Emailtagung 2011: Nachhaltig und zukunftsweisend

Hagen, 19.07.2011 - In der alten Kaiserstadt Goslar fand Mitte April die diesjährige Tagung des Deutschen Email Verbandes e.V. (DEV) statt. Am Branchentreffen des Berufsverbandes der Emailindustrie nahmen wieder über 120 Teilnehmer aus Deutschland und neun weiteren europäischen Ländern teil. An zwei Vortragstagen wurden 13 technisch-wissenschaftliche Referate präsentiert und zur Diskussion gestellt. Drei ganztägige, fakultativ wählbare Werksbesichtigungen und ein abwechslungsreiches Rahmenprogramm rundeten das Angebot des Informations- und Bildungszentrum Email e.V. (Veranstalter im DEV-Auftrag) ab. Nachfolgend werden sieben Vorträge in einer Kurzfassung vorgestellt.

Neue Entwicklungen von kaltgewalzten Stahlgüten für die Emailindustrie präsentierte Dr.-Ing. Roman Borovikov, ThyssenKrupp Steel Europe AG. Da im Sanitärbereich der Kostendruck immer hoch bleibt, werden kontinuierlich neue Wege für Kosteneinsparpotenziale gesucht. Einer der wichtigsten Trägerwerkstoffe für emaillierte Produkte ist und bleibt Stahl. Gerade im Stahl steckt ein großes Potential. Neben den kontinuierlich erreichten Fortschritten hinsichtlich der Tiefzieh- und Emaillierfähigkeit bei den vakuumentkohlten Ti-mikrolegierten IF-Stählen gewinnen die weichen Tiefziehstähle ohne Ti-Legierung zunehmend an Bedeutung. Die Entwicklung der neuen kaltgewaltzen Güten sowie Erprobung bei den Kunden resultieren aus der positiven Entwicklung des europäischen Emailmarktes und der Notwendigkeit, Verarbeitungskosten bei den Kunden zu optimieren sowie neue anspruchsvolle Produktformen zu erzeugen. Neben der internen Festlegung der Produktionswege waren die Suche nach optimalen technologischen Abläufen im Zusammenhang mit mechanischen Eigenschaften, die Oberflächentopografie und eine fehlerfreie Emaillierung die wesentlichen Schwerpunkte des Projekts.

Emailhaftung auf Gusseisen lautet das Thema eines AiF-geförderten Vorhabens, das Dipl.-Ing. Yang Shen an der Technische Universität Clausthal bearbeitet. Gusseisen ist nach Stahl das wichtigste Metallsubstrat für Emaillierungen. Emailliertes Gusseisen stellt einen leistungsfähigen Verbundwerkstoff dar, dessen Vorteile sich in der Kombination hochwertiger Eigenschaften wie mechanischer und chemischer Resistenz mit einer langen Lebensdauer ergänzen. Einen hohen Stellenwert beim Einsatz emaillierter Gussteile nimmt der ausge­zeichnete Schutz vor korrosiver Unterwanderung der Beschichtung ein, falls es lokal zu einer Schichtschädigung kommen sollte. Dies zeichnet Emailschichten gegenüber anderen Beschichtungsvarianten (z.B. Lackieren) besonders aus. Von Bedeutung für die Qualität des Werkstoffverbundes Gusseisen/Email ist insbesondere die Haftfestigkeit der Emailschicht auf dem Metallsubstrat. Durch geeignete Auswahl an Komponenten wird im Emaillierprozess in der Emailschicht eine gewünschte Druckspannung erzeugt, die für die Anwendung bezüglich Resistenz gegenüber thermischen und mechanischen Einwirkungen während der Nutzung wichtig ist. Hauptziel des Projektes ist die Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen den Verbundkomponenten in Abhängigkeit von material- und prozesstechnischen Parametern auf der Grundlage exemplarisch ausgewählter Materialien und Bedingungen. Die Einflussparameter werden mittels geeigneter Methoden wie z.B. Abzugstest qualifiziert und quantifiziert. Durchgeführte Abzugstests mittels Zugprüfmaschine belegen verschiedene Mechanismen der Haftung und des stattgefundenen Bruchversagens der Emailschicht auf Gusseisensubstrat. Verschiedene Einflussfaktoren wie z.B. Ausbildung und Dicke der Zwischenschicht, Struktur und Verteilung von Blasen und Poren in der Emailschicht wirken sich auf das resultierende Haftvermögen aus und werden an unterschiedlichen Gusseisen-Substraten erläutert.


