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Dr. Seniz Sörgel, Leiterin der neuen Abteilung Elektrochemische Energiesysteme am Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie fem

Welche Ziele verfolgen Sie am Forschungsinstitut Edelmetalle mit der neuen Abteilung Elektrochemische Energiesysteme (EES)?
Wir glauben an grüne Energie und vereinen unsere traditionellen Stärken der Oberflächentechnologie, Materialwissenschaft und Elektrochemie, um sie zu realisieren. Die neue Abteilung wird einen signifikanten Beitrag zur Energiewende leisten und die Zukunft mitgestalten. Wir werden die Ausstattung des fem mit neuen Prüfständen und Charakterisierungsmethoden weiter ausbauen. Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseure spielen eine Schlüsselrolle für eine klimafreundliche und treibhausgasneutrale Wirtschaft. Innovative Herstellungsmethoden sowie die Entwicklung, Optimierung und Charakterisierung von Komponenten wie Elektroden und Elektro­katalysatoren sind unsere Kernkompetenzen. 

Es ist unerträglich heiß im Büro. Das Thermometer klettert weit über die 30 Grad-Marke. Keine Entspannung in Sicht. Die Hitzewelle hat Europa fest im Griff … und endlich URLAUB! Und dann stellt sich da die Frage: Soll ich es wagen und das Handy zu Hause „vergessen“? Das Reiseziel wurde demokratisch innerhalb der Familie festgelegt. Die Mitarbeiter und Kunden sind informiert, dass ich für 2 Wochen nicht erreichbar bin. Und still und leise schleicht sich ganz im Hinterkopf der Gedanke ein, ob ich es wagen soll? Echt wirklich mutig sein? Das Handy einfach zu Hause zu lassen?!?
Ich werde es mir überlegen …

Anoden-/ Kathodenverhältnis: Wir setzen noch einen cyanidischen Zinkelektrolyten ein und haben dabei immer wieder Probleme mit dem Zinkgehalt. Dabei stießen wir auf die Frage, wie das Flächenverhältnis zwischen Anode und Kathode sein muss. Eine allgemeine Vorschrift gibt es unseres Wissens nach nicht. Es kommt vor allem auf das Verhältnis NaOH zu NaCN sowie Zink zu NaCN an. Das Verhältnis Zink zu NaCN liegt bei 1:2 bis 1:2,5. Das Verhältnis NaOH zu NaCN liegt zwischen 3:1 und 1,5:1.In der Regel liegt das Anodenverhältnis bei 1:1 bis 1:2, kann aber vereinzelt stark davon abweichen bzw. variiert je nach Zinkgehalt. Bei etwa 12 g/L Zink ist die Metallverteilung sehr gut. Mit steigendem Zinkgehalt verbessert sich die Stromausbeute, so dass sie bei rund 24 g/L ihr Maximum erreicht. Der Metallgehalt wird über die Anodenfläche gesteuert. Zu große Anodenflächen führen zu einem Anstieg des Metallgehalts.

In 35 Jahren vom Start-up zum gewichtigen 100-Mann-Mittelständler. Im Interview sprechen Karl und Sebastian Rieder über die Einsatzmöglichkeiten ihrer Technologie, das internationale Geschäft und die Entwicklung von plating electronic. Die Gleichrichterexperten aus Sexau am Fuße des Schwarzwalds haben seit ihrer Gründung vor 35 Jahren einen kontinuierlichen Aufschwung erlebt. Heute gehört das Familienunternehmen zu den Innovationstreibern bei Gleichstrom- und Pulsstromquellen für elektrochemische Prozesse in Industrie und Forschung. Auf der Branchenmesse für Galvano- und Oberflächentechnik Surface Technology in Stuttgart durfte plating electronic deshalb nicht fehlen. Die „Galvanotechnik“ nutzte die Gelegenheit zu einem längeren Gespräch mit Geschäftsführer Karl Rieder und seinem Sohn Sebastian Rieder, der auch neue Geschäftsbereiche über die Elektrochemie hinaus erschließt.

