ZVO-Oberflächentage 2024 – Teil 2 –

ZVO-Oberflächentage 2024, Energie, Carbon Footprint und Materialeffizienz – Teil 2 –

DGO-Vorstandsvorsitzender Dr. Martin Metzner stimmte die Teilnehmer bereits am Eröffnungsabend auf den Themenmix aus Material- und Energieeffizienz, Schichttechnik und Nachhaltigkeit, Wasserstoffwirtschaft und Elektrifizierung sowie Digitalisierung ein. Tags darauf startete ein Vortragsmarathon mit fast 100 Referaten. Teil 2 unserer Berichterstattung legt den Fokus auf Energie, Carbon Footprint, Materialeffizienz und Digitalisierung. Einschätzungen von Branchenteilnehmern zur Zukunft der Galvanotechnik am Rande des Berichts geben zudem einen Eindruck von der Stimmung auf der Tagung.

In Session 2 wurden Möglichkeiten vorgestellt, mit denen im Unternehmen Energie eingespart und damit die CO₂-Emissionen reduziert werden können. Der erste Schritt ist es immer, eine Ist-Analyse vorzunehmen, um Einsparpotenziale aufzudecken. Darauf aufbauend können effektive Klimaschutzmaßnahmen abgeleitet werden. Investitionen zur Umsetzung der Maßnahmen können in vielen Fällen gefördert werden. In den Vorträgen wurden auch Tipps gegeben, um das nicht immer einfache Prozedere von der Beantragung bis zur Bewilligung erfolgreich zu meistern.

Energie, Carbon Footprint und Materialeffizienz

Die Auswahl war groß. Teilnehmerinnen und Teilnehmer machen sich ein Bild (Foto: ZVO/Sven Hobbiesiefken)Nachhaltigkeitsaspekte bei Versiegelungen stellte Michael Schem, MacDermid Enthone Industrial Solutions, vor. Er schilderte die Herangehensweise bei der Entwicklung von Versiegelungen mit biobasierten Lösungen auf Grundlage von nachwachsenden Rohstoffen. Mögliche Konflikte bestehen in der Konkurrenz zu Nahrungsmitteln, wobei bisher lediglich etwa 2 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche in Deutschland für Industriepflanzen bewirtschaftet werden. Die größtenteils biobasierte Versiegelung bietet einen guten Korrosionsschutz mit Reibwerten von 0,1 bis 0,15 sowie eine optisch einwandfreie Oberfläche und ist preislich wettbewerbsfähig. Allerdings werden noch nicht die Anforderungen der Automobilbranche erreicht. Der Zusatz von Bioziden verhindert eine Schimmelbildung in der Versiegelung, sodass gute Standzeiten möglich sind.

Joachim Ramisch, Riesmetall, Nördlingen

» Ich sehe für die Galvanotechnik eine große Zukunft, denn Galvanotechnik ist überall im Einsatz, wo es um Verschleiß, Korrosion und Gebrauchsgegenstände geht. Zivilisation ohne Galvanotechnik ist nicht vorstellbar «

Norbert Fessler, safedry, ging auf die technischen und wirtschaftlichen Aspekte der Trocknung ein. Die wichtigsten Elemente eines Trockners sind die Ventilatoren mit Abwärmenutzung, Heizung, Isolierung, Deckel, Tropfenabscheider und die geregelte Luftentfeuchtung. Die moderne Technik von safedry reduziert den Energiebedarf auf die Hälfte. Dank gefördertem Zuschuss für die Investition des Trockners, besten Trocknungsergebnissen, sodass keine zusätzliche Handarbeit für das Nachputzen und Polieren der Teile anfällt, und den geringeren Energiekosten rechnet sich die effiziente Anlage sehr schnell.

