik typischen Ausgangssituation die Energieverbrauchsdaten eines Lohnbeschichtungsbetriebs mit Hilfe von modernen Datenanalysewerkzeugen ausgewertet und aufbereitet. Im zweiten Schritt wurden die aufbereiteten Daten dazu verwendet, ein Modell des vorhandenen Energiesystems aufzubauen. Dieses wurde mit alternativen, effizienteren Energieerzeugungstechnologien verglichen, um ein optimales Energieversorgungssystem für das Unternehmen in der Zukunft zu identifizieren. Der Vortragende stellte dazu die Methodik zur Ermittlung der Daten, die Vorgehensweise bei der Datenauswertung und den Aufbau des Energiekonzepts einschließlich ökonomischem und ökologischem Vergleich vor. 

Absaugung von Galvanikanlagen: Mitarbeiterschutz und Senkung der Folgekosten

Die Belüftung von Galvanikanlagen beeinflusst Mitarbeitersicherheit, Prozessqualität und die Energieeffizienz. Eine unzureichende Absaugung kann zu MAK-Wert-Überschreitungen führen, während überdimensionierte Volumenströme hohe Energieverluste in Verbindung mit der Erwärmung der nachströmenden Frischluft verursachen. Manuel Langstroff, Hürner Luft- und Umwelttechnik, und Michael Dallmayer, Dallmayer Galvano-Consulting, stellten eine bedarfsgerechte Regelung der Absaugvolumenströme vor, die eine optimale Balance zwischen Schutz und Ressourcenschonung ermöglicht. Darüber hinaus wurden die Wärmeströme innerhalb ­einer Galvanik beleuchtet und Einsparpotenziale durch die Nutzung von Abwärme in der abgesaugten Luft aufgezeigt.

Den Ausführungen zufolge, sind die aktuellen Normen DIN 16798 und DIN 17059 von ihren Aussagen her nicht kompatibel und müssen überarbeitet werden, um Emissionsschutz und minimalen Energieeinsatz zu vereinen. Durch den Einsatz von Sensorik zur Echtzeitmessung und intelligenter Steuerung lassen sich Volumenströme anpassen. Simulationen zeigen Einsparpotenziale und die Einhaltung der MAK-Werte. Die Bereitstellung der Abwärme mittels korrosionsbeständiger Wärmerückgewinnungssysteme ermöglicht die Einsparung von Primärenergieträgern sowie eine Senkung der Betriebskosten bei interessanten Amortisationszeiten. Eine moderne Absaugtechnik verbessert die Sicherheit und bietet wirtschaftliche wie ökologische Vorteile. 

Product-Carbon-Footprint-Berechnung in der Oberflächentechnik

Nachhaltige Unternehmensstrategien, regulatorische Anforderungen und kundenseitige Anfragen erfordern die Erstellung von CO2-Bilanzen. Dafür werden Kenngrößen wie der produktbezogene CO2-Fußabdruck (PCF) ermittelt; im Falle des PCF handelt es sich um die Summe aller Treibhausgasemissionen bei der Herstellung eines Produkts (Bezugsgröße: 1 Stück/Funktionseinheit). Die entsprechende ISO-konforme Berechnung des CO2-Fußabdrucks stellt für mittelständische Unternehmen häufig eine große Hürde dar. Abhilfe bietet das Unternehmen von Tobias Hain, die FRED GmbH, die sich seit 2022 mit diesem Thema befasst und inzwischen auch nach DIN ISO EN 14067 und DIN ISO EN 14064-1 validiert ist.

In Kooperation mit FRED – Carbon Footprint Calculator hat der ZVO ein spezifisches Modul für die Oberflächentechnik entwickelt, das es ermöglicht, schnell und einfach produkt- und unternehmensbezogene CO2-Fußabdrücke (PCF, CCF) zu berechnen, die Ergebnisse zu analysieren und auf dieser Basis Optimierungsideen zu simulieren. Anhand eines konkreten Beispiels aus der Oberflächentechnik demonstrierte Hain die Berechnung eines Product Carbon Footprint und zeigte Optimierungsmöglichkeiten auf. Hierfür wurden prozessspezifische Daten für die unterschiedlichen Einzelprozesse wie Beizen oder Beschichten mit realistischen Werten aus der Praxis belegt; Flächen, Massen und Stückzahlen aus realen Betrieben wurden erfasst, gängige Chemikalien und Energieträger herangezogen und realistische Chargengrößen zugrunde gelegt. Daraus lassen sich auch Änderungen, beispielsweise der Temperatur von Medien oder der Änderung der Verfahrenschemie simulieren und Verbesserungsmöglichkeiten abschätzen. Schließlich wurden die heute üblichen Transporte zwischen Kunden und Beschichter berücksichtigt, wobei für Simulationen eine Strecke von 150 Kilometer angenommen wurde. 

Ergebnisse klimaschonender und zukunftssicherer Trocknungstechnologie

In allen Bereichen der Industrie werden derzeit leistungsstarke und energieeffiziente Technologien benötigt. Auch der vermeintlich kleine Prozessabschnitt der Trocknung spielt hier eine wichtige Rolle, denn die damit verbundenen Produktionsprozesse sind sehr energieintensiv, wie Reinhold Specht von der Harter GmbH einleitend betonte. Eine kritische Auseinandersetzung mit herkömmlichen und alternativen Verfahren lohnt sich. Nach wie vor werden häufig Entfeuchtungstechniken eingesetzt, die einen hohen Energie- und CO2-Verbrauch aufweisen und ein hohes Maß an Abluft erzeugen. 

Ein seit über 30 Jahren bewährtes und ständig weiter optimiertes Verfahren ist die Kondensationstrocknung mit Wärmepumpe. Mit dieser Art der Trocknung wird einerseits Wärme zurückgewonnen und andererseits die Prozessluft in einem lufttechnisch geschlossenen Kreislauf gefahren; es wird damit abluftfrei gearbeitet.

Das System zum Einsatz der Kondensationstrocknung besteht aus zwei separaten Komponenten: dem Entfeuchtungsmodul mit Wärmepumpe und der Trocknungskammer. Die Trocknungskammer wird entsprechend der örtlichen Gegebenheiten der Produkte und der bestehenden Verfahrenstechnik gestaltet. Dies betrifft vor allem die Art der Luftführung in der Trocknungskammer, um eine hohe Trocknungsqualität bei möglichst kurzen Prozesszeiten zu erzielen. Eingesetzt werden kann die Technologie für gängige Teile auf Beschichtungsgestellen mit gut zugänglichen Oberflächen ebenso wie für kompakte Schüttgutmengen oder Rohrleitungen. Die Trocknungstemperaturen liegen üblicherweise zwischen 40 °C und 75 °C und damit deutlich unter denen der klassischen Heißlufttrocknung. 

