Emailtechnische Tagung 2009

Hagen, 06.07.2009 - Die diesjährige Emailtagung fand vom 27. – 29. April 2009 in Bad Herrenalb statt. Im Auftrag des Deutschen Email Verbandes e.V. war erneut das Informations- und Bildungszentrum Email e.V. Veranstalter des traditionellen Branchentreffens, das neben den formal notwendigen Gremiensitzungen insbesondere eine technisch-wissenschaftliche Vortragsveranstaltung bietet. Der im Vorfeld befürchtete Einbruch der Teilnehmerzahlen fand nach Verbandsangaben nicht statt. Lediglich die zuliefernde Stahlindustrie war deutlich unterrepräsentiert. So wurden an den beiden Vortragstagen in gewohnter Weise sowohl praxisorientierte Beiträge als auch technologiebasierte Vorträge über neue Forschungsergebnisse präsentiert. Der Schwerpunkt der Emailtagung 2009 lag eindeutig im Bereich Technisches Email. Hier sieht die Branche weitere Wachstumspotentiale. Nachfolgend wird eine Auswahl der auf der Emailtagung gehaltenen Referate veröffentlicht.

Über "Trübgläser und Trübungsmechanismen" berichtete Prof. Dr. Dörte Stachel, Otto-Schott-Institut, Chemisch-Geowissenschaftliche Fakultät, Friedrich-Schiller-Universität Jena. Trübgläser finden in unterschiedlichen Feldern der Technik und des privaten Bedarfs Anwendung, z.B. dort, wo Skalen abzulesen sind (Laborglasgeräte, Thermometer, Ana-lysentechnik), wo Lichtstreuung erwünscht, aber eine hinreichende Durchlässigkeit erforderlich ist (Wandverkleidungen, Beleuchtungstechnik) oder auch nur das dekorative Moment im Vordergrund steht (z.B. Glasfenster, Gebrauchs- und Kunstglas). Von den hauptsächlichen Bestandteilen einer keramischen Farbe (Fritte, Pigmente, Zuschlagstoffe) betrifft es damit das Fritteglas, welches hinsichtlich der Möglichkeit einer effizienten Trübung untersucht werden soll. Der Deckungsgrad eines Emails kann durch Verwendung eines Trübglases anstatt eines transparenten Glases zusätzlich erhöht werden. Die Trübung von Gläsern kann auf mehrerlei Wegen erfolgen, ohne dass die wichtigen Fließeigenschaften verloren gehen, welche man in der keramischen Farbe benötigt. Im Vortrag werden zunächst Trübungsarten und ihre charakteristischen Größenordnungen näher erläutert. Die Trübungsursachen durch Oberflächenrauigkeiten, durch kristalline Teilchen und durch nichtkristalline Teilchen wurden besprochen, wobei der Fokus auf der Phasentrennung der Gläser und der Ausbildung der Entmischungsbezirke in der Glasstruktur liegt. Die Wirkungsweise unterschiedlicher Trübungsmittel wird im Kontext mit den Mikrogefügen untersucht und auch Beziehungen zu anderen Werkstoffgruppen beleuchtet. Möglichkeiten des "Zuschneidens" der Glasgefüge für spezielle Zwecke, insbesondere für deren Anwendung als kompakte Werkstoffe als auch in Form der Glasfritte, wurden diskutiert.

"Historie und Entwicklungen der Korrosionsresistenz von Technischen Emaillierungen" beleuchtete Dipl.-Ing. Daniel Renger, De Dietrich Process Systems. Emaillierungen haben eine sehr breite Anwendung in der chemischen und pharmazeutischen Industrie gefunden. In den letzten 50 Jahren wurden die Eigenschaften des Technischen Emails bedeutend verbessert und neue Anwendungen konnten entwickelt werden. Die chemische Beständigkeit des Technischen Emails wurde im Säurenbereich um das 8-fache und in alkalischer Lösung von Natrium-Hydroxid (NaOH) um das 13-fache verbessert. Der Mechanismus der Emailkorrosion im Säurenbereich besteht zuerst in einem Ionenaustausch zwischen den alkalischen metallischen Ionen im Email und den H+ Protonen in den Säuren. Darauf folgt eine oberflächliche Zersetzung der Silicatverbindungen des Emails mit Bildung einer korrosionshemmenden Silicatgelschicht. Im alkalischen Bereich ist der Korrosionsmechanismus vollkommen anders, wobei das glasartige Netzwerk des Emails infolge Spaltung der Siloxan-Bindungen durch die OH- Ionen kontinuierlich abgebaut wird. Die mechanische Beständigkeit des heutigen Technischen Emails wurde verbessert und die heutigen emaillierten Apparate zeigen sehr gute Schlag- und Abriebfestigkeiten sowie Thermoschockbeständigkeiten. Die Hersteller von stahlemaillierten Apparaten haben bedeutende Vorschritte gemacht, so dass heute Teile emailliert werden können, an die man vor 15 Jahren überhaupt nicht gedacht hatte. Stahlemail hat sich bewährt als einen Werkstoff der unter einer breiten Vielfalt von Beanspruchungen eingesetzt werden kann. Die gute Korrosionsbeständigkeit der stahlemaillierten Ausführungen kann mit anderen beständigen Werkstoffe verglichen werden und zeigt, dass Stahlemail universell eingesetzt werden kann in allen Arten von oxidierenden oder reduzierenden Reaktionsprozessen mit oder ohne Chlorid-Ionen. Die Emailschicht verursacht keine ungewünschten Nebenreaktionen durch katalysierende Einwirkungen, hat durch den Feuerglanz für den pharmazeutischen Bereich eine sehr glatte Oberfläche und hat im Vakuumbereich die Nachteile der mit Kunststoffen beschichtete Stahlsubstrate nicht, da das Email eine hervorragende Haftung hat.