Ebenfalls eine sehr energieeffiziente Trocknung bietet die Firma Harter GmbH an. Reinhold Specht stellte die Kondensationstrocknung auf Wärmepumpenbasis vor, mit der sich bis zu 85 % Energie einsparen lassen. Je nach Bauteil findet die Trocknung im Temperaturbereich von 40 bis 77 °C statt. Kunden erhalten individuelle Anlagen. Diese werden im Technikum mittels Trocknungsversuchen an die jeweiligen Anforderungen an Produkt und Prozess angepasst. Es kann sowohl Gestell- als auch Trommelware getrocknet werden. Für die Schlammtrocknung eignet sich das Verfahren ebenso, um teure Entsorgungskosten zu reduzieren. Der Redner empfahl auch die Beantragung einer BAFA-Förderung, um die Investitionskosten zu reduzieren.

Lars Baumgürtel, Zinq, Gelsenkirchen

» Die Oberflächentechnik ist spannend, weil sie so viel Innovationspotenzial hat. Sie leistet einen wesentlichen Anteil zur Verlängerung der Produktlebensdauer, und das ist natürlich im Rahmen der Ziele des Green Deals, der Circular Economy, eine absolute Grundlage, damit Energiewende und Klimaneutralität gelingen können «

Jens Krümberg, Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH, berichtete von einem Verfahren zum Recycling von Beizlösungen mit Natriumperoxodisulfat in der Leiterplattenfertigung. Die beim Feinbeizen eingesetzten Natriumperoxodisulfat-Beizen müssen ab einer Kupferkonzentration von 20 g/L durch frische Beizlösung ersetzt werden, damit die gewünschte Beizwirkung nicht nachlässt. Bei der elektrolytischen Behandlung wird zum einen das angereicherte Kupfer kathodisch abgeschieden und zum anderen das zu Natriumsulfat reduzierte Natriumperoxodisulfat reoxidiert, sodass die Beizlösung wieder eingesetzt werden kann. Sehr gute Ergebnisse wurden mit einer diamantbeschichteten Anode erzielt.

Das Abwasservolumen aus dem Verwurf von Spülwasser kann reduziert werden, indem Spülwasser zurückgeführt wird. Eckart Giebler, Collini GmbH, hat ein mathematisches Modell vorgestellt, mit dem die Rückführung aus der ersten Spüle in die Prozesslösung in Abhängigkeit von der Verdunstung in der Prozesslösung, der Ausschleppung und der Spülwasserkonzentration berechnet werden kann. Durch die Spülwasserrückführung gelangen auch Badinhaltsstoffe zurück in die Prozesslösungen, wodurch die Stoffverluste minimiert werden. Die Metallkonzentration stellt sich in Abhängigkeit der anodischen und kathodischen Stromdichte ein. Bei steigenden Metallkonzentrationen wird der zurückgeführte Spülwasservolumenstrom gedrosselt und ein Teil des Spülwassers in die Abwasserbehandlung gegeben. Um Metallverluste zu reduzieren, empfiehlt der Redner die Verringerung der Differenz zwischen anodischer und kathodischer Stromdichte. Das Modell wird aktuell in einer dreiteiligen Serie in der Galvanotechnik veröffentlicht: In Heft 10, in dieser Ausgabe 11 (Mehr ab S. 1420) sowie in der kommenden Ausgabe 12.

Die als Alternative zu den bewährten Chrom(VI)-Elektrolyten eingesetzten Chrom(III)-Elektrolyte sind teurer und aufwendiger im Betrieb. Christian Kurrle, Umicore Galvanotechnik GmbH, und Marvin Wagner, BIA Kunststoff- und Galvanotechnik GmbH & Co. KG, sprachen über Erfahrungen beim Verchromen mit Chrom(III)-Elektrolyten aus der Sicht des Elektrolytherstellers und des Galvanikers. Das Anodendesign spielt eine wesentliche Rolle im Prozess. Sehr gute Ergebnisse wurden mit Iridium-beschichteten Titanstreckmetallanoden erzielt. Offene Titanflächen und Schnittkanten an der Anode müssen vermieden werden, um die Chrom(VI)-Bildung im Elektrolyten zu unterbinden. Wegen des hohen Iridiumpreises soll die Schutzschicht möglichst dünn sein. Deshalb wurde ein Topcoat entwickelt, der die Iridiumschicht schützt und dünnere Iridiumschichten zulässt, wodurch die Kosten um 25 % gesenkt wurden. Demnächst wird das Anodenrecycling untersucht.