Energieträgerkopplung und flexible Hybridisierung der Prozesswärme

Die Balance zwischen Volatilität und Flexibilität ist die Herausforderung im Strommarktdesign. Gelingt die Balance nicht, werden die Stromerzeugungskosten in Deutschland auf einem Niveau bleiben, mit dem die Industrie – auch die Oberflächentechnikbranche – nicht wettbewerbsfähig ist. Bisherige Ansätze wie das Speichern von Stromüberschüssen in Batterien oder das forcierte Anpassen der Produktion an die Stromerzeugung sind nach Aussage von Robert Mill, ZINQ, unwirtschaftlich. In seinen Ausführungen zeigte er, dass Energieträgerkopplung in der Oberflächentechnik durch ein Smart-Power-to-Heat (SP2H)-Konzept zur Nutzung von grünem Überschussstrom in der industriellen Prozesswärme das größte Potenzial hat, als Entlastungsanlagen nach EnWG den Strommarkt zu stabilisieren. Durch Energieträgerkopplung werden die nötigen Flexibilitätspotenziale erschlossen und erhebliche CO2-Einsparungen mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden. Der Fokus liegt auf dem Vergleich zwischen rein elektrischen Lösungen und bivalent-hybriden Systemen (Strom, Erdgas, Wasserstoff). 

Die Analyse im Rahmen einer durch die DBU geförderten Studie zeigt, dass monovalente Elektrifizierungskonzepte aufgrund ihrer Volatilität Nachteile wie höhere Kosten und Prozessinstabilität aufweisen, während die Hybridisierung stabile Produktionsprozesse und eine flexible Nutzung von Überschussstrom gewährleistet. 

Metallreinigung: Effizienz und Nachhaltigkeit im Fokus

In der Wertschöpfungskette stellt die Bauteilreinigung, mit der sich Björn Stroh, mks Atotech, befasst, den entscheidenden ersten Schritt für alle Beschichtungsanwendungen dar und sorgt für eine optimale Vorbereitung des Metallsubstrats. Globale Standards für Oberflächenbehandlung und Beschichtungen stellen hohe Anforderungen an Reinigungsprozesse, um eine hervorragende Haftung, Beschichtungsqualität und Korrosionsbeständigkeit der abgeschiedenen Schichten zu gewährleisten. Konventionelle alkalische Reiniger können diese Anforderungen zwar erfüllen, sind jedoch häufig durch hohe Betriebstemperaturen, eine im Laufe der Zeit stark nachlassende Leistung und Umweltbelastung durch regulierte Substanzen limitiert.

Stroh stellte einen neu entwickelten Reinigungsprozess vor, der eine nachhaltigere und leistungsfähigere Lösung bietet. Er arbeitet effizient bei niedrigen Temperaturen, bietet eine hervorragende Reinigungsleistung und ist frei von bedenklichen Chemikalien. Durch den modularen Aufbau kann das System individuell an die spezifischen Anforderungen des Anwendungsfalls angepasst werden und ist so für den Einsatz in einem weiten Anwendungsbereich geeignet. 

Durchgeführte Untersuchungen mit praxisrelevanten Verschmutzungen zeigen, dass der neue Reinigungsprozess bei einer um 15 °C niedrigeren Temperatur (35 °C) innerhalb von 15 Minuten eine vollständige Abreinigung erzielt, während ein konventioneller Prozess dies nicht gewährleistet. Bessere Ergebnisse werden zudem bei der Aufnahme von Umform- und Schneidöl erreicht. 

Digitale Zwillinge und KPIs für nachhaltige Beschichtungstechnologien

Um die Klimaneutralität in der EU bis 2050 gemäß European Green Deal zu erreichen, müssen laut Dr. Matthias Harsch, LCS Life Cycle Simulation, alle Umweltauswirkungen mit dem Ziel von Nullemissionen über den gesamten Lebenszyklus hinweg ­berücksichtigt werden. Beschichtungsprozesse, wie beispielsweise das Lackieren von Bauteilen, sind als Querschnittstechnologie die mit am energie- und emissionsintensivsten Technologien in der Lieferkette von Produkten im Bereich von Automobil und Maschinenbau.

Digitale Zwillinge beinhalten detaillierte physikalische Energie-, Material- und Lebenszyklusmodelle von Lackieranlagen zur Bewertung aller Arten von Prozessen, zum Beispiel Applikation, Aushärtung etc. sowie Materialien (wasser-, lösemittelbasierte, Pulverlacke). Darüber hinaus erfordert die Bewertung von Prozessen eine detaillierte Betrachtung der betriebswirtschaftlichen Leistungskennzahlen (KPI) der wichtigen, aber energieintensiven Beschichtungsverfahren. 

An zwei Praxisbeispiele aus der Automobil- und Kunststoffbeschichtung demonstrierte der Vortragende die Anwendung von digitalen Zwillingen über den gesamten Lebenszyklus von Technologien hinweg. Im Mittelpunkt stehen dabei der Einsatz in Entwicklungsprozessen, Hot-Spot-Analysen und die Bewertung von Potenzialen anhand der Parameter Carbon Footprint, VOC-Bilanz und Primärenergiebedarf. Mit Hilfe der digitalen Zwillinge können die Themen Klimaneutralität und Nullemissionen systematisch und methodisch angegangen werden.

Nachhaltige SLCR-Laserreinigung von Massenschüttgut

Umweltfreundlicher, effizienter und kostengünstiger werden – das war der Ansatz der Unternehmen Dörken Coatings (Hersteller für Hochleistungskorrosionsschutz und hochwertige Beschichtungen) und SLCR Lasertechnik GmbH (Sondermaschinenbauer im Bereich Lasertechnik für die Oberflächenbearbeitung), als sie 2020 die Idee hatten, einen völlig neuen, laserbasierten Prozess für eine optimale Haftung von Beschichtung auf Massenschüttgut zu entwickeln. Wie die beteiligten Fachleute der SLCR Lasertechnik GmbH, Olav G. Schulz, Christian Rabe und Michael Umbreit, betonten, waren langjährige Entwicklungen, zahlreiche Tests und Versuche erforderlich, um einen stabilen Prozess zu erreichen sowie seine Eignung und die Materialverträglichkeit nachzuweisen. Inzwischen ist das System marktreif und zum Patent angemeldet. Die ersten Anlagen werden bereits erfolgreich bei Dörken getestet.

Verunreinigungen, wie zum Beispiel Öle, Fette, Zunder oder Verzunderungsrückstände aber auch Flugrost werden von Massenschüttgütern wie Schrauben, Muttern oder Klipsen durch die umweltfreundliche, energieeffiziente Laserbearbeitung im Schüttgutverfahren entfernt. Mit dieser Technologie steht jetzt eine vollständig neue Alternative zur Oberflächenvorbereitung für Beschichtungen mit Zink-Lamelle im Dip-Spin-Verfahren oder für die galvanische Beschichtung zur Verfügung. Dadurch kann der Einsatz der bis heute genutzten chemischen Reinigungsprozesse in Kombination mit mechanischem Strahlen vielfach komplett ersetzt werden. Insgesamt trägt der neue Prozess nachweislich erheblich zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks bei der Herstellung von Schüttgutartikeln bei. Das derzeitige Augenmerk richtet sich auf die vielfältigen Möglichkeiten des neuen Ansatzes der SLCR-Laserreinigung von Massenschüttgut.