"Emaillierte Wärmeaustauscher zur Effizienzsteigerung in der Energie- und Umwelttechnik" stellte Dr.-Ing. Jürgen Reinemuth, THALETEC GmbH, vor. Emaillierte Wärmeaustauscher werden bereits seit Jahren in Kraftwerken und in Anlagen zur Müllverbrennung äußerst erfolgreich eingesetzt. Die hohe Korrosionsbeständigkeit der Emaillierung in Verbindung mit dem vergleichsweise guten Wärmeübergang machen Email zu einem Werkstoff der Wahl für diese Anwendungen. Dabei sind die emaillierten Wärmeaustauscher dort eingesetzt, wo mit dem Kondensieren des Abgases und der Bildung von schwefeligen Säuren gerechnet werden muss. Der Einsatz der Wärmeaustauscher kann den Gesamtwirkungsgrad von Kraftwerken teils signifikant erhöhen. Bisher werden diese Wärmeaustauscher aus emaillierten Rohren hergestellt, die aus einem speziell oberflächenbehandelten Kohlenstoffstahl bestehen. Das Auftragen erfolgt mittels eines speziellen pulverelektrostatischen Emailauftragsverfahrens, welches auf eine gleichmäßige Qualität und hohe Ausbringung der kontinuierlichen Produktionsanlage ausgelegt ist. THALETEC hat nun auf Wunsch der Kunden aus der Energiebranche ein System entwickelt, bei dem statt dem Grundwerkstoff Kohlenstoffstahl ein nichtrostender Stahl verwendet werden kann. Da nichtrostender Stahl weniger anfällig ist gegenüber Wasserstoffdiffusion, kann die Betriebssicherheit der Wärmeaustauscher dadurch deutlich erhöht werden. Da sich diese Werkstoffgruppe beim Emaillieren völlig anders verhält, waren weit reichende Modifikationen am Email und an der Prozessführung erforderlich.

Die "Anwendung von emaillierten Heizblechprofilen in regenerativen Wärmeaustauschern von Kesselanlagen" erläuterte Dr. Friedrich Weyland, ALSTOM Power Energy Recovery GmbH. Regenerative Wärmeaustauscher sind seit Jahrzehnten bekannte und bewährte Komponenten an Kesselanlagen der Kraftwerksindustrie. Sie dienen zum einen als so genannte Luftvorwärmer (Luvo) zur Aufheizung der Verbrennungsluft und zum anderen als so genannte REA-Gavos zur Wiederaufheizung der Rauchgase nach einer Nassentschwefelung. Die in einem Rotor angeordneten Heizblechprofile nehmen während einer Drehung Wärme aus dem heißen Gasstrom auf und geben die gespeicherte Wärme an die aufzuheizende kältere Luft bzw. an den kälteren Gasstrom ab. Das Bauprinzip dieser nach dem Erfinder auch als Ljungström-Wärmeaustauscher bezeichneten Regeneratoren wird für die unterschiedlichen Anwendungen – sei es als Luftvorwärmer oder als Gas-Gas-Wärmeaustauscher – kurz skizziert und erläutert. Die zur Wärmeübertragung benötigten Heizblechprofile sind in den korrosiven und staubhaltigen Rauchgasströmen besonderen betrieblichen Beanspruchungen unterworfen. Ungeschützte Stahloberflächen werden besonders durch verdünnte Schwefelsäure angegriffen. Durch eine geeignete Emaillierung kann die Lebensdauer der unterhalb des Säuretaupunktes eingesetzten profilierten Stahlheizflächen erheblich verlängert werden. Die sich für die verschiedenen Anwendungsfälle ergebenden Anforderungen an die Emaillierung werden erläutert und diskutiert. Der Produktionsprozess emaillierter Heizblechprofile mit dem Schwerpunkt Qualitätssicherung wird eingehend vorgestellt und abschließend über Betriebserfahrungen berichtet.

