OT Berlin: Klimaneutralität, Energie sowie Vor- und Nachbehandlung – Teil 4 –

Unternehmerforum Management meets Oberfläche Integrierte Managementsysteme (IMS) sind ein wesentlicher Bestandteil für Nachhaltigkeitskonzepte. Andreas Redaoui, TopQM-Systems AG, empfiehlt ISO-Normen nach der „High-Level-Structure“ als Hilfsmittel einzusetzen. Jeder Prozess soll nach der Wirksamkeit gemessen werden können, wozu sich Kennzahlen sehr gut eignen. Unternehmen können Kennzahlen selbst festlegen und ihre Prozesse damit bewerten. Die zusammengetragenen Daten für die ISO 14001 können auch gut für die Aufstellung des Corporate Carbon Footprints (CCF), dem CO₂-Fußabdruck eines Unternehmens, genutzt werden. Die Datenaufnahme lässt sich mit Tools aus Office 365 individuell an die Prozesse anpassen und erleichtert die Auswertung immens.

In einem locker vorgetragenen Dialog stellten Dr. Sarah Schmitz, Delta Engineering Chemistry GmbH, und Astrid Krug, C + C Krug GmbH, eine neue Gestellisolierung mit Plastinol vor. Isolierungen aus Plastinol sind länger haltbar als herkömmliche Isolierungen auf PVC-Basis. Bei der Plastinolherstellung wird auf Phthalate und andere gesundheitsschädliche Komponenten verzichtet, indem biobasierte Inhaltsstoffe und erneuerbare Rohstoffquellen eingesetzt werden. Ein weiterer Pluspunkt für Plastinolisolierungen ist, dass beim Gestellbau signifikante Energieeinsparungen möglich sind, weil Plastinol schneller geliert. Nachhaltige, klimaneutrale und energiesparende Beschichtung Bevor Bauteile beschichtet werden können, muss die Oberfläche gründlich entfettet und gereinigt sein. Olav Schulz, SLCR Lasertechnik GmbH, stellte eine nachhaltige SLCR-Laserreinigung von Massenschüttgut vor. Die Energie des Lasers wird absorbiert und die Verschmutzungen verdampfen. Wenn gewünscht, können Oberflächen angeraut und je nach Werkstoff die Oberfläche auch aktiviert werden. Ein großer Vorteil ist, dass keine chemischen Reinigungsmittel oder Strahlmittel notwendig sind. Allerdings werden die Bauteiloberflächen bis zu 147 °C warm. Untersuchungen ergaben, dass keine Gefügeveränderungen im Metall auftraten. Für 2025 ist die industrielle Anwendung für Schüttgut geplant, bei der die lasergereinigten Teile dann galvanisch beschichtet werden.

Die Vorteile platinbeschichteter Titananoden gegenüber herkömmlichen Bleianoden erläuterte Christian Kurrle, Umicore Galvanotechnik GmbH. Die platinbeschichteten Titananoden können für viele elektrochemische Prozesse, einschließlich Abwasserreinigung, Galvanoformung oder Chlorproduktion eingesetzt werden. Es fallen keine Nebenprodukte an, die teuer entsorgt werden müssen. Außerdem ist der Energiebedarf während der Elektrolyse geringer, wodurch der CO₂-Fußabdruck des Unternehmens reduziert wird. Für die Investition platinbeschichteter Titananoden zum Austausch von Bleianoden werden BAFA-Förderungen empfohlen. Es werden bis zu 40 % der Investition gefördert und bis maximal 300.000 Euro über 3 Jahre.

Steigende Energiekosten lassen Gewinne einbrechen. Am Beispiel von Versiegelungen zeigte Dr. Michael Schem, MacDermid Enthone Industrial Solutions, wie sich die Betriebskosten durch Variierung der Konzentration, Behandlungs- und Trocknungszeit dennoch im Rahmen halten und sogar senken lassen. Er gibt den Tipp, die Trocknungstemperatur moderat zu senken, wobei die Ware aber auf jeden Fall vollständig trocken werden muss, damit gleichbleibend gute Qualität erhalten wird.

Chrom(III)-Ionen und Chrom(III)-Komplexe aus Abwasser zu entfernen, ist herausfordernd, wie Laurens Wessels, MacDermid Envio Solutions, darstellte. Chrom(III)-Ionen können nicht mit Sulfid, sondern nur als Hydroxid gefällt werden. Chrom(III)-Komplexe müssen vorher oxidiert werden, was mit UV und H₂O₂ gelingt. Dieser Vorgang ist jedoch sehr energieaufwändig, weshalb Versuche mit einem Membranverfahren durchgeführt wurden. Das Permeat wurde dann in die Abwasserbehandlung gegeben, das Konzentrat hingegen musste extern entsorgt werden.