Dreiwertige Verchromung – neue Methoden für einen verbesserten Qualitätsstandard 

Die Entwicklung bei Umweltvorschriften und Regulierungen haben dazu geführt, dass vor allem dekorative dreiwertige Chromprozesse mit chromfreier Nachbehandlung als Alternativen zu dekorativem sechswertigem Chrom breite Akzeptanz gefunden haben, wie Michael Bendig von MacDermid Enthone in seinem Vortrag einleitend betonte. Die Farbvielfalt von dreiwertigem Chrom in Verbindung mit Perlglanz-Effekten ermöglicht Designern einen großen Spielraum für Kreativität. Unterschiedliche Anforderungen in OEM-Spezifikationen sind wichtige Kriterien bei der Implementierung von geeigneten Chrom(III)-Verfahren. 

Durch den Technologiewechsel von der klassischen Chromabscheidung hin zu chrom(III)­haltigen Verfahren ergeben sich spezielle Probleme bei der genauen Messung der Porenzahlen der abgeschiedenen Schichten. Chromschichten, die aus Chrom(III)-Elektrolyten abgeschieden wurden, sind nicht geschlossen, sondern haben mikrorissige oder mikroporige Strukturen. Durch die Strukturen der Chromschicht entstehen zusätzlich zu den echten Mikroporen, die durch Feststoffe in der letzten Nickelschicht erzeugt werden und Kontakt zu der unedelsten Glanznickelschicht herstellen, scheinbare Mikroporen, die jedoch in den herkömmlichen Messmethoden (Ermittlung der Porenzahl) mitbestimmt werden. 

Hinzu kommt die Notwendigkeit von Passivierungen für dunkle Schichten aus Chrom(III). Mit der Passivierung lassen sich relativ dicke Passivschichten bis etwa 10 nm herstellen. Der Vorteil der dickeren Schicht zeigt sich deutlich nach dem NSS-Test. Mit dem neuen elektrochemische CASS-Test wird die Zahl der aktiven Poren der Beschichtung ausgewertet. Dieser kann in wenigen Minuten ausgeführt werden und ist mit dem klassischen CASS-Test vergleichbar in Bezug auf die Aussagekraft. Damit lässt sich unter anderem belegen, dass die Gesamtzahl der Poren erheblich größer ist als die der aktiven Poren. Der elektrochemische CASS-Test liefert hier eine deutlich realistischere Zahl. Damit ergibt sich in einer Zeit von zehn Minuten ein vergleichbar gutes Ergebnis wie nach 72 Stunden im klassischen Testverfahren. Die elektrochemische Simulation des CASS-Tests (eCASS) ermöglicht hier die Darstellung des Korrosionsverhaltens und -bildes, wie es in einer tatsächlichen CASS-Testkammer vorliegen würde.

Qualitätssteigerung und Ressourceneinsparung 

Dr. Elke Spahn, Gravitech, stellte sich im Rahmen ihrer Arbeit die Frage, ob die analytische Elektrolyt- und Produktüberwachung wirklich zu einer Qualitätssteigerung und Ressourceneinsparung führt. Dies ist im Kontext zu sehen zu der meist angestrebten Aufgabe, die optimale Oberfläche zu erzielen. In der Galvanotechnik ist die Aufgabe der Analyse besonders herausfordernd, da sich die Galvanochemie durch eine sehr große Variation auszeichnet. Dabei ist die Analytik auf der Suche, Verfahren inline und über einen kontinuierlichen Zeitraum der Produktion durchzuführen, zunehmend unter Einsatz von KI. 

Nach Erfahrung der Vortragenden haben auf die Analytik deutlich mehr Parameter Einfluss, als die Messtechnik heute liefert, zum Beispiel die umfangreiche Kenntnis der Mitarbeiter aus deren Erfahrungen heraus. Für Analyseanbieter ist die Erstellung von Systemen, die allen Anforderungen gerecht werden, kaum möglich, da die Betriebe sich in ihrer Arbeitsweise und Produktbearbeitung sehr stark unterscheiden. Um Entscheidungen zur Kosteneinsparung zu treffen, müssen die Kosten vergleichbarerer Prozessschritte betrachtet werden. 

Bei diesen Überlegungen kam die Vortragende zum Ergebnis, dass einfachste Analytik hilft, die entstehenden Kosten um mehr als 20 Prozent zu senken. Deutlich höher fällt der Vorteil bei der Kostenbetrachtung für die gesamte Beschichtungsanlage aus, da hier die Reduzierung von etwa 20 Prozent in der Regel einen Betrag von mehreren 10 000 Euro ausmacht. 

Entwicklung zum Analysenlabor 

Seit 20 Jahren ist Oliver Brenscheidt, Brenscheidt Galvanik Service, mit der Herausforderung befasst, Analytik für die Galvanotechnik zu optimieren und dies seit fünf Jahren im eigenen Unternehmen. Eine der Herausforderungen in der Galvanotechnik besteht darin zu erkennen, welche Größen und Kennwerte sinnvoll mittels Parametern erfasst werden können und sollen und welche sinnvollerweise auf der Erfahrung basierend bleiben sollten. Aktuell ist festzustellen, dass die Produktionsbetriebe immer weniger in der Lage sind, die notwendige Analyseneinrichtungen einzurichten und zu bedienen, auch wenn die Auslagerung in externe Labore nachteilig ist. Der Wandel bei den Chemieanbietern, dass kleine Abnehmer nicht mehr mit ausreichend Service bedient werden, hat dazu geführt, dass vor allem kleine Betriebe auf externe Dienstleister zurückgreifen müssen. Hier hat Brenscheidt seine Geschäftstätigkeit mit Erfolg etablieren können.

DigiChrom – Fortschrittliches digitales Elektrolytmanagement 

Im Mittelpunkt galvanotechnischer Prozesse steht nach wie vor die optimale Steuerung von elektrochemischen Abläufen. Während Parameter wie Prozessdauer und Temperatur bereits hochautomatisiert und präzise geregelt werden, bleiben die komplexen Einflüsse der Elektrolytzusammensetzung oftmals eine Herausforderung. Schwankungen führen nicht nur zu Qualitäts- und Ressourcenkosten, sondern erfordern auch spezialisiertes Fachpersonal und aufwändige Analytik.

Basierend auf aktuellen Erkenntnissen aus dem Forschungsprojekt DigiChrom und den Erfahrungen der vergangenen Monate stellte Sebastian Breuckmann, DiTEC GmbH, weiterentwickelte Strategien für ein digitales Elektrolytmanagement vor. Dazu gehören neue Funktionen zur kontinuierlichen Datenerfassung, automatisierten Auswertung und intelligenten Regelung. Praxisnahe Fallbeispiele zeigen, wie diese Ansätze in bestehende Anlagen implementiert werden können, ohne umfassende Hardware-Umrüstungen vorzunehmen. Dadurch wird eine höhere Stabilität der Prozesse gewährleistet, was Zeit, Kosten und Ressourcen einspart. Ein Fokus liegt auch auf den diversen Anwendungsoptionen, die sich durch verbesserte Prognosemodelle und digitale Zwillinge ergeben. 

