Ulmer Gespräch 2023: Prozesse optimieren mit Mess­technik und Datenerfassung

Weil die langjährige Tagungsstätte im Edwin Scharff Haus in Neu-Ulm in diesem Jahr umgebaut wird, tagten die rund 80 Teilnehmer am 24. und 25. Mai im Maritim Hotel auf der anderen Seite der Donau. „Das Ulmer Gespräch ist in Ulm angekommen“, scherzte deshalb Veranstaltungsleiterin Katja Fiege, die den krankheitsbedingt ausgefallenen Prof. Wolfgang Paatsch vertrat. Lesen Sie auch das Interview mit ihr auf S. 854. Die Werkstoffwissenschaftlerin vom Fraunhofer IPA in Stuttgart leitete die Veranstaltung mit der Präsentation des Nasser Kanani-Preisträgers ein. Die Auszeichnung wurde in diesem Jahr erst zum zweiten Mal verliehen und ist mit 3000 Euro dotiert. In der Branche ist der Stifter Prof. Kanani durch zahlreiche Fachartikel und -bücher wohlbekannt.

Dr. Mario Kurniawan schwimmt auf einer Erfolgswelle. Nach dem DGO-Nachwuchspreis erhielt er jetzt auch den Nasser-Kanani-Preis

In die engere Auswahl für den Preis kommen Arbeiten, die sich dem Thema Nachhaltigkeit widmen. Preisträger in diesem Jahr ist der Postdoktorant der TU Ilmenau Dr. Mario Kurniawan, der im vergangenen Jahr schon zu den Preisträgern des DGO-Nachwuchspreises gehört hatte. Nach der Verleihung der Auszeichnung hielt er den Einführungsvortrag.

Preparation and characterization of cuprous oxide for improved photoelectrochemical performance

Dr. Mario Kurniawan, TU Ilmenau

Kurniawan zählte zunächst die Vorzüge von Wasserstoff als nachhaltigem grünen Energieträger auf. Die Kombination von direktem Sonnenlicht und Halbleiter-Photoelektroden in einer photoelektrochemischen (PEC) Zelle kann Wasserstoff durch die Spaltung von Wassermolekülen in H₂ und O₂ erzeugen. Cu₂O ist ein p-Typ-Halbleiter der für die Absorption von sichtbarem Sonnenlicht geeignet ist und zudem über die geeignete Bandposition für die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff in einer PEC-Zelle verfügt.

Der Schwerpunkt der Arbeit von Dr. Mario Kurniawan lag auf der Vergrößerung der Oberfläche von Cu₂O, um die Leistung der PEC-Wasserspaltung zu verbessern

Der Schwerpunkt seiner Arbeit lag auf der Vergrößerung der Oberfläche von Cu₂O, um die Leistung der PEC-Wasserspaltung zu verbessern. Dies wurde durch die Abscheidung eines dünnen Cu₂O-Films auf einem freistehenden mikroporösen Cu-Gerüst erreicht, wie Kurniawan ausführte. Weitere Details zum Verfahren nannte er im Verlauf des Vortrags. Die hochinteressante Arbeit wird in einer der nächsten Ausgaben der Galvanotechnik im Rahmen eines Fachaufsatzes thematisiert.

Prozessanalytik bei der Chemischen Metallabscheidung in der Halbleiterindustrie

Dr. Andreas Walter, Robert Bosch Semiconductor Manufacturing Dresden GmbH, Dresden

Im ersten Vortrag des Themenblocks Datengewinnung und -nutzung wurden typische Anwendungsbeispiele der Chemischen Metallabscheidungen in der Halbleiterindustrie aufgezeigt und auf deren prozesstechnische Herausforderungen eingegangen. Dabei wurde auch kurz der generelle Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen beschrieben sowie dessen besondere Anforderungen.