Die galvanische Abscheidung von Dispersionsschichten ist bereits seit etwa hundert Jahren bekannt. Dabei werden die einzulagernden Partikel in Form von Pulvern oder als Suspension zu einem Metallmatrixelektrolyten gegeben und durch Umpumpen, Rühren, Lufteinblasung, etc. in Schwebe gehalten. Durch die Wahl geeigneter Elektrolytzusätze und Abscheideparameter kann ein Partikeleinbau in die Schicht stattfinden. Bereits in den 1930er-Jahren wurden Diamantpartikel in Nickelschichten eingelagert, z.B. für Anwendungen in der Zahnmedizin oder als Beschichtung für Nagelfeilen. Im Laufe der Jahre und Jahrzehnte wurden für verschiedenste Anwendungen nahezu unzählige Metall-Dispersoid-Kombinationen abgeschieden und charakterisiert. Ausgehend von den zunächst empirischen Versuchen wurden ab den 1960er-Jahren verschiedene Modelle erarbeitet und diskutiert, um den Mechanismus der Co-Abscheidung zu beschreiben.

Nach 2-jähriger, Corona-bedingter Unterbrechung meldete sich der Winterthurer Oberflächentag an der ZHAW Winterthur Anfang Juni mit 95 Teilnehmern zurück. Die acht Vorträge drehten sich um das Thema „Smart Coatings“. 14 Aussteller waren bei der Industrieausstellung vertreten. Was bedeutet eigentlich Smart Coatings? Dieser neue Begriff stammt aus dem 21. Jahrhundert und bezeichnet Beschichtungen, die auf einen äußeren Reiz reagieren können, so wie beispielsweise die menschliche Haut. Deshalb werden sie auch Bioinspired Coatings genannt. Ein Beispiel: Es gibt selbstheilende Beschichtungen, auf der Kratzer wieder verschwinden. Der globale Markt für Smart Coatings soll bis 2025 in etwa 25 Mrd. US-Dollar erreichen und damit massiv wachsen.

Die Bedeutung der Kontrolle des Stromflusses: Wenn Strom von Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, fließt der Strom in Wellenform. Genauso wie ein Licht, das mit einem solchen Strom betrieben wird, flackern würde, werden auch elektrochemische Prozesse beeinträchtigt, indem sie entweder verlangsamt oder gestoppt werden, wenn auch nur für Millisekunden – und für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar. Dieser Artikel zeigt, wie die Schwankungsbreite dieser Wellen – hoch oder niedrig – einen erheblichen Einfluss auf die Homogenität und Streufähigkeit, die Beschichtungsqualität und die für die Metall-veredelung erforderlichen Ressourcen hat.
Numerische Messwerte zeigen Durchschnittsspannung an: Die Spannungsanzeige auf einer Gleichrichtertafel ist nur ein Durchschnittswert. Was wirklich zählt, ist der Prozentsatz der Nennspannung, der tatsächlich genutzt wird. Zum Beispiel entsprechen 7,3 V eines 18-V-Gleichrichters 40,4 %. Das Schaubild in Abbildung 1 zeigt, wie die Realität hinter diesem Durchschnitt aussieht und was tatsächlich passiert.

Die Investition in neue Galvanikanlagen ist für Unternehmen immer mit Herausforderungen verbunden. Die Anlagen sollen rechtzeitig in Betrieb gehen und dauerhaft leistungsfähig, innovativ, ressourcenschonend und betriebssicher sein. Die Wahl des richtigen Anlagenbauers ist deswegen besonders wichtig. Er muss die Anforderungen des Kunden verstehen und in der geplanten Zeit die bestmögliche Anlage für den Kunden errichten. Dafür muss der Anlagenbauer – in diesem Fall Metzka aus Schwanstetten – viele Faktoren berücksichtigen: Welche Galvaniktechnologie verwendet wird, welche Einsatztemperaturen und chemischen Medien eingesetzt werden und welche Konstruktionswerkstoffe unter diesen Einsatzbedingungen die höchste Prozess- und Betriebssicherheit ermöglichen.