Emailaufbau

Vanadiumarme und -freie Aluminiumemails haben Dipl.-Ing. Christian Schlegel (Vortragender), Dr. S. Efimenko, N. Crevits, Pemco BVBA, entwickelt. Vanadiumpentoxid ist ein wichtiger Bestandteil einer „Aluemail‘-Zusammensetzung. Es ist nicht nur ein ausgezeichnetes Flussmittel, sondern auch ein Haftvermittler. Daher war bisher die Zugabe von V2O5 für eine Verbesserung der Emailhaftung auf Aluminiumsubstrat nötig. Vanadium kann auch als Netzwerkbildner wirken, wodurch die Kaltsäurebeständigkeit in einem gewissen Maß verbessert werden kann. Die heutige Marktsituation stellt strenge ökologische und wirtschaftliche Anforderungen. Vanadiumpentoxid ist dagegen ein giftiger Gefahrstoff, der akute oder chronische Erkrankungen verursachen kann. Der Preis für vanadiumhaltige Rohstoffe ist sehr schwankend und zeigt meist einem steigenden Trend. Aus diesen Gründen ist es interessant, unseren Kunden eine Alternative zu den heutigen V2O5-haltigen Emails anbieten zu können. Im ersten Teil des Vortrages werden bekannte V2O5-haltige Emails charakterisiert. Im weiteren wird über die Entwicklung und die Untersuchungsergebnisse einer neuen Generation von V2O5-armen und V2O5-freien Emails berichtet. Dabei werden die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Produkte dargestellt.

Modellierung und Minimierung des Hydroabrasivverschleißes in emaillierten Rührbehältern lautete das Thema von Dr. Jürgen Reinemuth, Thaletec GmbH. Unter Hydrabrasion versteht man den Verschleiß von Bauteilen, der durch feststoffhaltige Flüssigkeiten (Suspensionen) entsteht. Bei emaillierten Apparaten äußert sich Hydroabrasion durch lokalen, ausgeprägten Emailabtrag. Dieser lokale Emailabtrag kann die Lebensdauer des emaillierten Bauteils stark verringern. Im Rahmen dieses Beitrags werden zunächst ausführlich Ursachen und Mechanismen des Verschleißes von Bauteilen in Rührbehältern erarbeitet, analysiert und dargestellt. Im Rührtechnikum durchgeführte Versuche zeigen besonders anschaulich, wie durch die Wahl eines optimalen Rührsystems der Hydroabrasivverschleiß an Rührorganen deutlich reduziert werden kann. Weiterhin wird das Prüfkonzept und der Hydroabrasionsprüfstand vorgestellt, mit dem Thaletec die Eignung von Emails für hydroabrasive Prozesse systematisch prüft. Im Gegensatz zu anderen Verfahren, die im Wesentlichen auf dem Prinzip der Prüfung des Festkörperverschleißverhaltens beruhen, wird auf dem Prüfstand von Thaletec der Verschleiß von emaillierten Oberflächen unter realitätsnahen Bedingungen geprüft: Die Prüfung erfolgt in einem Rührprozess mit einer feststoffbeladenen Flüssigkeit unter reproduzierbaren Versuchsbedingungen.