Predictive Maintenance – mit Kl neue Wege gehen

Frank Benner von B+T war prädestiniert für einen Vortrag auf der Tagung, schließlich ist in seiner Galvanik Industrie 4.0 und Digitalisierung schon weitgehend Realität

Frank Bennner, B+T Unternehmensgruppe, Hüttenberg

Vernetzung der Produktion schafft neue und tiefere Einblicke in die Fertigungsprozesse, betonte B+T-Geschäftsführer Frank Benner in seinem Vortrag. Dadurch wird die Komplexität der unterschiedlichen Einflussfaktoren erkannt und vorbeugende Wartung bekommt im Bereich der Oberflächentechnik eine neue Bedeutung. Sein Vortrag beschäftigte sich mit der vorbeugenden Wartung chemischer Prozesse, dem Einfluss der Produkte auf die Prozesse und nicht zuletzt wie KI hier unterstützen kann.

Datenverfolgung und Prozessregelung in Galvanikanlagen

Dr. Milan Pilaski, Robert Bosch Manufacturing Salutions GmbH, Chemical Coatings, Stuttgart

Einblick in die Praxis erhielten die Teilnehmer beim Vortrag von Dr. Pilaski vom Robert Bosch Konzern. Denn das Unternehmen benötigt hochentwickelte Beschichtungsanlagen für die Maßbeschichtung automobiler Produkte, z. B. für die Hartverchromung von Magnetankern und Innenpolen für Benzineinspritzkomponenten, die Maßverchromung von Ventilsitzen für Dieseleinspritzpumpen, das Anodisieren von Druckverstärkergehäusen oder die Tauchbeschichtung von Lambdasonden. Pilaski beschrieb ein umfassendes Automatisierungs- und Qualitätssicherungskonzept, das u. a. Beschichtungsfehler visualisiert und die Ursachen so leichter ermittelt sowie die Schichtdicke kontinuierlich regelt.

Dr. Pilaski gab Einblick in hochautomatisierte Beschichtungsanlagen bei Bosch, hier die sogenannte Wendekassettenverchromungsanlage

Mensch und Maschine als Teamplayer?! Chancen und Herausforderungen der Integration von Mensch mit Cyber-Physischen- Systemen am Beispiel der Oberflächentechnik

Einsatz leistungsfahiger Handlingsysteme in der galvanischen Hochgeschwindigkeitsbeschichtung

Zwischenfragen kamen immer wieder: Hier Dr. Eckart Giebler (aktuell mit einer Spülserie im Umweltteil), der zu bedenken gab, dass die Datenlage, z. B. bei Elektrolyten, in der Galvanotechnik schmal istTim Bergmann, Robert Bosch Manufacturing Salutions GmbH, Chemical Coatings, Stuttgart

Bergmann arbeitet wie Dr. Pilaski bei Bosch. Er stellte die Hochgeschwindigkeitsbeschichtung von Bosch für die Automobilzulieferindustrie vor. Ziel ist es minimale Zykluszeiten zu erreichen. Die Prozesse sind durch sehr hohe Abscheideraten im Vergleich zu klassischen Beschichtungsverfahren geprägt. Er stellte Handlingsysteme für kurze Zykluszeiten vor, u. a. für die Tauchbadbeschichtung sowie für die hochpräzise Prozessmodulbeschichtung.

Qualitätsbezogene Regelungen galvanischer Anlagen: Rückführung der Analytik-Daten bzw. Anlagensensorik auf die Schichteigenschaften

Dr. Peter Schwanzer, Fraunhofer-lnstitut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Abteilung Galvanotechnik, Stuttgart

Letzter Redner des Tages war Dr. Peter Schwanzer, der sich der Realisierung der Digitalisierung in galvanischen Anlagen widmete. Dabei stellte er die Versuche, das Vorgehen und die Ergebnisse des Verbund-Forschungsprojekts SmARtPlaS (Smart Augmented Reality Plating Services) vor (mehr hierzu in Galvanotechnik 4/2023 ab S. 435). Im Rahmen des Projekts wurden in der Lerngalvanik am Fraunhofer IPA in kontrollierter Umgebung gezielt über Beschichtungsversuche Daten produziert, mit denen ein Vorgehen zu einer strukturierten Aufbereitung und Analyse der Daten unter Berücksichtigung der galvanotechnischen Randbedingungen erprobt wurde.

lnline-/Online-Analytik: Neue Möglichkeiten zur Erfassung der Elektrolytkomponenten