Spurenanalytik in der Galvanik mittels AAS, OES und TOC

In der Galvanotechnik entscheidet die Qualität des Elektrolytbads maßgeblich über die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten. Allerdings sind Elektrolyte dynamische Systeme, deren Zusammensetzung sich durch Einträge von Anodenmaterial, Additiven, Verschleppung und chemische Reaktionen kontinuierlich verändert und demzufolge die Effizienz des Beschichtungsprozesses und die funktionellen Eigenschaften der erzeugten Oberflächen, wie Korrosionsbeständigkeit, Haftfestigkeit und Schichtdickenverteilung. Eine regelmäßige und präzise Überwachung der relevanten Elektrolytparameter – ein Thema, mit dem sich Dr. Kilian Schneider, Analytik Jena, befasst – ist daher unerlässlich, um eine konstant hohe Produktqualität zu gewährleisten und Produktionskosten zu minimieren.

Die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS), die induktiv gekoppelte plasma-optische Emissionsspektrometrie (ICP-OES) und die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) sind etablierte und leistungsfähige Analysemethoden zur umfassenden Charakterisierung von Galvaniksystemen. Die Spurenanalytik mittels AAS und ICP-OES ermöglicht die präzise Quantifizierung von metallischen Hauptkomponenten und kritischen Verunreinigungen, selbst in komplexen Matrices. 

Der Vortragende verdeutlichte, wie die Messinstrumente von Analytik Jena (contrAA 800, PlasmaQuant 9100 Elite und multi N/C) helfen können, dass Galvanikbetriebe den Zustand ihrer Elektrolyte und Lösungen detailliert überwachen und verstehen können. Die frühzeitige Erkennung von Veränderungen und Kontaminationen ermöglicht es, rechtzeitig korrigierend einzugreifen, Standzeiten der Elektrolyte zu optimieren, Ausschuss zu reduzieren und letztlich eine effizientere und nachhaltigere Produktion mit gesteigerter Produktqualität zu realisieren.

KI-basierte Inlinemessgeräte für die Galvanotechnik

Rowena Duckstein, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, und Marija Lindner, TU Braunschweig – Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik, stellten neue Ergebnisse eines Entwicklungsprojekts zur Nutzung von Inlinemessgeräten mit KI-Unterstützung vor. Übergeordnetes Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer KI-basierten messtechnischen Systemlösung für die industrielle Galvanotechnik zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Hierbei wird ein datenbasierter Ansatz verfolgt. Die Datenakquise erfolgt zum einen in industrieller Umgebung beim Unternehmen Galvanotechnik Jens Holzapfel, ausgestattet mit der Steuerungssoftware der Ditec und dem Online-RFA-Messgerät der B+T sowie in einer Testumgebung im 20-L-Maßstab am Fraunhofer IST, in der die Industrieumgebung, soweit möglich, gespiegelt wurde. Die Datenmodellierung erfolgt durch die TU Braunschweig. 

Im ersten Teil, der 2024 vorgestellt wurde, wurden die Ergebnisse basierend auf Daten der Testumgebung und die hieraus abgeleiteten Modelle gezeigt. Hierbei konnte eine Genauigkeit von bis zu 83 Prozent unter anderem für die Vorhersage der Metallkonzentrationen im Bad erzielt werden. Der zweite Teil fokussiert weitergehend auf die Übertragbarkeit der entwickelten Modelle auf die Industrieumgebung sowie deren Einbindung in die Anlagen- und Prozesssteuerung. 

Einkomponenten-chemisch-Nickel im Vergleich zu Mehrkomponentensystemen 

Roland Ratschiller, Electroless Technology, betrachtete in seinem Vortrag unterschiedliche Arten der Abscheidung aus chemisch-Nickelverfahren, speziell im Hinblick auf den Fachkräftemangel, wobei er unter Fachkräfte Personen mit Spezialwissen versteht. Als eine Lösung zur Verbesserung dieser Herausforderung kann auch der Einsatz von Automatisierung und Digitalisierung dienen. Ratschiller sieht aber auch in der Vereinfachung der Prozesse eine Möglichkeit, der Herausforderung Fachkräftemangel zu begegnen. 

Im Falle der chemischen Vernickelung beispielsweise gibt es seit 2017 ein Einkomponentensystem. Damit werden Verfahren mit in der Regel drei oder mehr Bestandteilen ersetzbar. Bei den Einfachsystemen sind Ansatz- und Ergänzungslösung identisch. Die Rahmenkomponenten und Abläufe bleiben unverändert, ebenso die Zusatzstoffe zur Einlagerung von beispielsweise Hartstoffen. Neben den Zusätzen ist das Analysensystem einfacher, da nur noch der Nickelgehalt des Elektrolyten relevant ist. Des Weiteren werden Stabilisatoren nicht mehr gemessen und müssen nicht mehr definiert nachgegeben werden. Daraus resultiert eine einfachere Dosierung ohne Verwechslungsgefahr. 

Durch die so entstehende Vereinfachung wird die Neigung zum Einsatz von chemisch Nickel erhöht, da das Nutzungsrisiko deutlich reduziert ist. Kostenvorteile ergeben sich unter anderem durch vereinfachte Lagerhaltung (kleinere Lagerfläche), aber auch durch geringere Investitionskosten für die Beschaffung der Systeme, die Analyse der laufenden Prozesse und die Nutzung kostengünstigerer Arbeitskräfte für die Bedienung des Verfahrens. 

Außenstromlose Chromabscheidung 

Mit dem Ansatz einer chemischen Chromabscheidung sollte es nach den Worten von Gisella Liliana Lucero Lucas, TU Ilmenau, möglich sein, eine gleichmäßigere Schichtabscheidung mit besserer Schichtverteilung zu erzielen, sowie die Wasserstoffentwicklung zu vermeiden. Untersucht wurden verschiedene Komplexe in einem pH-Bereich zwischen etwa pH 3 und pH 11, wobei mit einem Elektrolyten auf Basis von Chrom(III)-Verbindungen gearbeitet wurde. Als Reduktionsmittel dienten Hypo­phosphit, Dithionit und Rongalit C, wobei ein pH-Wert von 11 genutzt wurde. Die Chromschicht wurde auf eine galvanisch abgeschiedene Nickelschicht aufgebracht. Erste Ergebnisse wurden mit einem Elektrolyten mit Rongalit C bei pH 1 und 22 °C erhalten. Weitere Abscheidungen wurden auf Messing und Stahl durchgeführt. Auf Messing konnte eine weitgehend geschlossene Schicht mit Dicken bis etwa 60 nm erreicht werden und auf Stahl von bis zu 160 nm. Weitere Abscheidungen wurden auf Zinkdruckguss aufgebracht. Durch die Kontaktierung mit Aluminium und Zink kann die abscheidbare Schichtdicke erhöht werden. 