Dr. Jürgen Nagel vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. stellte eine vorbehandlungsfreie Modifizierung von Kunststoffen für die Metallisierung vor. Bereits beim Spritzgießen der Formteile werden sogenannte Kern-Schale-Partikel auf die Oberfläche mit dem FloraSolv-Verfahren appliziert. Wird Calcit aufgebracht, genügt eine Vorbehandlung in verdünnten Säuren, wie Salz- oder Citronensäure, wobei Mikrokavitäten entstehen, die dann wie üblich nach der Palladiumaktivierung mit chemisch Nickel beschichtet werden können. Im Vergleich zur konventionellen Vorbehandlung werden mit dem FloraSolv-Verfahren Zeit und Kosten für Energie sowie Entsorgung eingespart.

Marvin Wagner von der BIA Kunststoff- und Galvanotechnik GmbH & Co. KG sprach über die chrom(VI)freie Vorbehandlung von Kunststoffen vor der Galvanisierung

Auch im Vortrag von Marvin Wagner, BIA Kunststoff- und Galvanotechnik GmbH & Co. KG, ging es um eine chrom(VI)freie Vorbehandlung von Kunststoffen vor der Galvanisierung. Chrom(VI)frei gelingt hier nur durch drei zusätzliche Behandlungsschritte, die aber ganz genau aufeinander und auf die Materialien abgestimmt werden müssen. Mehrkomponentenkunststoffe sind momentan so noch nicht prozesssicher galvanisierbar.

Mit dem neuartigen, niedrig konzentrierten Zink-Nickel-Verfahren ist eine deutliche Herabsenkung der Badspannung möglich. Damit werden Energieeinsparungen von bis zu 25 % realisierbar. Das von Patrick Rio, Dipsol Europe GmbH, vorgestellte Verfahren arbeitet bei einer Zinkkonzentration von 5 g/L und mit 0,8 g/L Ni sowie 60 g/L NaOH. Weitere Vorteile des Verfahrens sind, die niedrigen Ausschleppverluste in das Spül- und dann Abwasser. Dadurch werden sowohl Prozess- als auch Abwasserbehandlungschemikalien eingespart. Der im Vortrag nicht benannte Komplexbildner hat außerdem den Vorteil, dass in der Prozesslösung über einen längeren Zeitraum kein Cyanid nachgewiesen wurde. Der niedrig konzentrierte Zink-Nickel-Elektrolyt erfordert keinen zusätzlichen apparativen Aufwand, wie eine Membrantechnologie oder Spezialanoden. Es kommen gewöhnliche Stahlanoden zum Einsatz.

Markus Ahr, Atotech Deutschland GmbH & Co. KG, hingegen betonte, dass die Zukunft von wirtschaftlichen und nachhaltigen Zink-Nickel-Prozessen vom Einsatz der Membrananodentechnologien abhängt. So gelingt ein stabiler Prozess mit sehr guter Produktivität, bei dem Zink-Nickel-Schichten für umweltfreundlichen Korrosionsschutz mit sehr guter Qualität und hervorragendem Glanzgrad erhalten werden. Erst der Einsatz der Membrananodentechnologie ermöglicht eine vollständige Rückführung von Spülwasser in die Prozesslösung, wodurch Chemikalien eingespart und die Entsorgungskosten deutlich reduziert werden.

Durch Badoptimierung können Kosten für Energie eingespart werden, wie Marco Rösch, SurTec International GmbH, an Beispielen erläuterte. Mit neuentwickelten Buildern und Tensiden kann die Temperatur in Abkoch­entfettungen um bis zu 20 °C gesenkt werden. Für elektrolytische Entfettungen empfiehlt er ein Zwei-Komponenten-System aus KOH und einem Additiv. Obwohl KOH teurer ist, rechnet sich die Umstellung von NaOH auf KOH, weil bei KOH mit niedrigerer Zellspannung gearbeitet werden kann und Anbrennungen vermieden werden.