Daniel Schlak, Deutsche METROHM Prozessanalytik GmbH Et Co. KG, Filderstadt

Im Themenblock Prozessanalytik machte Daniel Schlak am zweiten Tag den Anfang. Galvanische Prozessbäder besitzen eine Vielzahl qualitätsrelevanter Parameter, die über die Qualitätssicherung erfasst werden müssen, so Schlak. Analysenmethoden wie z. B. Thermotitration für die Bestimmung von Hauptkomponenten der Elektrolyte und die Raman Spektroskopie für die Bestimmung der organischen Zusatzstoffe, wie beispielsweise Komplexbilder, kommen dabei zum Einsatz. Metrohm Process Analytics bietet nahezu alle unterschiedlichen Analysenmethoden für die Online- und lnline-Überwachung von galvanischen Prozessbädern samt Echtzeitsteuerung an, warb er für sein Unternehmen und stellte darüber hinaus die Software IMPACT vor, die verschiedene Analysentechniken für die Echtzeit-Prozessanalyse ermöglicht.

Vollautomatisches RFA-Online-System für effiziente Steuerung und Regelung der Metallkonzentrationen

Gute Seele der Veranstaltung: Sabine Groß vom DGO kümmerte sich um die Organisation des Events und stand für Fragen jederzeit bereitMonika Hofmann-Rinker, B+T K-Alpha GmbH, Hüttenberg

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) zur Konzentrationsbestimmung von Metallen in Flüssigkeiten eignet sich gut für Onlineanalytik und Automation des Messprozesses. Dank Vernetzung stehen bei B+T Messdaten, Statusmeldungen und Alarmierungen des Analysesystems aktuell und ortsunabhängig zur Verfügung und ermöglichen eine effiziente Konzentrationsregelung. Im Forschungsprojekt KinGaTec ermittelt B+T zurzeit gemeinsam mit Forschungspartnern, wie mit Hilfe von Automatisierung und künstlicher Intelligenz (KI) der Einfluss von Prozessparametern, wie u. a. die Metallkonzentration im alkalischen Zink-Nickel Bad, vorhergesagt und gezielt genutzt werden kann. Ziel ist es, die verfügbaren Ressourcen optimal einzusetzen und im Vorfeld der Beschichtung mit „smarten Parametern“ bereits eine zuverlässige Aussage über Qualität, Schichtdicke und Oberfläche der Ware geben zu können.

Produktbezogene mechanische Eigenschaften galvanischer Schichten – Einstellung und Kontrolle

Dr. Dirk Rohde, Atotech Deutschland GmbH, Berlin

Anhand von Beispielen wurden produktbezogene Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften galvanisch abgeschiedener metallischer Schichten und die dazu notwendige Prozesskontrolle diskutiert. Galvanische Kupferschichten sind in sogenannten Advanced Packaging-Anwendungen hohem mechanischem Stress ausgesetzt. Thema des Vortrags war darüber hinaus die Wasserstoffversprödung von Bauteilen bei der Beschichtung mit Korrosionsschutzschichten.

Neue Sensorik fur chemische Bäder

Dr. Daniel Wett, Institut für Korrosionsschutz GmbH, Dresden; Felix Bauer, TU Bergakademie Freiberg, Institut für Elektronik- und Sensormaterialien, Freiberg

Der Vortrag widmete sich der Entwicklung eines neuartigen Triple-Sensor-Chips, der in der Lage ist, in wässrigen chemischen Bädern Messwerte für die intelligente Regelung und Steuerung (Erfassung von Temperatur, Leitfähigkeit und pH-Wert-Messung auf einem Chip) in Echtzeit zu generieren. Längerfristige Vision ist der Einsatz des kostengünstigen und mechanisch robusten Sensors in der in-situ Überwachung von Prozessbädern in Echtzeit

Qualitätssicherung in der ­Kunststoffgalvanik am Beispiel verchromter Bauteile

Joachim Ramisch mit seinem Opel Ascona, den er in mühsamer Kleinarbeit u. a. in seiner Galvanik wieder hergerichtet hatDr. Kirsten Pleßow, Saxonia Galvanik GmbH, Halsbrücke

Mit Dr. Pleßows Vortrag startete der letzten Themenblock Qualitätssicherung. Sie gab Einblick in die Praxis. Saxonia Galvanik ist Zulieferbetrieb für galvanische Beschichtungen auf Metall und Kunststoff. Im Hochvolumensegment werden verschiedene Produkte hauptsächlich für die Automobilindustrie vollflächig oder selektiv beschichtet. Qualitätssichernde Maßnahmen gehören zum gesamten Produktionsdurchlauf von der Wareneingangsprüfung über fertigungsbegleitende Prüfungen bis zur Warenausgangsprüfung. Bei Saxonia kommen sowohl automatisierte Oberflächenprüfungen als auch visuelle Prüfungen durch den Menschen zum Einsatz.