Analysemethoden für Phosphor in chemisch Nickel

Dr. Jan Kinast, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, stellte einen Vergleich der Analysemethoden zur Bestimmung der Phosphorkonzentration von chemisch abgeschiedenen Nickelschichten vor. Solche Schichten werden unter anderem für optische Elemente eingesetzt, die auf Rauheiten bis zu unter 1 nm poliert werden. Um dies zu erreichen, muss im ersten Schritt die Art der Beschichtungen mit Phosphor als Richtwert ermittelt werden. Am besten eignen sich röntgenamorphe Schichten mit mehr als 12 Prozent Phosphor, da sie auch den geringsten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Laut Norm können zur Phosphorbestimmung ICP-Methoden (engl., inductively coupled plasma) oder molekularabsorptionsspektrometrische Methoden genutzt werden. In beiden Fällen handelt es sich um eine auflösende Methode mit einer relativ großen Fläche an Schicht und damit auch an Metallmenge. Dementsprechend ist in beiden Fällen das Ergebnis ein Mittelwert. 

Als weitere Methode kann EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) herangezogen werden, die oberflächlich sensitiv und zerstörungsfrei ist. Für eine präzise Bestimmung ist eine Kalibrierung notwendig. Nachteilig ist, dass die Menge von der Anregungsenergie der Messung abhängt. Weit verbreitet ist zudem die RFA-Messung (RFA – Röntgenfluoreszenzanalyse), die ebenfalls oberflächensensitiv und zerstörungsfrei ist. Hier liegt die Messunsicherheit bei 0,4 Masse%. Gängig ist des Weiteren die zerstörende Gravimetrie, die eine Messunsicherheit von 0,3 Masse% aufweist. Die komplexometrische Titration als zerstörendes Verfahren liegt bei einer Mess­unsicherheit von etwa 1 Masse%. 

Zusammenfassend zeigen alle Methoden die korrekte Tendenz, allerdings weisen die absoluten Werte deutliche Unterschiede auf. Bei den nasschemischen Verfahren liegen die Werte sehr nahe beieinander. Der Gesamtvergleich zwischen den Verfahren zeigt die Unterschiede der Messmethoden, wobei im Vorfeld darüber nachzudenken ist, welche Aussage gefordert ist: nur eine Messung der Phosphorkonzentration an der Oberfläche oder über die Gesamtschicht.

Mit KI zur Effizienz – Automatisieren, Analysieren, Vereinfachen

Bei vielen Unternehmen ist häufig zu hören, dass die Beschaffung von qualifiziertem Personal sehr aufwändig ist, wie Michael Hellmuth, Softec GmbH, einleitend ausführte. Um diesen Missstand zu bereinigen, bietet sich die Nutzung von Einrichtungen an, die allgemein unter KI (Künstliche Intelligenz) zusammengefasst werden. Solche Systeme eignen sich sowohl zur Weiterbildung von neuen und langjährigen Mitarbeitern, als auch zur Unterstützung der Nachwuchskräfte in Schulen und Lehre. Vorteile der KI liegen zum Beispiel in umfangreichem Allgemeinwissen, das sofort abrufbar und ermüdungslos verfügbar ist. Allerdings sind für die Nutzung von Domänenwissen umfangreiche Nachlieferungen oder Ergänzungen an Fachwissen erforderlich. Zu beachten sind in jedem Fall die Vorgaben des Datenschutzes sowie das Beschaffen optimaler technischer Infrastruktur. 
Die Umsetzung eines solchen Systems basiert auf der Verfügbarkeit beziehungsweise dem Zurverfügungstellen vorhandener Daten und Unterlagen, deren Aufbereitung und als dritter Schritt deren Indizierung. Daraus kann ein KI-System unterschiedlich semantisch gestellte Fragen beantworten. In der Praxis kann das so ablaufen, dass eine eingehende Anfrage vom ersten Assistenten an untergeordnete Assistenten zur Beantwortung weitergereicht wird. Aus solchen Antworten können sich weitere Fragen ergeben, die entweder vom System oder aber durch Rückfrage an den Auftraggeber beantwortet werden. 

Die technischen Assistenten lassen sich nach unterschiedlichen Schwerpunkten einteilen, wie beispielsweise Verschleppung, Aufhängung, Arbeitsvorbereitung, Kalkulation, Korrespondenz oder holistische Planung. Dabei ist vorgesehen, dass solche Systeme nicht auf externen Rechnern laufen, sondern auf solche im eigenen Unternehmen. 

Entlastung von Management und Bediener durch KI

Im Unternehmen der Vortragenden Nico Kahlich und Dr. Siegfried Kahlich, DITEC Dr. S. Kahlich & D. Langer, stehen seit 30 Jahren Innovationen in Steuerungen für ­galvanische Anlagen im Fokus, was für umfangreiche Kenntnisse über die Entwicklungen spricht. Künstliche Intelligenz soll den Vortragenden zufolge dabei helfen, komplexe Prozesse zu beherrschen, die Flut an Daten zu nutzen oder den Fachkräftemangel abzufedern. Zudem können die Ressourceneffizienz verbessert oder objektive Entscheidungen gefunden werden. 

Zu beachten ist, dass KI aktuell einige Aufgaben sehr gut beherrscht, aber nach wie vor nicht Erfahrungen ersetzen oder höchste Sicherheit garantieren kann; sie gibt nach wie vor nur Wahrscheinlichkeiten an. Dies bedeutet, dass die KI auf die grundlegende Datenbasis angewiesen ist. Gut ist diese Technologie zum Beispiel beim Erkennen von Anomalien in Abläufen. Diese können in Grafiken auftreten oder auch in realen Werkzeugen, zum Beispiel dem Leere-Zustand von Trommeln. 

KI auf dem Weg in die Produktion 

Timm Straub und Fabian Herbst, B+T Oberflächentechnik, die sich seit einigen Jahren intensiv mit moderner Datentechnik in der Oberflächentechnik befassen, stellten ihre Erkenntnisse in einem Erfahrungsbericht zusammen. Ihnen zufolge werden in einem modernen Galvanotechnikbetrieb täglich enorme Mengen an Daten erzeugt, darunter Energie- und Ressourcenverbrauchsdaten aus der Produktion, Laboranalysedaten, Qualitätskontrollinformationen sowie Auftragsinformationen, die unter Berücksichtigung von Normvorgaben verknüpft werden müssen. Diese wachsende Datenflut stellt Unternehmen vor massive Herausforderungen, um die Übersicht über die eigenen Prozesse und Daten zu behalten. 

Ein großes Problem dabei ist, dass Daten aus isolierten Einzellösungen vorliegen (Anlagenbedienung, ERP, Lagerverwaltung, …) und jeweils nur einen Teilaspekt des Unternehmens abbilden. Dies behindert jedoch eine ganzheitliche Betrachtung der Daten und Prozesse, was wiederum zu Ineffizienzen und einer geringeren Produktivität führt. Die Vortragenden erläuterten, wie Unternehmen den Weg von der Vision bis zur Umsetzung einer KI-Lösung gestalten können. Der Fokus liegt dabei darauf, wie KI-Technologien dazu beitragen können, die verschiedenen Datenquellen zu integrieren und nutzbar zu machen, um so die Effizienz des Unternehmens zu steigern. 