Patricia Preikschat, presch matters GmbH, gab eine Übersicht zur Effizienz und Nachhaltigkeit in der Galvanotechnik. Die Grundidee der Nachhaltigkeit ist der Nutzen für alle Beteiligten. Schwierig ist noch die mangelnde Überprüfbarkeit der Nachhaltigkeit. Ein erster Schritt ist die Aufstellung der unternehmerischen Klimabilanz, in der die CO₂-Emissionen aufgelistet werden. Beispiele für reduzierte CO₂-Emissionen in galvanischen Unternehmen zeigen, was Unternehmen selbst tun können. So die Fa. Franz Rieger, bei der PV-Dachanlagen seit 2011 installiert sind, der Strombezug auf reinen Ökostrom umgestellt, die Elektromobilität eingeführt und die Wärmeversorgung elektrifiziert wurde. Auch Fachfirmen stellen sich ihrer Verantwortung und bieten Chemikalien an, die separat dosierbar sind, wodurch der Chemikalienbedarf reduziert wird. Außerdem werden die Rezepturen verändert, indem Zusätze aus nachwachsenden Rohstoffen verwendet werden.

Dr. Elke Spahn, Gravitech, Rodgau

» Die Zukunft der Galvanotechnik hängt von Deutschland ab. Wir müssen aufpassen, dass wir unser Know-how nicht herausgeben und uns darauf besinnen, dass wir eine Ingenieurgesellschaft sind und wir nicht von unseren Bodenschätzen leben, sondern von unserem Wissen. Und das Wissen in der Galvanotechnik ist im Vergleich zu anderen Ländern sehr hoch «

Über die praktische Umsetzung der Richtlinien und Gesetze zur Reduzierung von CO₂-Emissionen am Beispiel der Galvanik sprachen Patrik Lammert, pur4mance GmbH, und Michael Dallmayer, Dallmayer Galvano-Consulting. Jedes Unternehmen ist bis 2027 aufgefordert, eine CO₂-Bilanz aufzustellen. Schwierig ist die Datenlage. Sich bei der Erstellung des Footprints nur auf Sekundärdaten aus Datenbanken zu verlassen, davon raten die Redner ab. Besser sei es, eine Prozesssimulation für höhere Genauigkeit durchzuführen. Für die CO₂-Bilanz müssen auch die Peripheriegeräte, wie Pumpen, Abluftsysteme, Luftwäscher, Abwasserbehandlung mit Filterpressen, Sammel- und Behandlungsbehälter sowie Kühlung, Heizung, Trockner etc. ausgewertet werden. Aus den Daten können dann auch Defizite erkannt und Maßnahmen für Energieeinsparungen festgelegt werden. Für eine detaillierte Ökobilanz in kleinen Unternehmen empfehlen sie externe Unterstützung.

CO₂ ist die Währung der Zukunft, wie Stephan Krinke, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, hervorhob. Dekarbonisierung ist das zentrale Thema für die Nachhaltigkeitsstrategie vieler Unternehmen. Die Treiber sind Nachhaltigkeits-Ratings, Finanzmärkte sowie die gesetzliche CSRD (Corporate Sustainability Reporting Directive)-Richtlinie, die einen Maßnahmeplan zum Klimaschutz fordert. Auch kleine Unternehmen müssen ab dem Jahr 2026 gemäß CSRD berichten. Bei der Aufstellung der Nachhaltigkeitsbewertung muss die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet werden. Der Redner empfahl ebenfalls, Unterstützung durch externe Fachleute zu suchen. Das Fraunhofer-Institut IST bietet maßgeschneiderte Werkzeuge und Beratungsleistungen rund um die Dekarbonisierung von Oberflächentechnologien an. Hierzu zählen Carbon-Footprints, Hot-Spot Analysen und CO₂-Vermeidungskostenkurven.