Six Sigma in der Forschung und Entwicklung der Galvanotechnik

Katrio Söntgerath, MacDermid Enthone GmbH, Langenfeld

Modernes Prozessmanagement umfasst mittlerweile verschiedene Tätigkeiten, wie z. B. Prozessanalyse, Prozesskennzahlenbildung und Benchmarking, Prozessüberwachung oder Prozessoptimierung. Zur Prozessoptimierung haben sich in den letzten Jahren verschiedene Herangehensweisen und Methoden durchgesetzt. Dazu gehört unter anderem das Betriebliche Vorschlagswesen. Troubleshooting, KVP bzw. Kaizen, Lean Production/ Lean Management und Six Sigma. Mit dem Einsatz der Six Sigma Methodik im Bereich der Galvanotechnik können z. B. die Ausbeute verbessert, die Fehlerrate reduziert, die Prozessfähigkeit erhöht sowie die Durchlaufzeit optimiert werden. Hierfür bietet die Methodik Methoden und Analysenverfahren.

Maschinenfähigkeit und Prozessfähigkeit – Möglichkeiten der statistischen Optimierung und Praxisbeispiele aus der Industrie

Johannes Lauterbach, Schaeffler AG, Herzogenaurach

In der Abteilung Surface Technology des Auto­mobil- und Industriezulieferers Schaeffler AG unterliegen die eigenen Beschichtungsprozesse einer permanenten Analyse und Optimierung. Dabei kommen u. a. statistische Methoden, wie die Berechnung der Kennzahlen für Maschinen- und Prozessfähigkeit zur Anwendung.

Spürbar war jedoch neben Faszination auch ein gewisses Unbehagen gegenüber KI

Mit Lauterbachs Vortrag ging eine lebendige Tagung zu Ende, die durch viele Zwischenfragen in Bezug auf Messtechnik und Digitalisierung gekennzeichnet war. Schließlich sind bei aller Euphorie über die präsentierten Möglichkeiten viele Methoden der Messtechnik in der Galvanotechnik bisher noch nicht angekommen. Einig waren sich die Teilnehmer, dass die Datenlage etwa über Elektrolyte noch zu wünschen übriglässt. „Wir stehen noch am Anfang“, bestätigte auch Prof. Thomas Lampke von der TU Chemnitz. Nachdenklich machten auch Vorträge mit Bezug zur Künstlichen Intelligenz, etwa die von Dr. Franziska Bocklisch und Frank Benner. Dr. Bocklischs Vortrag hatte mitunter philosophischen Charakter, weil hier bereits eine künftige Zusammenarbeit von Mensch und Maschine angedacht und z. B. mit Erkenntnissen aus der Kognitionspsychologie untermauert wurde. Das regte die Phantasie der Teilnehmer an. Spürbar war jedoch neben Faszination auch ein gewisses Unbehagen gegenüber KI, was sicherlich auch an der kontroversen Diskussion über die Einführung von Künstlicher Intelligenz wie ChatGPT in der Öffentlichkeit lag.

Einer, den das Thema KI eher am Rande interessiert, der aber auf keiner DGO-Veranstaltung fehlen darf, ist Joachim Ramisch. Er präsentierte der Galvanotechnik am Rande der Veranstaltung eines seiner Lebensprojekte: Das Projekt Ascona. Ramisch restauriert den alten Opel aus den 1980er-Jahren seit langem. Viele der Teile wurden dabei in der eigenen Galvanik galvanisiert. Ende Mai in Ulm war es dann soweit für ein Foto - ein würdiger Abschluss für eine gelungene und erkenntnisreiche Veranstaltung.

Fotos: Robert Piterek