Verschleppungsklassifizierung in der Galvanotechnik mittels KI

Die Verschleppung von Medien (Elektrolyte ebenso wie Reinigungslösungen oder Spülwässer) stellt die Prozessoptimierung in der Galvanotechnik vor Herausforderungen. Eine exakte Ermittlung der Elektrolytverschleppung ermöglicht eine optimierte Steuerung von Warendurchlauf, Elektrolytkonzentrationen, Nachdosierungen und Abtropfzeiten, wodurch Galvaniken ressourceneffizienter arbeiten können. So lassen sich beispielsweise Elektrolyte dynamisch anpassen und Abtropfzeiten können in der Planung berücksichtigt werden. 

Bislang wird der Verschleppungsgrad von Prozessexperten auf Basis von Pauschalwerten bestimmt und die Beschichtungsanlage darauf basierend aufwändig eingestellt. Dieses Vorgehen bietet ein hohes Potenzial zur Automatisierung und Digitalisierung; ein Thema, mit dem sich unter anderem Timo Leitritz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts KI-gestützte Produktionsplanung und -steuerung für die Oberflächentechnik (KI-PrOT) befasst. Im Projekt wird ein innovativer Ansatz entwickelt und getestet, der mit Hilfe von Kamerabildern und KI-Bildverarbeitung die Verschleppung automatisch klassifiziert. 

Vorangegangene Analysen im Rahmen des öffentlichen SmARtPlaS-Projekts haben ergeben, dass der Grad der Verschleppung in Verschleppungsklassen eingeteilt werden kann. In KI-PrOT wird ein Bauteilerfassungssystem entwickelt, das zur Datenerfassung von Ground-Truth-Daten aus Verschleppungsklasse und Geometrie dient und auch für die Anwendung der Verschleppungsklassifizierung eingesetzt wird. Das Bauteilerfassungssystem besteht aus mehreren Kameras, die das Bauteil aus einer Vielzahl an Blickwinkeln erfassen und der KI dadurch umfassende Informationen über die Bauteilgeometrie liefern. Die automatische Bestimmung der Verschleppungsklasse auf Basis der Bauteilgeometrie bietet eine Grundlage für die effizientere und digitalisierte Steuerung des Galvanikproduktionsprozesses. Der Vortrag zeigte anhand von umfangreichen Messdaten, welche Anforderungen für eine sichere Abschätzung zu erfüllen sind und wie unterschiedliche Software die notwendige Präzision der ermittelten Werte erfüllen kann.

Holistische Produktionsplanung in der Oberflächentechnik

Wie Alexander Windhab, Softec GmbH, einführend betonte, ist die Produktionsplanung in der Oberflächentechnik ein komplexer Prozess mit kurzen Planungshorizonten, sehr großer Variabilität der zu beschichtenden Bauteile und einer Reihe an komplexen Randbedingungen. Hinzu kommen noch Anforderungen, die miteinander im Wettbewerb stehen: Schnelligkeit, Qualität, Flexibilität und Nachhaltigkeit. Eine Lösung bietet ein holistischer, ganzheitlicher Ansatz, der alle Zusammenhänge in der Produktion berücksichtigt und zum Ziel hat, eine Balance zwischen diesen Aspekten zu schaffen. Die entsprechenden Arbeiten waren im Projekt KI-PrOT mit den Projektpartnern eiffo, Fraunhofer IPA, Holzapfel Galvanotechnik und Softec integriert (s. vorhergehender Vortrag). 

Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung eines KI-gestützten Softwaretools für die Produktionsplanung und steuerung in der Oberflächentechnik, dass erstmals eine Pareto-Optimierung der multiplen und divergierenden Optimierungsziele ermöglicht und Betriebsleitung und Mitarbeiter effizient bei wichtigen Entscheidungen im Tagesgeschäft unterstützt. 

KI in der Galvanotechnik

Der zunehmende Fachkräftemangel stellt Unternehmen der Oberflächentechnik vor immense Herausforderungen, da erfahrene Experten ausscheiden und qualifizierter Nachwuchs schwer zu rekrutieren ist. Dadurch geht wertvolles Spezialwissen verloren und gleichzeitig steigt der Bedarf an effizienteren, flexibleren Prozessen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Der Vortrag von Sabine Perry, Personalagentur Sabine Perry, beleuchtete, inwieweit KI-gestützte Systeme dazu beitragen können, das vorhandene Fachwissen strukturiert zu erfassen, zu konservieren und für nachfolgende Generationen nutzbar zu machen. Dabei geht es außerdem darum, die Auswirkungen einer digitalen Wissensplattform auf die Personalrekrutierung, die Prozessoptimierung und die Qualifizierung von Mitarbeitern zu betrachten.

In diesem Zusammenhang ist ein Aspekt der Erhalt und die Weitergabe von Wissen an zukünftige Generationen. Unter Nutzung von KI-gestützten Systemen kann Expertenwissen bearbeitet werden, um dies dann zu dokumentieren, aufzubereiten und praxisnah bereitzustellen. Der Einsatz von KI kann einen Mehrwert bieten durch eine intelligente Aufbereitung und Verknüpfung von Erfahrungswerten. Dies reduziert nicht nur Fehlerquellen, sondern erleichtert auch die Einarbeitung von neuen Mitarbeitern erheblich. 

Für die Angebots- und Erstbearbeitungsphase bieten KI-gestützte Systeme eine verbesserte Nutzung von konserviertem Wissen über den eigentlichen Produktionsprozess hinaus und machen Wissen für nichttechnische Mitarbeiter zugänglich. Nach Ansicht der Vortragenden wird dadurch das Angebotswesen präziser und effizienter. Dies führt unter anderem zu einer genaueren Kalkulation und zu einer Reduzierung des Risikos von Fehleinschätzungen und Reklamationen. Insgesamt kann der Einsatz von KI-gestützten Wissenssystemen maßgeblich zur Bewältigung des Fachkräftemangels beitragen. An Beispielen zeigte Sabine Perry, wie Unternehmen diese Technologien erfolgreich implementieren können. 

Scannendes 3D-Prüfsystem zur Messung von Schichtdicken 

Das neu entwickelte photothermische Prüfverfahren, vorgestellt von Dr. Fabian Gaußmann, OptiSense, erlaubt es, endlos lange Flächen und bewegte Objekte zu prüfen, ohne dabei mit den Bauteilen mitfahren zu müssen. Die neue Technologie nutzt aktiv die Bewegung zwischen Werkstück und Sensor, wodurch es möglich wird, beliebig lange, bewegte und großflächige Objekte zu prüfen. Bei der photothermischen Schichtdickenprüfung werden die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften von Beschichtung und Untergrund genutzt. Dabei muss das aufgewärmte Areal nicht die komplett zu prüfende Fläche umfassen, sondern nur einen kleinen Ausschnitt im Bereich von wenigen Zentimetern. Bei der Technik ist es nicht mehr notwendig, mit Lichtimpulsen anzuregen, so dass konstant leuchtende Anregungsquellen von Vorteil sind.

