Projekt 21692/01

Entwicklung einer geeigneten Anlagentechnik für die Durchführung eines Verfahrens zur partiellen elektrochemischen Oberflächenbearbeitung

Projektträger

TriTech Oberflächentechnik GmbH
Gasstr. 18, Eingang G
42657 Solingen
Telefon: 0212/22147-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel der Forschungsarbeiten war es, eine Anlagentechnik für den Prozess der partiellen elektrolytischen Oberflächenbearbeitung qualitativ hochwertiger Oberflächen zu entwickeln und zu optimieren. Bei der derzeit eingesetzten Anlagentechnik handelt es sich um ein offenes Verfahren. Es erfolgt die Bearbeitung der gesamten Oberfläche. Dadurch bedingt sind hohe Energieverbräuche durch große Wärmeverluste der Prozesslösungen, große Mengen an Gefahrstoffen am Arbeitsplatz, große hochwertige Kathodenflä-chen und hohe Elektrolytbelastungen und Abfallmengen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür Versuche im Labormaßstab mussten sowohl entsprechend geeignete Musterteile als auch ein geeigneter Elektrolyt beschafft bzw. angepasst werden. Es wurden unterschiedliche Musterbearbeitungen mit definierter Variation der Prozessparameter und laufender Kontrolle des Elektrolyten durchgeführt. Anschließend erfolgte eine metallografische und anwendungstechnische Überprüfung der bearbeiteten Teile.
Anhand dieser Erkenntnisse und Erfahrungen wurde eine Versuchsanlage im Technikumsmaßstab gefertigt. Entsprechend einer Auswahl an Musterteilen wurde die Gestelltechnik erarbeitet und optimiert. In dieser Anlage wurden Musterserien unter definierten Bedingungen bearbeitet. Analytische Kontrollen sowie metallografische und anwendungstechnische Prüfungen wurden prozessbegleitend durchgeführt.
Eine Auswahl an geeigneten Musterteilen wurde unter den optimierten Bedingungen bezüglich Anlagen- und Gestelltechnik, Elektrolytzusammensetzung und Prozessparameter im Technikumsmaßstab unter Praxisbedingungen bearbeitet. Prozessbegleitend erfolgte die analytische Kontrolle. Diese Musterserien wurden anschließend metallografisch und anwendungstechnisch überprüft und den Anwendern zur Begutachtung zur Verfügung gestellt. Bei kritischen Hinweisen wurden die Musterbearbeitungen unter optimierten Bedingungen wiederholt. Wichtig war die ständige Verbindung zum Chemielieferanten und zu den Anwendern.


Ergebnisse und Diskussion

Innerhalb umfangreicher Laborversuche wurde der Elektrolyt optimiert. Danach wurde zusammen mit dem Kooperationspartner eine Anlage entwickelt, in der eine partielle Bearbeitung der Oberflächen möglich ist. Die Entwicklung und der Bau einer Versuchsanlage erfolgte unter Berücksichtigung verfahrens- und umwelttechnischer Gesichtspunkte:
· Minimaler offener Arbeitsbehälter.
· Genügend großer geschlossener Vorratsbehälter.
· Große Gestellauflagefläche, die eine flexible Gestellbauweise je nach Teileart zulässt.
· Variation der Strömung und des Elektrolytflusses.
· Minimale Gasentwicklung, Abschwemmen des Schaums, ruhige Elektrolytoberfläche um ebene Bearbeitungsgrenzen zu erreichen.
Für unterschiedliche Musterteile erfolgte die Entwicklung und Fertigung einer geeigneten Gestelltechnik.
Danach wurden umfangreiche Musterserien bearbeitet. Es erfolgte eine begleitende analytische Kontrolle des Elektrolyten, eine Variation der Prozessparameter sowie anwendungstechnische und metallografische Prüfungen. Anhand der Auswertung der durchgeführten Musterserien wurden die unterschiedlichen Einflüsse auf das Ergebnis der Oberflächenbearbeitung genau definiert. So wurde die Fliessgeschwindigkeit des Elektrolyten so optimiert, dass sich bildende Schaumsäume sofort abgeschwemmt wurden. Die Strömung wird durch Prallplatten gesteuert. Spezielle Kathodengeometrien verhinderten das diskontinuierliche Aufsteigen von ungewollten Gasblasen. Genau eingestellte Stromstärken stellten eine gleichbleibende Optik sicher. Mit dieser Anlagen- und Gestelltechnik ist es möglich, eine partielle elektrolytische Oberflächenbearbeitung an unterschiedlichen Musterteilen reproduzierbar durchzuführen.
Durch die neue Anlagengeometrie lassen sich die Wärmeverluste des temperierten Elektrolyten um rund 50 % reduzieren. Je nach Geometrie der bearbeiteten Teile verringert sich der Metalleintrag in die Prozesslösung um 50 - 80 %. In entsprechender Größenordnung erhöht sich die Standzeit des Elektrolyten bei gleichzeitiger Verringerung des Entsorgungsaufwandes für Altelektrolyt und Schlamm. Durch die verbesserte Ausnutzung der Prozesslösungen und die Energieeinsparung aufgrund der veränderten Anlagengeometrie lassen sich gegenüber dem Stand der Technik die Bearbeitungskosten deutlich senken. Nach einer noch erforderlichen Weiterentwicklung soll das Verfahren in die Praxis eingeführt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Veröffentlichung der Ergebnisse wird kurzfristig in einer Fachzeitschrift erfolgen, um das Verfahren bekannt zu machen. Ergänzend werden nach abschließenden Entwicklungsarbeiten Präsentationen in einem ausgewählten Anwenderkreis erfolgen.


Fazit

In diesem Projekt wurde eine Anlagen- und Gestelltechnik entwickelt, die eine gezielte partielle Bearbeitung qualitativ hochwertiger Oberflächen reproduzierbar ermöglicht. Um ein einwandfreies Ergebnis zu erhalten, war es ebenfalls notwendig, den Elektrolyten und die Prozessparameter den neuen Bedingungen anzupassen. Durch den Einsatz dieses Verfahrens ist es möglich, die Standzeit des Elektrolyten deutlich zu erhöhen und gleichzeitig Abfallmengen, Energie und Gefahrstoffbelastung zu vermindern.