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40. Ulmer Gespräch – Forum für Oberflächentechnik: eine Zusammenfassung

Am 16. und 17. Mai 2018 ging das Forum für Oberflächentechnik den neuesten Herausforderungen, Trends und Entwicklungen für die Branche auf den Grund und sorgte für rege Diskussionen und Nachfragen unter den gut 80 Teilnehmern.

Prof. Dr. Timo Sörgel mit Studenten der des Lehrstuhls Galvanotechnik derHochschule Aalen beim 40. Ulmer Gespräch (Bild: DGO/Sabine Groß)

Prof. Dr. Timo Sörgel (Hochschule Aalen) mit Studenten der Galvanotechnik beim 40. Ulmer Gespräch (Bild: DGO/Sabine Groß)

In welcher Weise die Digitalisierung, Robotik und das Internet der Dinge, aber auch die Elektromobilität sowie die Chemikalien- und Energiepolitik die Galvano- und Oberflächentechnik herausfordern werden, beleuchteten Experten im 40. Ulmer Gespräch. 

Zur Jubiläumsveranstaltung überbrachte der Oberbürgermeister der Stadt Neu-Ulm, Gerold Noerenberg, die Grüße der Stadt. Der Vorsitzenden der DGO, Rainer Venz, begrüßte ebenfalls die gut 80 Teilnehmer des traditionsreichen Forums für Oberflächentechnik. In seiner Ansprache würdigte er insbesondere das Engagement und die Leistung des Organisators des Ulmer Gesprächs, Prof. Dr. Wolfgang Paatsch, der den DGO-Fachausschuss Forschung leitet. 

Prof. Dr. Paatsch fasste die Ergebnisse der Veranstaltung im folgenden Bericht zusammen:

Das Thema der Veranstaltung waren die Herausforderungen, Trends und Entwicklungen für die Oberflächentechnik im Hinblick auf die dynamischen Fortschritte der IT-getriebenen Technologien, gekennzeichnet durch Begriffe wie Big Data, Algorithmen und künstliche Intelligenz, Robotik, Sensorik und Aktorik, IoT ... 

Die Elektromobilität war ein zentraler Themenbereich des Vortragsprogramms. Ebenso wie Fragestellungen mit Bezug auf die Herausforderungen durch Industrie 4.0., wie Umsetzungsstrategien, Anlagentechnik und Qualitätssicherung. 

REACH: Folgen und Ergebnisse der Suche nach Chrom(VI)-Alternativen

Weitere Vorträge befassten sich mit dem Stand der Umsetzung von REACH und diesbezüglichen Verordnungen sowie mit aktuellen Forschungsbemühungen. Was wurde nach 10 Jahren REACH erreicht? Und was sind die Auswirkungen und Nebenwirkungen der europäischen Chemikalienpolitik? 

Das von Dr. Joachim Heermann (Dr.-Ing. Max Schlötter) vorgestellte Fazit nach 10 Jahren REACH ergab: „Europa hat durch die REACH Verordnung nicht an Sicherheit gewonnen, dafür aber an Wettbewerbsfähigkeit verloren.“ Im Einzelnen führte Heermann aus, dass die „Nebenwirkungen“ der Verordnung insbesondere darin bestehen, dass Fachkräfte unproduktiv gebunden worden, Weltmarktanteile verloren gegangen und eine im Hinblick auf Investitionen ungünstige Marktverunsicherung eingetreten sei. Überdies sei eine Marktkonzentration mit entsprechenden Auswirkungen auf die Arbeitsplätze zu beobachten. Zudem sei REACH europaweit unterschiedlich umgesetzt worden. 

Für Hartchrom im Anwendungsbereich Korrosionsschutz und Abriebfestigkeit, etwa für Lager, habe sich gemäß der REACH-Verordnung eine Reihe von Alternativen ergeben, erklärte Dr. Nikolay Podgaynyy (Schaeffler AG). Diese stellten sozusagen eine Tool Box dar. Für einige Anwendungen wie etwa Gleitlager oder Nadellager erweisen sich aus dreiwertigem Elektrolyten abgeschiedene Schichten als durchaus geeignet. Bei ausreichender Härte könnten hierbei inhomogene Schichtdicken und Knollenbildung bei dicken Auflagen ein Problem darstellen. 