Das Prüfverfahren ist flexibel und kann Dr. Gaußmann zufolge auch nachträglich einfach in bestehende Produktionslinien integriert werden. Insbesondere spielen der Zustand der Beschichtung (nass, feucht, weich, trocken, eingebrannt) sowie die Dimension des Werkstücks kaum eine Rolle. Es ist sogar möglich, bei mehreren nebeneinander montierten Messsystemen beliebig große Objekte berührungslos und wiederholbar exakt zu prüfen. Derzeit ist das Verfahren für Schichtdicken zwischen 50 µm und 1000 µm bei Geschwindigkeiten der Substrate von 1 m/min bis 80 m/min und Meßfeldbreiten bis 100 mm ausgelegt. Die räumliche Auflösung reicht bis zu 1 mm. Als Anwendungsbeispiel nannte der Vortragende die Qualifizierung von Elektrodenfolien für Batterien, bei der eine vollflächige und lückenlose Prüfung der Beschichtung möglich ist. 

Menschzentrierte Digitalisierung galvanischer Prozesse am Beispiel Zink-Nickel

Wie andere Industriezweige auch steht die Galvano- und Oberflächenbranche nach Ansicht von Dr. habil. Franziska Bocklisch, TU Chemnitz, vor der Herausforderung, sich sowohl in Nachhaltigkeit als auch Digitalisierungsgrad weiterzuentwickeln. Bisher oft erfahrungsgeleitete Prozesse, die auf menschlichem Fachwissen und Kompetenzen beruhen, sollen digital abgebildet werden. Diese Transformation verspricht neben der Sicherung von Expertenwissen in Zeiten einer angespannten Fachkräftesituation auch eine höhere Prozesseffizienz durch Präzision, Strukturierung und Integration datenbasierter Ansätze wie KI in die Produktions- und Geschäftsprozesse. So sollen unter anderem komplexe Optimierungs- und Entscheidungsfragestellungen unterstützt oder eine höhere Leistungsfähigkeit in Key Performance Indicators erreicht werden. Ob die ambitionierten Ziele ohne unerwünschte Nebenfolgen praktisch realisierbar sind, hängt nicht nur vom Vorhandensein von Sensorik, Datenmenge oder KI-Algorithmen ab. Wesentlich sind die gewählte Digitalisierungsstrategie und das ­Zusammenwirken von allen handelnden Akteuren, zum Beispiel technische Fach- und Digitalisierungsexperten. 

Dr. Bocklisch stellte in ihrem Vortrag einen prototypischen Digitalisierungskreislauf vor, der von der Analyse der Problemlage über konzeptuelle Wissensmodelle bis zur KI-Modellierung führt. An einem Beispiel wurde der Ablauf für die Entscheidungsunterstützung bei der Parameterwahl für galvanische Zink-Nickel-Beschichtungsprozesse skizziert. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Analyse des menschlichen Expertenwissens zu legen, das in hierarchisch strukturierten kognitiven Wissensgraphen beschreibbar und in digitale Ontologien überführbar ist. Methodische Ansätze fungieren als Bindeglied zwischen Fachexperte und Digitalmodell. 

Bekämpfung der Bürokratiekrankheit durch Digitalisierung

Dr. Jürgen Hofinger, Biconex GmbH, ging in seinem Vortrag auf seine Erfahrungen der vergangenen zehn Jahre zur Verbesserung der Situation im Hinblick auf die überbordende Bürokratie ein. Nach seiner Meinung bieten sich auch für kleine Unternehmen große Potenziale in der Digitalisierung, da insbesondere diese Unternehmen durch bürokratische Prozesse besonders betroffen sind, beispielsweise aufgrund von Qualitätsanforderungen durch Kunden oder gesetzliche Regularien und Vorschriften. Digitalisierung verspricht die Automatisierung der Verwaltung und damit die Entlastung der Mitarbeiter von diesen unproduktiven Prozessen. Der Weg dorthin ist aber nach seiner Erfahrung ein Dilemma: Standardsoftware für relativ allgemeine Bereiche ist günstig zu haben, beschränkt sich aber naturgemäß auf Standardprozesse. Branchensoftware ist individueller auf die Bedürfnisse ähnlicher Unternehmen zurechtgeschnitten, damit aber bereits deutlich kostspieliger. Da sich die Prozesse im Detail in den einzelnen Unternehmen deutlich unterscheiden, bleibt auch bei Branchensoftware von der Stange ein erheblicher Teil des Potenzials ungenutzt. 

Individuelle Programmierung durch Softwarehäuser ist für kleine Unternehmen meist unerschwinglich. Digitalisierung ist ein Optimierungsprozess, der sich schrittweise an eine immer bessere Gesamtlösung annähert und somit ein laufender Prozess. Unter Verwendung eines Softwarepakets, das ohne besondere Programmierkenntnisse (low code) den Übergang von Excel-Dateien zu serverbasierten Datenbanklösungen erlaubt, ist ein schrittweiser Übergang zur Automatisierung von Datenverarbeitungsprozessen möglich, der schnellen Nutzen bringt, durch unkomplizierte Anpassungen die Lösung immer weiter optimiert und ­Abhängigkeiten weitgehend vermeidet. 

Die digitale Galvanik – Stand und Trends

Wie Klaus Schmid vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA einleitend betonte, nimmt der Einsatz von digitalen Diensten auch im betrieblichen Umfeld stetig zu; allerdings ist die Digitalisierung bis auf die Produktionsanlagen bei vielen Betrieben noch kaum realisiert, speziell auch in der mittelständisch geprägten Galvanikindustrie. Hindernisse sind dabei sicher durch die notwendigen finanziellen Aufwendungen gegeben, aber auch die Komplexität des Themas stellt ein nicht zu unterschätzendes Hemmnis dar. Diesen Status zeigen die verschiedensten Analysen und Befragungen in der Industrie und speziell im Bereich der kleinen und mittelständischen Unternehmen. 

Anhand konkreter Handlungsempfehlungen erläuterte Schmid, wie Galvaniken nach seiner Erfahrung ihren eigenen Weg der Digitalisierung gestalten und nutzen können. Er empfiehlt, für den eigenen Betrieb eine passende Vorgehensweise zu erarbeiten in Form einer Roadmap zur digitalen Galvanik. Ausgehend von ersten Analysen zur Identifizierung von potenziellen Use Cases, über die Planung und den Aufbau einer passenden IT-Architektur kann der Weg dabei bis hin zum Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens oder der künstlichen Intelligenz führen. Im Vordergrund der Ausführungen stand die strategische, unternehmensplanerische Ebene. Diese Betrachtungsebene erfordert es, sich auch mit dem Thema Human Resources und Digitalisierung auseinanderzusetzen. 