Dipl.-Ing. Koen Lips, Pemco Brugge BVBA, stellte ein neues Emailfrittensystem für Silo-Paneele vor, das ein "fischschuppenfreies Emaillieren von warmgewalztem Konstruktionsstahl" ermöglicht. Bei fast allen emaillierten Produkten wird aus werkstofftechnischen Überlegungen emaillierter Stahl eingesetzt. Die Eigenschaften der Komponenten Stahl und Email sind beide notwendig für den beabsichtigten Einsatz. Auch beim Emaillieren von Boilern, Silos/Tanks, Wärmeaustauschern und chemischen Apparaten ist dies deutlich der Fall. In den letzten 10 Jahren stieg der Verbrauch von Email für diese Emaillierungen deutlich an und dieser Einsatzbereich wurde, gemessen am Emailverbrauch, der zweitgrößte Markt hinter dem Bereich der Hausgeräteindustrie. Silos/Tanks werden in zwei Schritten hergestellt: die Stahl-Paneele werden zugeschnitten, emailliert und im Emaillierwerk sorgfältig eingepackt. Die Montage der Silos/Tanks wird direkt auf der Baustelle durchgeführt, wodurch ein schneller Aufbau gewährleistet ist. Es wurde eine Vielzahl von Normen herausgegeben, die sich mit den Anforderungen an die Emaillierung von verschraubten Silos/Tanks für verschiedene Anwendungen befassen. In diesen Normen sind folgende Anforderungen an die Emaillierung festgelegt: Beständigkeit gegen chemische Korrosion durch unterschiedliche Säuren und Laugen, Temperaturwechselbeständigkeit, Ritzhärte, Emailhaftung, Emailschichtstärken, Fehlstellen in der Emailschicht und Farbe. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften gibt es verschiedene Emailbeschichtungen. Für die Produktion von emaillierten Paneelen für Silos/Tanks ist eines der größten Probleme, emaillierfähigen Konstruktionsstahl mit den notwendigen mechanischen Eigenschaften zu bekommen. Silos/Tanks sind beidseitig emailliert und deshalb benötigt man teures, fischschuppenfreies, warmgewalztes Stahlblech. Neue Emailfritten wurden vom Pemco entwickelt und sind ab sofort verfügbar, mit denen es möglich ist, bisher nicht-emaillierfähigen Konstruktionsstahl ohne Fischschuppen – ein Fehler in der Emailoberfläche – zu emaillieren. Das neu entwickelte Frittensystem ist auch für das 2-Schicht/1-Brand-Verfahren einsetzbar.

"Emaillierung ohne Kantenrost" ist ein manchmal nicht erreichtes Ziel bei der Schilderemaillierung. Dipl.-Ing. Eckhard Voß, Wendel GmbH, ging in seinem Beitrag auf dies Problematik detailliert ein. Seit über 100 Jahren werden Schilder emailliert. Die Langlebigkeit der Schilder im Außenbereich ist anerkannt. Obwohl die emaillierten Schilder lichtecht und kratzfest sind, hat die Emailindustrie den Bereich weitgehend verloren. Besonders der Kantenrost und rostende Befestigungen schaden dem emaillierten Schild. Aluminium- und Kunststoffschilder zeigen diesen Fehler nicht. Der Kunde nimmt also weniger Haltbarkeit in Kauf, nur um keine Rostspuren zu bekommen. Eine normale Alterung wird akzeptiert, Rost nicht. Das Argument der Haltbarkeit ist nicht zu vertreten, wenn nach kurzer Zeit Korrosion auftritt. Anhand von verschiedenen Grund- und Weißemaillierungen wurde durch Korrosionsprüfungen untersucht, ob der Kantenrost im Labor zu reproduzieren ist. Der Einfluss von verschiedenen Ausdehnungen des Grund- und Deckemails wurde untersucht. Es werden von E. Voß die Möglichkeiten aufgezeigt, den Kantenrost zu vermeiden. Eine Nachbearbeitung der Kanten ist empfehlenswert. Schilder mit bearbeiteten Kanten zeigen erheblich weniger Abplatzer. Der Einfluss von Befestigungselementen aus verschiedenen Werkstoffen wurde geprüft. Nicht isolierte Edelstahlschrauben fördern den Kantenrost. Gut verzinkte Schrauben unterdrücken den Kantenrost. Eine Alternative sind Schilder aus Edelstahl. Nach den Korrosionsprüfungen zeigt sich, dass nicht jeder Edelstahl geeignet ist. Es wurde die Möglichkeit untersucht, ob durch eine Emailentwicklung, die Kante ohne Fehlstellen zu emaillieren ist. Es konnte durch eine neue Gruppe von Grundemails eine überraschende Verbesserung der Kantenemaillierung erreicht werden. Die Ergebnisse werden an Beispielen vorgestellt. Die neuen Grundemails sind sehr zehrbeständig und zeigen auch bei dünner Schichtstärke, keine Kupferköpfe, ein sonst typischer Emailoberflächenfehler. Durch die geeignete Auswahl von Grund- und Deckemail, die Nachbearbeitung der Kanten und die Verwendung von verzinkten Befestigungen, konnte der Kantenrost verhindert werden.