NiP-Schichten, so Dr. Podgaynyy weiter, verhielten sich ebenfalls akzeptabel, wiesen jedoch zumindest ohne geeignete Nanopartikel keine Überrollfestigkeit auf. Das Schichtsystem NiP/DLC stelle in vielen Fällen eine sehr gute Alternative zu konventionellem Hartchrom dar. Dreiwertige Chromelektrolyte-Schichten zum Korrosions- und Verschleißschutz befänden sich derzeit in der Bemusterungsphase. Abgeschieden auf einer etwa 10-14 µm dicken NI-Schicht zeigten 15-18 µm dicke Cr(III)-Schichten ausreichende Korrosions- und Verschleißraten. Dr. Anke Walter (Atotech Deutschland) Die Rissbildung könne durch Schleifen kompensiert werden. Während die Cr(VI)-Abscheidung mit Katalysatoren erfolgt, sind es bei der Cr(III)-Abscheidung die Komplexbildner, auf welche zu achten sei. Letztere Bäder seien vergleichsweise empfindlicher gegen Verunreinigungen, Stromdichten, Badtemperatur und Abscheideraten hingegen vergleichbar. 

Herausforderung E-Mobilität

In der Elektromobilität sind Kontaktoberflächen für Steckverbinder von besonderer Bedeutung, führte Dr. Helge Schmidt (TE Connectivity Germany) aus. Generell lasse sich feststellen, dass für höchste Ansprüche eine Goldoberfläche erforderlich sei, während im Low-cost-Bereich Zinn dominiere und etwa im Motorraum bei Temperaturänderungen und Vibrationen Silber am häufigsten zur Anwendung komme.

Zur Verdeutlichung der Unterschiede sei bemerkt, dass Goldoberflächen bis zum Versagen etwa 40.000 bis 50.000 Steckzyklen erlauben, während es für Zinn weniger als 100 sind.

Die Entwicklung und Fertigung von Batteriezellen ist gekennzeichnet durch den Übergang von der konventionellen Li-Technologie zu Zellen auf Basis LiS und Li-Luft. Dies stellte Dr. Holger Althues (Fraunhofer IWS) dar. Ferner werde der Ersatz der aus Graphit bestehenden Anode durch beispielsweise Silizium angestrebt, um Kapazitätsverbesserungen und Gewichtseinsparungen zu erzielen. In vielen Fällen sei zur Vermeidung unerwünschter Korrosionsvorgänge oder Nebenreaktionen hierbei ein spezielles Grenzflächendesign mit definierten, häufig galvanotechnischen Zwischenschichten erforderlich.

Produktionstechnisch seine bei der Elektrodenherstellung deutliche Verbesserungen durch die Anwendung von Galvanoformung und Dispersionsschichten möglich, erläuterte Prof. Timo Sörgel (Hochschule Aalen) Hierbei könnten zukünftig die bisherigen mehrstufigen Herstellungsprozesse durch einstufige Verfahren bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung ersetzt werden. 

Industrie 4.0 und Umsetzungsstrategien

Im Bereich der Umsetzungsstrategien für Industrie 4.0 nannte Jessica Klapper (Fraunhofer IAO) im Wesentlichen folgende vier Maßnahmen:

  1. Die Vernetzung der Arbeitsplätze: Durch das Vermeiden von Insellösungen würden eine höhere Effektivität und geringere Stillstandzeiten erzielt.
  2. Durch eine individuelle Gestaltung der Arbeitsplätze könne eine „Kontaktsensitivität“, d.h. ein persönlicher Bezug zum Arbeitsinhalt erzeugt werden.
  3. Intuitive Arbeitsplätze sollen etwa so leicht zu bedienen sein, wie ein Smartphone.
  4. Als letzte Umsetzungsstrategie sollten Arbeitsplätze durch Assistenzsysteme wie etwa „augmented reality“ besser qualifiziert und damit unterstützend gestaltet werden. 

Zur Entwicklung der geeigneten Instrumente stellte Dr. Stefan Pieper (VDI Technologiezentrum) eine Reihe von Fördermaßnahmen vor. So können Simulation, Virtuelle Experimente/Produktionsvorgänge, Digitale Erfassung und Steuerung betrieblicher Prozesse, „machine learning“ usw. gefördert werden. Der Referent erläuterte dies an einigen Beispielen. Schließlich erfordere eine durchgehende Digitalisierung einheitliche Standards der Modelle und Betrachtungsweisen und natürlich eine einheitliche Begrifflichkeit, die derzeit noch nicht zu erkennen sei.