IT-Architekturen in der Produktion als Backbone der Digitalisierung

IT-Architekturen entstehen nicht einfach im Unternehmen, sondern sie müssen sorgfältig geplant, umgesetzt, überprüft und kontinuierlich weiterentwickelt werden. Dabei dient eine IT-Architektur keinem Selbstzweck. Vielmehr sollte nach Aussage von Daniel Schel, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, immer das Ziel sein, eine enge Verzahnung zwischen Business und IT zu erreichen, um eine optimale IT-Unterstützung der Abteilungen zu gewährleisten.

Schel stellte einen ganzheitlichen, modellunterstützten Ansatz zur Entwicklung einer IT-Architektur vor, der die bestehende IT-Systemlandschaft berücksichtigt. Dieser Ansatz ermöglicht es, die spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten der bestehenden Systeme in die Planung und Umsetzung der neuen IT-Architektur einzubeziehen, um so eine nahtlose Integration und effiziente Unterstützung der Geschäftsprozesse zu gewährleisten. Entwickelt wurde das Vorgehen auf Basis von Standards, Best Practices und den Erfahrungen aus Projekten mit produzierenden Unternehmen.

Use Cases Digitalisierung

Nach den Erfahrungen von Dr.-Ing. Peter Schwanzer, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, werden seit einiger Zeit auch galvanotechnische Produktionen zunehmend digitalisiert und vernetzt – von einzelnen Prozessen über die gesamte Anlage bis hin zur Peripherie. Neben den direkten Vorteilen durch besseren und schnelleren Informationsfluss eröffnen sich auch neue Potenziale durch die tiefergehende Nutzung der damit verfügbaren Daten und Informationen. Speziell mit Hinblick auf KI und maschinelles Lernen werden Daten immer wertvoller; eine umfassende und vollständige Datenbasis stellt jedoch auch eine Herausforderung dar.

Bei einer aufgebauten Infrastruktur, welche die Basis für die Digitalisierung darstellt, können bereits mit einfachen Mitteln relevante Erkenntnisse gewonnen und Verbesserungsmöglichkeiten oder kritische Zusammenhänge aufgezeigt werden. Die Analyse auch von größeren Datenmengen kann für die Ableitung von Optimierungsansätzen und die Ermittlung von kritischen Faktoren genutzt werden. Der Vortragende gab anhand von Ergebnissen aus Entwicklungsarbeiten, zum Beispiel der im Rahmen des Projekts SmARtPlaS aufgebauten produktionsnahen Lerngalvanik am Fraunhofer IPA, und industrieller ­Praxis einen Einblick in Use Cases und resultierende Mehrwerte für die Produktion. 

Automatisierte, nachhaltige Oberflächenbehandlung in der Strahltechnik 

Die Strahltechnik bietet ein vielseitiges Potenzial, um optische und physikalische Oberflächeneigenschaften wie Rauheit, Glanzgrad oder Struktur zu beeinflussen. Mit konventioneller Strahltechnik sind eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sowie eine qualitative Bewertung der Oberflächen allerdings nur bedingt möglich. Ronny Bernstein, BMF GmbH, stellte eine neue Technologie (Smart Surface Control) vor, mit der eine zukunfts­orientierte und i4.0-gerechte Prozesskette für die strahlende Behandlung von Oberflächen realisiert wird. Der Fokus liegt auf der Erzeugung homogener und reproduzierbarer Oberflächen und Kennwerte, die es zukünftig ermöglichen, Oberflächen objektiv zu beurteilen und zu erzeugen.

Die vorgestellten, neuesten Entwicklungen zur automatisierten Strahltechnik ermöglichen es, hochpräzise und qualitativ einheitliche Oberflächen zu erzeugen. Dabei werden die Vorteile einer KI-gestützten, automatisierten Strahltechnologie genutzt, die nicht nur den Ressourcenverbrauch drastisch reduziert, sondern auch eine praxisorientierte Qualitätsprüfung ermöglicht. Die eingesetzte Technologie trägt wesentlich dazu bei, dass der Energieverbrauch bis zu 90 Prozent unter dem konventioneller Anlagen liegt. 

Iridiumverbindungen für die galvanische Abscheidung aus wässrigen Elektrolyten

Wie Burkhard Uwe Hübner, Hochschule Mittweida, einleitend ausführte, ist Iridium eines der teuersten, nicht-radioaktiven Metalle der Welt; chemisch gesehen gilt es aber als eines der beständigsten Metalle, jedoch mit der höchsten bekannte Anzahl an Oxidationsstufen. In der Oberflächentechnik ist das Metall häufig in Form seines Oxids als zentraler Bestandteil nicht-löslicher Anoden anzutreffen. In Elektrolyseuren wird das Oxid als katalytisch aktive Oberfläche für die Anodenreaktion der Wasserelektrolyse verwendet, um diese besonders effizient realisieren zu können. Weiterhin können metallisches Iridium oder dessen Legierungen, wie etwa mit Nickel, für elektrische Kontakte mit hoher Verschleißbeanspruchung verwendet werden. 

Bisher standen für die galvanische Abscheidung nur Elektrolyte auf Basis von Chlor- oder Bromverbindungen zur Verfügung. Die Elektrolyte zeigen rasche Alterungserscheinungen sowie den Einbau der entsprechenden Halogene in die Schicht. Durch das Erschließen neuer Synthesewege können nun auch neue, halogenfreie Iridiumverbindungen untersucht werden. Bei der Erprobung lässt sich eine Eignung für die galvanische Abscheidung aus wässrigen Systemen erkennen, wobei experimentell bereits dünne Iridiumüberzüge (< 1 µm) auf Gold realisiert werden konnten.

Antireflexionsschichten auf Kunststoffen

Die plasmachemische Oxidation (PCO) hat sich als bewährte Technologie zur Erzeugung von schwarzen, lichtabsorbierenden und matten Oberflächen auf Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium und Titan etabliert. Insbesondere in der optischen Industrie und der Lasertechnik sind diese Schichtsysteme nach Aussage von Jun Xu, Innovent Technologieentwicklung, unverzichtbar. Kunststoffe bieten zwar zahlreiche Vorteile wie Korrosionsbeständigkeit, geringe Dichte für den Einsatz in Leichtbauanwendungen, flexible Formgebung und zugleich Kosteneffizienz, jedoch sind sie aufgrund ihrer Materialeigenschaften nur eingeschränkt für die plasmachemische Oxidation zugänglich.

Ein innovativer Ansatz ermöglicht es, diesen Nachteil zu überwinden: Durch atmosphärisches Plasmaspritzen wird zunächst eine Aluminiumschicht (etwa 30 µm) auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht, die anschließend mittels plasmachemischer Oxidation in eine oxidkeramische Schicht umgewandelt wird. Dieses Verfahren kombiniert die Vorteile von Kunststoffen mit den funktionalen Eigenschaften von PCO-Schichten und eröffnet neue Anwendungsbereiche, insbesondere für schwarze Antireflexionsbeschichtungen. Diese Entwicklung stellt einen vielversprechenden Schritt in Richtung innovativer und kosteneffizienter Lösungen für optische Anwendungen dar.