Über "Spannungen und Verformungen in emaillierten Tafeln" referierte Dr. Ir. Michel Vermeulen, ArcelorMittal R&D Gent / OCAS NV. Während der Abkühlung nach dem Einbrennen eines emaillierten Stahlbleches entstehen Eigenspannungen aufgrund der Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zwischen der aufgeschmolzenen Schicht und dem Stahl. Diese thermische Belastung kann zu Beulen und Verziehen der emaillierten Stahlteile führen. Besonders flache Platten mit schlankem Architekturdesign sind für diese Probleme anfällig. Dieser Beitrag bringt die Ergebnisse eines umfassenden Designs of Experiments zur Untersuchung des Einflusses von der Geometrie, den Email-Schichtdicken und den Prozessbedingungen. Der theoretische Hintergrund über thermische Verformungen und Knickung schlanker Stahltafeln wird beschrieben. Es ist ein Finite-Elemente-Modell entwickelt worden, um den kompletten Brennzyklus zu simulieren. Am Ende werden einige Design-Richtlinien abgeleitet, um die thermischen Verformungen und Beulen in emaillierten Stahltafeln zu vermeiden (oder zumindest zu verringern). Im Beitrag wird ein kombinierter experimenteller und numerischer Ansatz verfolgt, um die thermische Verformung und Knickung in emaillierten Tafeln zu ermitteln, wie sie bei architektonischen Anwendungen auftreten. Die Knickung ist ein stabiler Verformungsmodus und wird verursacht durch den Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen Stahl und Email. Diese Art der Verzerrung, die sich nicht ganz vermeiden lässt, kann beschrieben werden nach der Bimetall-Thermostat Theorie. Thermischer Verzug ist ein instabiler Verformungsmodus, der in engem Zusammenhang mit dem Frequenzgang der Tafel läuft. Dieser instabile Zusammenbruch kann durch geometrische Mängel, Eigenspannungen oder kritische Druckspannungen verursacht werden. Es sind Finite-Elemente-Simulationen des gesamten Brenn-Zyklus durchgeführt worden, um die thermischen Verformungen und Beulen vorherzusagen. Die eigentlichen Brennvorgangbedingungen, wie Kettengeschwindigkeit und Temperatur, werden berücksichtigt. Die Gravitationslast ist mitberücksichtigt, um den Einfluss der Aufhängung zu untersuchen. Die vorhergesagte thermische Verformung stimmt mit den Experimenten gut überein und zeigt dass unsere Simulations-Kompetenz einen entscheidenden Mehrwert bilden kann. Aufgrund der numerischen Simulationen können einige Abhilfemaßnahmen vorgeschlagen werden, um die ungewünschten Verformungen zu vermeiden, so dass diese als Design-Richtlinien für emaillierte architektonische Tafeln betracht werden können.