Frank Tischlinger, TBK Solingen

» Die Zukunft der Galvanotechnik ist ohne Auszubildende bedroht. Momentan brechen Unternehmensbereiche aus dem Automobilbereich und aus dem dekorativen Bereich weg. Das wird sich hoffentlich wieder stabilisieren, aber auch dann fehlt uns wieder die Manpower, ähnlich wie 2008, als nicht mehr ausgebildet wurde und später die Fachkräfte fehlten «

Adolphe Foyet, DuPont, stellte ein neues Hochgeschwindigkeitszinnverfahren für matte Schichten vor. Oberflächentechnologien müssen immer höheren Ansprüchen gerecht werden. Deshalb wurden Chemikalienzusätze für High-Speed-Zinnverfahren entwickelt, die zum einen die Anforderung der Umweltverträglichkeit erfüllen und zum anderen zu geringer Whiskerbildung neigen sowie den elektronischen Komponenten beste Korrosionsbeständigkeit geben, somit bieten sie eine höhere Zuverlässigkeit und Leistung. Das High-Speed-Zinnverfahren arbeitet mit hoher Produktivität über einen breiten Stromdichte- und Temperaturbereich. Eine niedrigere Betriebstemperatur ermöglicht Einsparungen bei den Energiekosten. Außerdem verbessert ein ungiftiges Antioxidans sowohl die chemische Stabilität als auch die Nachhaltigkeit des Produkts (lesen Sie hierzu auch den englischsprachigen Artikel von Adolphe Foyet in der Leuze-Online-Zeitschrift JEPT unter https://t1p.de/u6q65).

Digitalisierung in der Oberflächentechnik

Durch den Einsatz moderner, KI-gestützter Automatisierungstechnologie lässt sich auch die Leistung in Bestandsanlagen steigern, wie Andreas Scholz und Florian Wimmenauer, Aucos AG, berichteten. So werden die Beschichtung sowie die Anlagenperipherie mit einer speziell auf den Kunden ausgerichteten Software gesteuert. Simulierte Prozessabläufe für die Anlagenplanung minimieren die Inbetriebnahmezeiten. Im Arbeitsalltag werden außerdem das Qualitätsmanagement, die Bauteilinspektion, Gestellverwaltung und Protokollierungen durch das Fertigungsleitsystem mit Speziallösungen vereinfacht. Damit kann die Produktivität der Anlagen effizient gesteigert werden.

Über Zink-Nickel, u. a. bedeutende galvanische Schicht in der Automobilbranche, sprach Günter Schmitt vom IFINKOR-Institut. Eine Online-Steuerung verbessert das Verfahren und die Prozesssicherheit erheblich (Foto: ZVO/Sven Hobbiesiefken)

Günter Schmitt, IFINKOR-Institut für Instandhaltung und Korrosionsschutztechnik gGmbH, sprach über eine elektrochemische Steuerung der Prozessschritte Entfetten, Beizen und Passivieren bei der galvanischen Herstellung von ZnNi-Überzügen. Die Prozesssteuerung über Transienten des Freien Korrosionspotentials (FKP) eignet sich hierbei sehr gut. Die zu behandelnde Metallware wird als Elektrode kontaktiert und ihr Potential-Transient beim Eintauchen in die Prozesslösung gegen eine Bezugselektrode gemessen. Das Ende der Behandlung, beispielsweise Entfetten, ist erreicht, wenn der FKP-Transient ein stationäres Niveau von dU/dt < 0,02 mV/s erreicht. Beim Erreichen des Kriteriums stellt sich auch eine optimale Hydrophilie der Metalloberfläche ein, was für die folgenden Prozessschritte von Vorteil ist. Diese Form der Online-Steuerung ermöglicht kürzere Behandlungszeiten, beim Beizen geringere Wasserstoffversprödung, längere Nutzungsdauer der Prozesslösungen und die Zunahme der Prozesssicherheit bei höchster Qualität.