Klimaneutralität & Energie- und Ressourceneffizienz

Mit einem Energiemanagementsystem (EMS) lassen sich der Energiebedarf und so Kosten reduzieren, wie Enrico Trautvetter von der KBR Kompensationsanlagenbau GmbH berichtete. Das EMS ermöglicht einen detaillierten Überblick über den Energiebedarf in den verschiedenen Bereichen der Produktion. Ineffiziente Prozesse können identifiziert und entsprechend umgestellt werden. Zur Reduzierung von Lastspitzen empfiehlt der Redner ein Lastmanagement mit Alarmen und Benachrichtigungen, wodurch erhebliche Kosten gespart werden können. Ferner kann das EMS für die Prognose des zukünftigen Energiebedarfs nützlich sein, um Stromverträge optimal abzuschließen. Mit der Echtzeitüberwachung des Energiebedarfs können Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden. Trocknungsverfahren sind sehr energieaufwändig und bei den steigenden Energiepreisen Kostentreiber im Unternehmen. Reinhold Specht, Harter GmbH, empfiehlt nicht nur energieeffizient mit dem innovativen Airgenex-Kondensationsverfahren auf Wärmepumpenbasis zu trocknen, sondern auch die staatlichen Fördergelder für die Investition zu beantragen. Er weist darauf hin, dass bei BAFA-Förderungen ab 1. Januar 2024 neu ist, dass erst der positive Bescheid vorliegen muss, bevor die Anlage gekauft und installiert werden kann. Die energiesparende Trocknung ist durch

• Wärmerückgewinnung mit Wärmepumpentechnik
• Deckelsysteme, damit keine Wärme in die Werkhalle gelangt
• Abblasen ohne teure Druckluft
• modernste Ventilatortechnik, deren Drehzahl regelbar ist und
• niedrigere Temperaturen zwischen 40 und 75 °C zur schonenden Trocknung möglich.

Die Schichtdickenmessung ist eine gewinnbringende Stellschraube und sorgt für mehr Ressourceneffizienz bei der Beschichtung. Das von Jörg Mülleneisen, OptiSense GmbH, vorgestellte Verfahren, beruht auf dem photothermischen Messprinzip. Ein Lichtstrahl erwärmt die Oberfläche der Beschichtung. Die Abkühlzeit ist abhängig von der Schichtdicke, was vom Detektor gemessen wird. Mit dem mobilen Handgerät können Mindestschichtdicken beispielsweise bei der Pulverlackierung einfach und schnell überprüft werden. Mitarbeiter werden sensibilisiert und tragen nicht mehr zu dicke Schichten auf, wodurch Beschichtungskosten reduziert werden.

Jan Sommer, Clean-Lasersysteme GmbH, erläuterte das Abtragsprinzip der Lasertechnik, die als energiesparende Oberflächenvorbehandlung eingesetzt wird. Beschichtung und Schmutzschicht werden durch Absorption des fokussierten Laserlichts abgetragen und die entstehenden Dämpfe abgesaugt. Dabei können Fettfilme besser als Öltropfen abgetragen werden. Kurze Laserimpulse (<100 ns) sorgen für eine sehr geringe thermische Aufheizung des Grundmaterials. Für Kunststoffe ist die Laserreinigung weniger geeignet. Mit der Lasertechnik kann punktgenau gereinigt werden. Beispielsweise werden Bleche nur dort gereinigt, wo anschließend geschweißt wird.

Die Rückgewinnung von Palladium aus Abwasser bringt sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile für die Kunststoffgalvanik. Marc Piepenbrink, BIA Kunststoff- und Galvanotechnik GmbH & Co. KG, beschrieb die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem fast 89 % des Palladiums aus Aktivatorspülen mit 13 mg/L Palladium zurückgewonnen werden können. Zunächst wird das Palladiumkolloid oxidiert, um es in die ionische Form zu überführen. Dann wurden Versuche mit verschiedenen schwachsauren Kationenaustauscherharzen und einem starkbasischen Anionenaustauscherharz durchgeführt, wobei alle getesteten Harze das Palladium aufnahmen und nur wenig vom ebenfalls in der Lösung enthaltenen Zinn. Das meiste Zinn wurde zuvor bei pH 2 ausgefällt. Ein Liter schwachsaures Kationenaustauscherharz kann 16 bis 19,5 g Palladium aufnehmen, anschließend wird das beladene Harz zur externen Verwertung gegeben.

Erfahrungen von Elke Moosbach, Moosbach & Kanne GmbH, und Elke Spahn, Gravitech GmbH, zeigten, dass einfache Umstellungen, wie der Zeitpunkt einer Analyse oder Trennung von Abwasservolumenströmen, die Abwasserbehandlung sicherer und effizienter machen. Dabei werden nicht nur Zeit, Behandlungschemikalien und Energie, sondern auch Kosten eingespart. Bei der Verringerung des CO₂-Fußabdrucks ist die Analytik wesentlich.