Für einen Dresdener Galvanik-Dienstleister realisierte der Sonderanlagenbauer FK Galvanik eine vollautomatische Eloxal-Anlage mit 47 Bädern. Die Großgalvanik für Flugzeugteile setzt Standards in den Bereichen Anodisieren, Hartanodisieren, Chromatieren und Färben. Die Entfettungs- und Spülbäder sind mit insgesamt 54 Ultraschallsystemen von Weber Ultrasonics aus Karlsbad ausgestattet. Es war ein Brand, der bei der Nehlsen-BWB Flugzeug-Galvanik Dresden GmbH & Co. KG die Investition in eine neue Anlage für das Eloxieren/Anodisieren erforderlich machte. Das zur Schweizer BWB-Gruppe gehörende Unternehmen ist langjähriger Partner der Luftfahrtbranche mit zahlreichen Zertifizierungen (QSF-A/B – extended Workbench with additional capabilities) und der Industrie. Entsprechend hoch waren die Anforderungen an die Qualität, Kapazität und Prozessstabilität sowie die Größe der Bauteile, die in der neuen Galvanikanlage behandelt werden können.

Neues trivalentes Chromverfahren bietet unkomplizierte Abwasserbehandlung: Im dekorativen sowie funktionellen Bereich der Galvanotechnik spielen Chromschichten eine entscheidende Rolle. Die helle, glänzende und harte Schicht hat einen hohen Stellenwert in der Armaturen-, Möbel- und Automobilindustrie. Durch das Ersetzen von sechswertigen Chrombädern durch trivalente Elektrolyte ergibt sich oftmals das Problem, dass sich die Schichten optisch voneinander unterscheiden und so ein Mischverbau nicht möglich ist. Das Saphir 2000 BL Verfahren der Fa. Kiesow Oberflächenchemie GmbH & Co. KG aus Detmold ist ein modifiziertes, trivalentes Chromverfahren welches Abscheidungen mit b*-Werten im negativen Bereich (-0,5 bis -1) ermöglicht. Es ist speziell für die Ansprüche der Automobilindustrie entwickelt worden).

Oberflächenreaktionen mal anders: Empa-Forscher lassen Kopplungsreaktionen nicht in Flüssigkeit, sondern im Hochvakuum auf einer Goldoberfläche ablaufen. Durch die Erkenntnisse könnte auch die flüssige Chemie weiterentwickelt werden. Chemische Synthesen in Flüssigkeiten und Gasen finden im dreidimensionalen Raum statt. Aus zufälligen Kollisionen muss in extrem kurzer Zeit etwas Neues entstehen. Doch es geht auch anders: Auf einer Goldoberfläche im Ultrahochvakuum können still nebeneinanderliegende Moleküle dazu gebracht werden sich zu verbinden – sogar solche, die in Flüssigkeiten nie miteinander reagieren möchten. Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa haben nun eine solche Reaktion entdeckt. Das Beste daran: die Experten können „auf Zeitlupe schalten“ und bei jedem Reaktionsschritt zusehen.

Weil es nur bedingt zur eigentlichen Wertschöpfung beiträgt, ist Entgraten ein wenig geliebtes und untersuchtes Bearbeitungsverfahren. Bei Kunststoffteilen ist das Entgraten an sich nicht üblich, weil z. B. Spritzgießen gratfreie Werkstücke liefert. Trotzdem muss in sehr vielen Fällen entgratet werden. Ein Zweiteiler über Grundlagen, Materialien und Verfahren. Strahlspanen: Aufgrund der Nennungen und Fachberichte in der Literatur wird Strahlspanen zum Entgraten von Kunststoff und Gummi häufiger als Gleitschleifen angewendet. Dabei muss dieses Verfahren unterteilt werden in das aus der Metallbearbeitung bekannte Druckluft- und Schleuderradstrahlspanen sowie in das Strahlen von mit Trockeneis oder flüssigem Stickstoff unterkühlten Werkstücken (siehe folgender Abschnitt).

Im Kessel der Trockendampfreinigungsanlage hat die Dampferzeugung des Oberflächenreinigungsprozesses ihren Ursprung. Welche Kesselkon­struktionen erwogen wurden und welche schließlich als günstigste Lösung ermittelt wurde, lesen Sie in diesem Teil. Die Dampferzeugung im Kessel und der geschlossene Kreislauf des Wassers: Der Kessel ist das Herzstück des Dampf-Systems. Der moderne, gegen Wärmeverlust an die Umgebung isolierte Kessel wird durch einen Erdgas-Brenner erwärmt. Erhitztes Rauchgas strömt durch die Kesselrohre aufwärts. In einem häufig eingesetzten Musterkessel werden die heißen Gase von dem Brenner in das Rohr der 1. Ebene übergeben und in Strömungsrichtung bis zu 3 Mal durch eine Reihe von vielen dünnen Röhren bewegt (2. und 3. Ebene), um die maximale Wärmeübertragung durch die Rohroberflächen an das umgebende Kesselwasser zu erreichen.