Industrie 4.0 und Anlagentechnologie

Im Bereich der Anlagentechnologie seien die Handlungsfelder bei der Automatisierung hauptsächlich die Handhabung von Teilen, das Montieren, Beschichten, Schweißen und Bearbeiten, erläuterte Dr. Werner Kraus, Fraunhofer IPA). Er stellte dar, dass der „Griff in die Kiste“, also das Herausnehmen, Identifizieren und Positionieren von in einem Behältnis ungeordnet vorhandenen Teilen von Robotern inzwischen überzeugend funktioniere. Bei der Bestückung von Gestellen werde die Hakenerkennung und das Aufhängen unter definierten Bedingungen ebenfalls beherrscht.

Probleme treten hingegen etwa bei spiegelnden Flächen auf, was aber vermutlich durch eine definierte Beleuchtung vermieden werden könne. Greifinstrumente auf verschiedener Grundlage (Vakuum, Magnet usw.) seien inzwischen in der Lage, an der gewünschten Stelle eines Teils zuzugreifen.

Die Kennzeichnung aller Teile (z.B. Barcode, RFID) und Regelungstechnik erlaubten in der Produktion eine horizontale und vertikale Vernetzung, erläuterte Dr. Siegfried Kahlich (DITEC) So könne eine Anlage etwa durch Modellierung („digitalen Zwilling“) bei Anfragen bezüglich der Abwicklung von Aufträgen (Zeitbedarf, Ressourcen…) durchgespielt werden und somit optimal in die Kette eingebunden werden. Der Anlagenbetrieb könne dann mit allen erforderlichen Daten vor Ort mit einer Datenbrille für den Anlagenführer unterstützt werden.

Als weiteren zu beachtender Faktor beschrieb Dr. Marc Mauermann (Fraunhofer IVV) die Reinigungstechnik und deren Einbeziehung in die digitale Kette. Hier gelte es, definierte Reinigungsszenarien (filmische und partikuläre Verunreinigungen) durchzuspielen und eine entsprechende Online-Messtechnik, etwa auf Basis der Röntgenfluoreszenz zu entwickeln.

Industrie 4.0 und Qualitätssicherung

„In der Qualitätssicherung schließlich muss eine intelligente Planung und Steuerung 4.0 erfolgen“, forderte Karl Morgenstern (WHW Walter Hillebrand/ZVO). Er vermutete, dass in diesem Bereiche viele Betriebe datenmäßig aufrüsten müssen, um mit flexiblen und selbstlernenden Planungssystem einen ständigen Ist-Soll Vergleich zu führen. Durch die Echtzeiterfassung in der Produktion aber auch Lagerhaltung werden Verluste und Bindung von Kapital vermieden.

Die erforderlichen Instrumente zur Ermittlung der Daten in Echtzeit seien zum großen Teil bereits erhältlich, berichtete Daniel Schlaak (Deutsche Metrohm) So sei eine Vielzahl von Sensoren zur online-Überwachung/Steuerung von Prozessdaten bekannt. Neu sind hier eine Optrode (spektrale Datengewinnung) und eine Thermoprobe (Messung der Reaktionswärme einer Reaktion).

Wo eine Online-Erfassung nicht direkt möglich ist, bietet sich die „atline-Technik“ an, bei der direkt neben der Produktion eine Probennahme mit entsprechender Analytik erfolgt. Schließlich ergeben die Maßnahmen grundsätzlich auch die Möglichkeit einer Fernwartung von Anlagen. Zur Online-Qualitätssicherung zählt auch die Online-Erfassung der funktionellen Eigenschaften der beschichteten Teile, die Dr. Simone Dill (Helmut Fischer) vorstellte. Hier stehe häufig die Schichtdicke/Verteilung im Mittelpunkt. Insbesondere die röntgenbasierte Ermittlung der Schichtdicke und auch der Zusammensetzung der Schicht/Schichtsysteme sei für viele Bandbeschichtungen Stand der Technik.

Wie bereits im vergangene Jahr wurde auch in diesem Jahr die „Speakers Corner“ wieder sehr intensiv durch die Teilnehmer genutzt. Sie nahmen im Foyer des  Vortragssaals im Edwin-Scharff-Haus die Möglichkeit wahr, mit den jeweiligen Referenten vertiefende Frage oder konkrete Anwendungsbeispiele zu erörtern.