Bereiche verstärkter Hydroabrasion bei Rührbehältern

Abschließend werden die spezifischen Eigenschaften Technischer Emails im Bezug auf Verschleißfestigkeit in Rührbehältern beschrieben und erste Optimierungsansätze dargestellt. Im Detail vorgestellt wird das neue, besonders hydroabrasionsbeständige Email ABRISIST. Dieses Email wurde speziell für Prozesse entwickelt, bei der feststoffbeladene strömende oder bewegte Flüssigkeiten zum hydroabrasiven Verschleiß der Oberfläche führen können. Neben der verbesserten Beständigkeit in Säuren ist ABRISIST im Vergleich zu anderen Emails feinblasiger. Die Feinblasigkeit ist eine wesentliche Einflussgröße auf die Lebensdauer von Apparaten, die korrosiven und hydroabrasiver Beanspruchungen unterliegen. Infolge der im Vergleich zu anderen Emails auf dem Markt wesentlich verfeinerten Blasenstruktur von ABRISIST kann die Verfügbarkeit des verschleißend-korrosiv beanspruchten emaillierten Apparates deutlich verlängert werden kann. Neben der Wahl des optimalen Emails kann durch Verändern von Prozessparametern großer Einfluss auf den Hydroabrasivverschleiß genommen werden. Ebenso lässt sich durch die Wahl von geeigneten Rührern sowie von Stromstörern eine deutliche Reduzierung des Verschleißrisikos erreichen. Eine entsprechende Lösung wird im Rahmen des Vortrages vorgestellt.

Nachhaltige, statische und interaktive Schreibtafeln durch Innovation präsentierte Dr. Ir. Leo Gypen, PolyVision N.V., einem internationalen Herstellere von Bürozubehör. PolyVision Genk ist die erste Gesellschaft in Europa, die ein silbernes „Cradle to Cradle“-Zertifikat erworben hat. Der Weltführer an visuellen Kommunikationsprodukten verdankt dies in erster Linie sowohl einem „e3 Umwelt-Keramostahl“ als auch der interaktiven Tafel „ēno“. „Ēno“ ist eine ökologisch konzipierte interaktive Schreibtafel für Schulen und Gesellschaften. Unter Benutzung eines digitalen Zeichenstiftes, der drahtlos mit einem Laptop und einem Projektor verbunden ist, kann die Tafel als eine interaktive Schreibtafel genutzt werden. Als Grundwerkstoff für eine „ēno“-Tafel, sowohl von Kreidetafeln als auch Weißtafeln, fungiert der „Cradle to Cradle“ zertifizierte „e3 Umwelt-Keramostahl“, ein Stahlkern mit dünnen keramischen (Email-) Schichten. „e3 Umwelt-Keramostahl“ ist resistent gegenüber Abrasion, chemischen Substanzen, Rissbildung, Feuer und Bakterien. Wegen dieser exzellenten, nachhaltigen Eigenschaften kann PolyVision eine Garantie für die Lebensdauer der Oberfläche geben, sowohl für die Beschreibbarkeit sowie die Abwischbarkeit mit konventionellen Trockenmarkern als auch für die interaktive Funktionalität.

Die Innenemaillierung von Wasserstoff-Speicherbehältern für emissionsfreie Zukunftsmobilität sowie Einsatz von Glas für die Giftmüllentsorgung erläuterte Prof. Henning Zoz, Zoz GmbH. Der Vortrag befasst sich mit der Frage nach der Energiespeicherung unter Berücksichtigung verfügbarer Ressourcen. Die Erwartung, dass „die Batterie“ z. B. unsere Mobilität in Zukunft sicherstellen könnte, ist leider ein, wenn auch breit gestreuter, aber doch ein Irrglaube. Derzeit gibt es als potenten Energieträger nur eine durchschlagende und autarke Alternative und das ist Wasserstoff. Das bezieht sich sowohl auf mobile, als auch auf stationäre Anwendungen. Wasserstoff hat zwar eine 3-4 mal höhere Energiedichte als z. B. Benzin, aber andererseits eine sehr geringe Dichte. Zudem ist Wasserstoff nicht nur das leichteste, sondern auch das kleinste der bekannten Elemente und ein „reversibles Festhalten“ von Wasserstoff, wie auch die Kompression von Wasserstoff, ist folglich schwierig und aufwändig. Die insofern „dichtesten“ Phasen/Werkstoffe, die dazu in Frage kommen sind Glasphasen und erste Vergleichsergebnisse liefert dieser Vortrag. Auch im Falle der Wasserstoffspeicherung durch reversible chemische Bindung in Feststoffspeichern scheint sich Glas unterstützend zu bewähren. Die Zoz Group hat dazu eigene Wasserstofftanks entwickelt und in diesen Tagen das erste wirtschaftliche H2-getriebene Fahrzeug der Öffentlichkeit vorgestellt. Als ultimativ bedeutsames Zukunftsprojekt wird ein grundlastfähiges emissionsfreies Kraftwerk vorgestellt. Hier kann den Glas-Werkstoffen noch eine weit größere Bedeutung zukommen. Als weiteres Beispiel für die Bedeutung von Glas für unsere Umwelt und damit ebenfalls für unsere Zukunft wird der wirtschaftliche Einsatz von Glasfritten zur vollständigen Mineralisierung von hochgiftigen organischen Substanzen im Labormaßstab vorgestellt und im industriellen Maßstab beschrieben. Simple Glasfritten dienen hierbei als rezyklierbarer Tribowerkstoff.