Aluminiumbauteile werden seit Jahren erfolgreich mit Chrom(III)-haltigen Passivierungen behandelt. In der Produktion wird ein robustes Verfahren mit guter Reproduzierbarkeit gefordert. Hierfür ist es notwendig, den gesamten Prozess von der Vorbereitung der Oberfläche in Entfettung, Beize und Dekapierung über die Passivierung bis hin zur Trocknung zu verstehen und zu berücksichtigen. Das Verfahren ist etabliert und hat Einzug in verschiedene Normen gehalten, muss aber zugleich immer höheren Qualitätsansprüchen genügen. Gerade im Fall der korrosionsanfälligen und hochlegierten Aluminiumlegierung EN AW-2024 T3 wird deutlich, welche Rolle die einzelnen Schritte des Beschichtungsprozesses haben, und dass die Anwendungsparameter exakt aufeinander abgestimmt werden müssen, um ein zufriedenstellendes und auf die hohen Ansprüche zugeschnittenes Endergebnis zu erreichen.

Und die einen sind im Dunkeln und die andern sind im Licht. Und man sieht nur die im Lichte, die im Dunkeln sieht man nicht.“ So kann man es in der Dreigroschenoper von Bertolt Brecht hören oder lesen, und was im Theater als Hinweis auf soziale Missstände und die ungerechte Verteilung von Wohlstand gemeint war, kann auch auf die Geschichte der Wissenschaft übertragen werden, wie der britische Historiker James Poskett in seinem Buch über „die globale Geschichte der Wissenschaft“ herausgearbeitet hat, der er den Titel „Horizonte“ gegeben hat. Zwar bestreitet niemand, dass „Die Geburt der modernen Wissenschaft in Europa“ zu verorten ist, wie Gelehrte geschrieben haben – und zwar zu Beginn des 17. Jahrhunderts –, und jeder Interessierte wird wissen, dass Kopernikus Pole, Newton Engländer, Kepler Deutscher, Descartes Franzose, Huygens Holländer und Galilei Italiener war, um ein paar Namen aufzuführen.

Thorsten Koch bleibt CEO bei Dörken – Thorsten Koch hat bei Dörken überzeugt und macht weiter

Norbert Dallner wird Prokurist – Norbert Dallner übernimmt künftig mehr Veranwortung bei Tscherwitschke

GME mit neuem Vorsitzendem – Will die Welt mit neuen Werkstoffen besser machen: Prof. Christian Hopmann

• fem baut FuE-Anlage für Brennstoffzelle und Elektrolyse
• Galvanopreis 2023
• Forschungsneubau für Leichtbautechnologien eröffnet
• EU federt steigende Energiekosten ab
• Einsparungen durch richtiges Trocknen
• Substitution von Platin für die Wasserstoffwirtschaft
• 22 Jahre Neue Materialien Bayreuth
• parts2clean 2022: Bauteile zukunftsfähig reinigen
• Flexibel, schnell und einfach reinigen
• Neue Bauteilrückverfolgung ist Datamatrix-Codes überlegen

Wie die übrige deutsche und mutmaßlich auch globale Industrie ist die Galvano- und ­Oberflächentechnik im Wandel. Was wie eine Binsenweisheit klingt, ist auch eine prägnante Erkenntnis von Quereinsteigern in die Branche wie mir: Nach der Reportage über die komplett neu gedachte digitale Galvanik der Jentner Group in Heft 7, stand für diese Ausgabe ein Besuch beim mittelständischen Global Player Hansgrohe an. Das Thema Oberfläche ist hier Programm, schließlich ist ein makelloses Äußeres der Armaturen für Bäder und Küchen neben Korrosions- und Versschleißschutz das Verkaufsargument Nummer 1. Und hier kommt der Wandel wieder ins Spiel: Dass Hansgrohe auf ein Jahr mit märchenhaften Umsatzsteigerungen von mehr als einem Viertel gegenüber dem Vorjahr zurückblicken kann, geht auf das Gespür seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter für Trends und ihre Bereitschaft, Veränderung zu leben zurück.