"Die Entstehung der Tonminerale und ihre praktische Anwendung in der Emailindustrie" beschrieb Wirt.-Ing. Carsten Kellen, Müllenbach & Thewald GmbH. Das älteste deutsche Tonbergbauunternehmen wurde 1830 von Jakob Müllenbach und Wilhelm Thewald gegründet und 1976 in die Stephan Schmidt Gruppe aufgenommen. Die hochwertigen feinstvermahlenen Produkte werden als Glasur-/Engobe- und Emailliertone, aber auch in der Sanitär- und Feuerfestindustrie sowie der Baukeramik eingesetzt. Die Qualitätsüberwachung erfolgt im Labor am Sitz der Firma in Höhr-Grenzhausen. Tonminerale sind das Verwitterungsprodukt von Primärgesteinen und deshalb auf der Erdoberfläche die häufigsten Mineralien. Jedoch eignen sich nur die wenigsten Qualitäten, um in der Emailindustrie verwendet zu werden. Nur durch langjährige Erfahrung und einer strikten Qualitätskontrolle ist es möglich, den Anforderungen der Anwender gerecht zu werden. Der Vortag gibt einen Überblick über die Entstehung, Förderung und Aufbereitung von Tonen und über die speziellen Eigenschaften, welche Sie so einzigartig machen. Hierbei sind insbesondere das Kornband, die mineralische Zusammensetzung und die rheologischen Eigenschaften zu nennen. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Kontrolle der Rohstoffe gelegt. Folgende Kontrollen werden durchgeführt: Nassabsiebung, chemische Analyse, Korngrößenbestimmung, Slumptest, Lochtest, Rotationsviskosimeter, Auftragsgewicht, Farbwerte (L, a, b), DTA und evt. eine Mineralanalyse. Kernstück der Prüfung ist ein Prüfschlicker mit Fritte und die anschließende Emaillierung auf ein grundemailliertes Blech.

"Neue Entwicklungen in der PEMS-Technologie" präsentierte Ir. Ruud Gries, Ferro Techniek B.V. Eine allgemeine Tendenz in der Produktentwicklung sind niedrige Kosten sowie kleinere, zuverlässigere, energieeffizientere und natürlich "grüne" (ECO-Ausführung) Erzeugnisse. Dies gilt für alle Produkte, z.B. Heizelemente für den Haushalt und für industrielle Anwendungen. Seit Ende der 90er Jahre ist Ferro Techniek ein Hersteller von verschiedenen Arten von Heizelementen für viele Zwecke, wie Wasserkocher, Lötpfannen, Milchschäumer, Luftbefeuchter und Teekocher. Für alle diese Anwendungen sind Edelstahlsubstrate das Grundmaterial, auf dem ein hochtemperatur- und hochspannungsresistentes Email (Kerdi HT) aufgebracht wird. Infolge der hohen Temperaturen, die während des Gebrauchs auftreten, dehnen sich die Teile aus, woraus Spannungen in den Bauteilen und konsequenterweise auch in der Emailschicht entstehen. Um bei der Benutzung Schäden zu verhindern und ein betriebssicheres System aufrecht zu erhalten, müssen die Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Edelstahl und der Emailschicht angepasst werden. Einige andere wichtige Parameter für die anzuwendenden Emails sind Adhäsion, Thermoschock und Kriechstrom. Der letztere Parameter ist für Mehrschicht-Heizelemente wichtig, bei denen Funktionen für Messzwecke, wie Skalenformatierung, lokales Überhitzen (Spitzenlast) und „Lebensende“-Ausfallverhalten in der Anwendung erforderlich sind. Die Entwicklung einer sog. Elektronischen Vollflächen-Sensor-Technologie (E-fast) ist die Basis für die oben genannten Merkmale. Diese E-fast-Technologie ist durch Ferro Technik patentiert. In den letzten Jahren wurde durch Ferro Techniek eine Email-Zusammensetzung entwickelt, die Freiheit in der Gestaltung hinsichtlich des Kriechstroms zulässt. Dieser Parameter kann innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs frei gewählt werden. Weiterhin ist die Entwicklung eines Emails mit höherer Hochspannungsresistenz angestrebt worden. In enger Kooperation mit der Fa. Wendel Email GmbH hat Ferro Techniek ein Kerdi HT - Email entwickelt, das eine verbesserte Blasenstruktur des eingebrannten Emails zeigt, aus der eine signifikante Abnahme des Produktionsausschusses nach Hochspannungstests resultiert. Frittenparameter, wie Viskosotät, Tg und Te, sind gut definiert, und die Prozesse sind von beiden Seiten hinsichtlich minimaler Kontaminationen, Fehler und Ausschusskosten optimiert. Mit diesen Erkenntnissen ist Ferro Techniek in der Lage, verschiedene neue Anwendungen, wie Durchlauferhitzer für eine Kaffeemaschinen-Applikation, einen Milchschäumer sowie preisgünstige Wasserkocher, zu realisieren.




Die emailtechnische Tagung 2009 in Bad Herrenalb trotzte der Finanz- und Wirtschaftskrise und war mir über 100 Teilnehmern wieder gut besucht. (Foto: CCR Thielmann, 58093 Hagen)

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


Fenster schließen