Die Entwicklung einer lokalen Reparaturmethode für Schadstellen in emaillierten Behältern stellten Dr. Sigrid Benfer, Dr. Wolfram Fürbeth, Karl-Winnacker-Institut der DECHEMA e.V., vor. Schadstellen in Emaillierungen, die im Betrieb aufgrund mechanischer Belastungen entstehen, werden in der Regel mit einem Stopfen oder einer Schraube aus Tantal ausgebessert. Der Nachteil dieser Methode liegt in der dabei üblicherweise verwendeten Teflondichtung, die nicht die gleiche Temperaturbeständigkeit aufweist wie die Emailschicht. Die einzige Alternative zur Tantalreparatur stellt bislang eine vollständige Reemaillierung dar, die jedoch hohe Kosten durch längere Ausfallzeiten sowie zusätzliche Aus- und Einbaukosten verursacht. Eine Reparaturmethode, die es erlaubt, Schadstellen in Technischen Emaillierungen vor Ort unter Berücksichtigung der thermischen Stabilität der Restemaillierung auszubessern und somit eine Weiterverwendung des Apparates zu ermöglichen, gibt es trotz des hohen Anwendungsbedarfs bislang noch nicht.


Lokale Sintermethoden

Die Entwicklung einer solchen Methode ist Ziel unserer Arbeiten. So wie ein Technisches Email aus mehreren Schichten (Grund- und Deckemail) aufgebaut ist, sollen auch die Reparaturschichten aus einem Mehrschichtsystem bestehen. Im vorangegangenen Projekt konnten unter Verwendung von Sol-Gel-Systemen bereits dünne glasartige Überzüge entwickelt werden, die nun als Haftgrund für weitere Schichten dienen. Die Schichtdicke und die chemische Stabilität der nun aufzubringenden Füllschichten soll durch die Einbringung von Mikro- und Nanopartikeln aus chemisch beständigen Materialien wie ZrO2 und ?-Al2O3 gesteigert werden. Für die Sinterung der Schichten werden lokal einsetzbare Methoden wie die induktive Erwärmung und IR-Strahler angewendet. Im Vortrag werden die Ergebnisse zur Herstellung und Charakterisierung der Haft- und Füllschichten vorgestellt. Die Eigenschaften der Schichten und Schichtmaterialien werden mit Hilfe zahlreicher Methoden wie Rasterelektronenmikroskopie, elektrochemische Impedanzspektroskopie, dynamischer Lichtstreuung und Immersionstests untersucht. Die Ergebnisse werden insbesondere im Hinblick auf die chemische Stabilität der Materialien sowie die Schutzwirkung der Schichten diskutiert.


Tagung 2011 (Foto: CCR Thielmann, 58093 Hagen)

Vierfarbige Abbildungen von der diesjährigen Tagung stellen wir Ihnen als hoch aufgelöste JPG-Dateien auf unserer Download-Seite zur Verfügung.

Herausgeber:
Deutscher Email Verband e. V.
An dem Heerwege 10, D-58093 Hagen
Telefon: 02331/788651, Fax: 02331/22662
E-Mail: dev@emailverband.de


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