Wie eine klimaneutrale Galvanik in der Zukunft aussehen kann, beschrieb Christian Deyhle, Qubus Planung und Beratung Oberflächentechnik GmbH. Am Beispiel einer kombinierten Gestell- und Trommelanlage für die alkalische Verzinkung von Stahl- und Zinkdruckgussteilen stellte er dar, dass 50 % Energieeinsparung im Vergleich zu einer Altanlage realisierbar sind. Die Energieeinsparungen sind möglich durch:

• Einsatz von Niedrigtemperaturentfettungen
• Verkürzung der anodischen und kathodischen Zyklen beim elektrolytischen Entfetten
• Anpassung der Prozesschemie für verbesserte Leitfähigkeit in der alkalischen Verzinkung
• Optimierung der Einschaltzeitpunkte zur Lastspitzensenkung
• Reduzierung der Leistung bei Nichtnutzung einzelner Aggregate (Absaugung, Heizung, Licht …)
• Wärmerückgewinnung aus Abwärme mit Wärmepumpen, wobei Prozess- und Gleichrichterkühlung einbezogen werden sollte.

Antworten und Anregungen auf die Frage, wie zirkuläre Transformation auf Unternehmensebene gelingen kann, gab Lars Baumgürtel, ZINQ Technologie GmbH. Produktpässe können als Treiber zirkulärer Geschäftsmodelle verstanden werden. Die dazu notwendige Datenerfassung sollte gleich zur Prozesskontrolle und -regelung eingesetzt werden, um den ökologischen Fußabdruck des Unternehmens zu verringern. Eine besondere Frage ist die, wer für zirkuläre Qualität zahlen soll. Schließlich ist es im Sinne von Klimaschutz zu befürworten, wenn solche Materialien verwendet werden, die für eine längere Haltbarkeit sorgen. Dafür muss aber das Preisniveau angepasst werden, wobei Nachhaltigkeit bezahlbar sein und belohnt werden muss.

Herausforderung Bauteilsauberkeit

Den von K. Zubert moderierten Teil der Bauteilsauberkeit eröffnete ein Vortrag von Dr. Michael Flämmich von Vacom Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH. Er gab einen Einblick in die Richtlinie „Filmische Verunreinigungen beherrschen“, die der Fachverband industrielle Bauteilsauberkeit erarbeitet hatte. Dabei wurde sowohl die deutsch- als auch die englischsprachige Ausgabe berücksichtigt. Die Richtlinie richtet sich vor allem an die Betreiber von Teilereinigungsanlagen, deren operierendes Personal und Anwender von Mess- und Prüftechnik. So gibt die Richtlinie beispielsweise Hinweise dazu, wie eine Prozesskette Bauteilreinigung aufgebaut und optimiert werden kann, welche Anforderungen heute an die Sauberkeit der Bauteile gestellt werden und greift sogar noch einen Schritt vor: Nämlich wie Bauteile konstruiert und ausgelegt werden sollten, um einen Reinigungsprozess einfach und effektiv zu machen.

Bauanleitungen und Bausteine für den individuellen idealen Reinigungsprozess, Abbildung zum Vortrag Dr. Michael Flämmich

„In Deutschland gibt es derzeit noch keine formale Aus- oder Weiterbildung im Bereich der industriellen Reinigung“, klagte Daniel Weile vom Fraunhofer FEP und ergänzt: „Die derzeitigen Mitarbeiter in der Reinigung sind ausschließlich Quereinsteiger.“ Dabei entstehen zehn bis 25 Prozent der Kosten, die ein Bauteil verursacht, durch den Reinigungsprozess. Und etwa jede zehnte Arbeitsstunde entfällt auf die Vor- und Nachbehandlung von Oberflächen. Nur logisch also, dass das Fraunhofer FEP eine berufsbegleitende Weiterbildung in diesem Bereich konzipiert hat und in Berlin vorstellte. Diese berufsbegleitende Weiterbildung liegt auf DQR-Niveau 5, wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und befindet sich derzeit in der Erprobungsphase.