Sebastian Breuckmann, DiTEC Dr. S. Kahlich & D. Langer GmbH, gab einen Einblick in mögliche Optimierungspotenziale zur Elektrolytführung, um Kosten einzusparen und die Qualität zu verbessern. Die ProGal-Steuerung analysiert, optimiert und steuert intelligent sämtliche Prozesse rund um die Oberflächenbehandlungsanlage. In die Steuerung sind verschiedene Module integriert. Das Badanalysemodul berechnet auf Basis der Analytik die Zusätze. Mit der Schnittstelle zur Steuerung werden die Analysen in Abhängigkeit vom Warendurchsatz durchgeführt.

Richard Utikal, Utikal Automation, Achstetten

» Die Galvanotechnik muss sich wandeln und kundenorientierter werden. Die Prozesse sollten auf den Kunden ausgerichtet und spezialisiert werden. Ich sehe das an meinen Kunden: Den Spezialisierten geht es gut im Gegensatz zu denen, die Massenware anbieten «

Die Digitalisierung stellt für Unternehmen eine Chance für mehr wirtschaftlichen Nutzen dar. Es können Durchlaufzeiten durch bessere Anlagennutzung reduziert, Kosten gesenkt und die Qualität verbessert werden. Daten und Datenverfügbarkeit sind eine Basis der digitalisierten Galvanotechnik, wie Peter Schwanzer, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, hervorhob. Die Zusammenführung der erfassten Maschinen-, Produktions-, Auftrags-, Verfahrens- und Analysedaten ermöglicht gute Prognosewerte im Prozess, wodurch die Elektrolytqualität beispielsweise verbessert werden kann. Eine solide Datenbasis ist auch zur Planung von Umbaumaßnahmen im Energiesystem der Wärme- und Stromversorgung sehr nützlich. In der Lerngalvanik vom IPA wurden Erfahrungen zur Elektrolytführung mit Unterstützung durch maschinelles Lernen gesammelt. Für die Skalierung und Anwendung der verschiedenen Ansätze im industriellen Umfeld sowie bei der Entwicklung neuer Ansätze werden noch Interessenten und Partner gesucht.

Rowena Duckstein (im Bild), Fraunhofer IST, und Marija Lindner, TU Braunschweig, stellten KI-basierte Inlinemessgeräte für die Oberflächentechnik vor (Foto: Fraunhofer IST)

Rowena Duckstein, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, und Marija Lindner, TU Braunschweig, stellten KI-basierte Inlinemessgeräte für die Oberflächentechnik vor. Sonst erforderliche, teure chemische Analysen sollen durch KI-basierte Datenauswertung ersetzt werden. Die KI-basierte Datenauswertung trifft beispielsweise Vorhersagen für die Metallkonzentrationen und die zu erreichenden Schichtdicken. Außerdem werden die Chemikalien- und Prozessparameter modelliert, um Chemikalien optimal im Elektrolyten zu dosieren und den Prozess an wechselnde Anforderungen anzupassen.

Tim Bolder, Moosbach & Kanne, Solingen

» Galvanotechnik ist und bleibt ein Fachbereich, der aus dem alltäglichen Leben nicht wegzudenken ist, auch wenn er in vielen Fällen versteckt vor den Augen der Bevölkerung stattfindet. Die Schwierigkeit wird sein, von herkömmlichen Schemata und Denkweisen abzuweichen und zu sehen, dass wir diesen Fachbereich nicht verschwenderisch, sondern nachhaltig betreiben, also nicht immer nachproduzieren, sondern auch nacharbeiten «

Wie Digitalisierung im Alltag galvanischer Unternehmen ankommt, stellte Arnaud Kropp, Softec GmbH, vor. Mit der vorgestellten Software weiß der Anwender von der Warenanlieferung bis zum Warenausgang, an welcher Stelle im Produktionsprozess sich die Ware befindet. Über Tablets, Smartphones oder Produktionsbildschirme werden aktuelle Produktionsinformationen angezeigt. Außerdem können Analysewerte und Messprotokolle direkt digitalisiert werden.