Meinung von Anwendern (links) und Anbietern (rechts) zur Integration reinigungstechnischer Inhalte in technisch-wissenschaftlichen Studiengängen – aus dem Vortrag von Daniel Weile

Um optische Inlinemesstechnik zur Detektion von Verunreinigungen ging es im Vortrag von Andreas Hofmann. Entwickelt wurde das System vom Fraunhofer IPM (Freiburg). Das optische, bildgebende Verfahren lässt sich direkt in den Produktionsprozess integrieren. Es detektiert Partikel schnelll und zuverlässig, so dass der Prozess unmittelbar angepasst werden kann, was zu erheblichen Einsparungen führt. Um das zu erreichen wird eine Reihe optischer Technologien angewandt, unter anderem die Fluoreszenz-Messtechnik, Infrarot-Reflexions-Spektroskopie oder auch die Laserinduzierte Plasmaspektroskopie.

Dr. Günter Schmauz nannte Beispiele aus der Praxis, wie typische Verunreini­gungen mit CO2-Schneestrahl beseitigt werden

Schließlich ging es in diesem Vortragsblock um die trockene und umweltfreundliche Reinigung von Oberflächen mittels CO₂-Schneestrahlen. Referent Dr. Günter Schmauz wies zu Beginn seines Vortrags auf die Diskrepanz der Vorgaben zurück. Stetig wachsenden Qualitätsanforderungen steht ein stetig wachsendes Verbot von Chemikalien wie Lösungsmitteln und Einschränkungen des Ressourcenverbrauchs (etwa von Wasser und Energie) gegenüber. Als Lösung präsentierte er das Kohlendioxid-Schneestrahlen als potenzielle Alter­na­tive zum Einsatz von bei­spielsweise wässrig-tensi­di­schen Prozessen.

Vor- und Nachbehandlung

Zu Beginn des Vortragsblocks berichtete Prof. Dr. Guenter Schmitt (Institut für Instandhaltung und Korro­sionsschutztechnik gGmbH) über elektrochemisches Echtzeitmonitoring Cr(III)-basierter Passivierungen für Zink-Nickel-Schichten.

Später ging es im Referat von Khavar Akbarova von der Technischen Universität Ilmenau um ein Aktivierungsverfahren für die galvanische Beschichtung passiver Nickeloberflächen. Um Bauteile vor Korrosion zu schützen, werden meist galvanische Schichten aus Nickel und Chrom verwendet. Dabei müssen die Nickelschichten jedoch für die anschließende Chromabscheidung (Cr(III) aktiv sein. Dabei können sich bei der Nachbarabeitung bereits beschichteter Teile Passivschichten bilden, die zu Haftproblemen führen. Ein separater Aktivierungsprozess ist nötig. Der Vortrag von Khvar Akbarova stellte die Ergebnisse eines Projekts vor, das verschiedene Aktivierungsverfahren untersuchte und qualifizierte.

Laserinduzierte Plasmasprektroskopie, Vortrag Hofmann: Optische, berührungslose und schnelle Materialanalyse ohne Probenpräparation

MacDermid Enthone Deutschland GmbH schickte Can Akyil nach Berlin, der in seinem Beitrag die Korrosionsbeständigkeit von komplexen Aluminiumgusslegierungen durch entsprechende Oberflächenbehandlung vorstellte. Aluminium, so Akyl, wird immer wichtiger. So ist es bei vergleichsweise geringem Gewicht doch ausreichend fest, um auch im Flugzeug- und Automobilbau genügend Sicherheit zu gewährleisten. Beobachtet werden auf Aluminiumbauteilen mit passivierten Oberflächen zwei Hauptarten der Korrosion. Nämlich die gleichmäßige Korrosion der gesamten Oberfläche sowie die Filiformkorrosion, die fadenförmige Auswüchse unter einer Schutzschicht ausbildet. Hauptantriebskraft für beide Korrosionsarten sei die Elektronegativitätsunterschied zwischen den intermetallischen Elementen aus Legierungselementen und Aluminiummatrix. Das führt zur Bildung galvanischer Paare, die die Korrosion fördern.

Beispielhafte Darstellung eines Prüfprotokolls. Die App von der softec AG vereinfacht die Qualitätssicherung und hilft, Fehler zu vermeiden

Den Abschluss dieses Themengebiets bildete ein Vortrag von Arnaud Kropp, Softec AG. Eine mobile App des Unternehmens hilft, Prüfergebnisse aus der Qualitätssicherung und aufgetretene Fehler digital zu erfassen und so die Dokumentation zum jeweiligen Arbeitsschritt zu verlagern. Des weiteren gab der Vortrag Tipps zur besseren Vernetzung von Hard- und Software über Schnittstellen. Das hat den Vorteil, dass Werte nicht mehr manuell nachgetragen werden müssen und somit Übertragungsfehler vermieden werden bei gleichzeitiger Zeitersparnis.