Management meets Oberfläche – Nachhaltige und klimaneutrale Ausrichtung einer Galvanik

Die galvanische Oberflächenbehandlung verhindert einerseits Korrosions- und Verschleißschäden, wodurch Ressourcen geschont werden. Andererseits sind dafür Chemikalien und Energie notwendig. Die Produktionskosten können durch geringen Chemikalien- und Energieeinsatz reduziert werden, wodurch auch die Nachhaltigkeit der Unternehmen verbessert wird. Mittelständische Firmen müssen demnächst auch Nachhaltigkeitsberichte erstellen. In der Session wurden zu dieser Thematik Beispiele aufgezeigt, wie durch optimalen Energieeinsatz CO₂-Emissionen reduziert werden können. Ferner wurden Hinweise für vorausschauende Investitionen gegeben.

Der effizente Umgang mit Abluft und Wärmerückgewinnung war das Thema von Christian Deyhle von der Qubus Planung und Beratung Oberflächentechnik GmbH (Foto: ZVO/Sven Hobbiesiefken)

Wie eine klimaneutrale Galvanik in der Zukunft aussehen kann, zeigte Christian Deyhle, Qubus Planung und Beratung Oberflächentechnik GmbH, am Beispiel optimierter Wärmerückgewinnung aus der Abluft. In vorhandenen Galvanikanlagen stellt Abluft eine erhebliche Wärmequelle dar. Gemäß Energieeffizienzgesetz (EnEfG) sind Betriebe mit einem durchschnittlichen Gesamtenergieverbrauch der letzten 3 Jahre von mehr als 2,5 GWh/Jahr verpflichtet, Abwärmequellen zu erfassen und Maßnahmen zur Vermeidung beziehungsweise zur Abwärmenutzung zu identifizieren. Die Wärme kann über die Einbindung eines Wärmeübertragers, einer Wärmepumpe zur Optimierung des Wärmerückgewinnungssystems und zur Prozesskühlung oder mittels zweistufiger Wärmepumpensysteme für die Nutzung der Abwärme zum Heizen der Prozesse genutzt werden.

Der Weg zur Klimaneutralität stellt KMUs vor besondere Herausforderungen, wie Elke Moosbach, Moosbach & Kanne GmbH, aus eigenen Erfahrungen zu berichten wusste. Mit Investitionen in effiziente Gleichrichter, Blockheizkraftwerk, Umstellung auf LED-Licht, Wärmerückgewinnung und Photovoltaikanlage wurden in ihrem Betrieb die CO₂-Emissionen um 45 % reduziert. Um im Förderdschungel auch an Fördermittel zu kommen, empfiehlt sie externe Unterstützung – zum Beispiel durch die Hausbank. So können Investitionen von Einzelmaßnahmen, bspw. Solaranlagen oder Wärmepumpen, gefördert werden.

Julius Gröne, Saueressig Group, Mönchengladbach

» Ich sage, die Zukunft sieht positiv aus! Wenn wir aufhören, über die Zukunft nachzudenken, ist sie vorbei. Wir werden die Galvanotechnik auch brauchen, man denke nur an die eingestürzte Brücke in Dresden, wo es lokal auch um Korrosionsschutz geht, unser ureigenes Thema. Auch die Zukunftstechnologien haben alle etwas mit Galvanotechnik zu tun «

Resilienz ist nicht nur die Fähigkeit, Verwerfungen infolge neuer sozialer, wirtschaftlicher oder politischer Rahmenbedingungen auszuhalten, sondern sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Moderne Unternehmen der Galvanotechnik sollten Resilienz als strategischen Faktor für Nachhaltigkeit nutzen. Am Beispiel verschiedener Faktoren erläuterte Edgar Kaufmann, B+T Oberflächentechnik GmbH, wie Krisenmanagement funktionieren kann. Bei der Bevorratung mit Chemikalien sollten die Min- und Max-Bestände neu definiert werden. Außerdem empfiehlt sich die Ausweitung der Bezugsquellen. Mittels Energiemonitoring wird der Energiebedarf kontrolliert und reguliert. Digitale Auftragsplanung hilft, die Anlagen so auszulasten, dass Stromspitzen vermieden werden.