Emailtagung 2013: Neue Werkstofferkenntnisse

Hagen, 05.06.2013 - Die technisch-wissenschaftliche Emailtagung des Berufsverbandes der Emailindustrie fand vom 18. – 20. März 2013 in Dresden statt. Zu dem bedeutenden Branchentreffen der Emailindustrie kamen erneut wieder über einhundert Teilnehmer – Mitarbeiter von Email herstellenden und verarbeitenden Unternehmen, von Stahlherstellern und Zulieferfirmen sowie von Fachhochschulen und Universitäten – aus Deutschland und den angrenzenden EU-Ländern. Das inhaltliche Tagungsprogramm umfasste rund 13 Fachvorträge, von denen die wesentlichen nachfolgend in einer Kurzfassung wiedergegeben werden.

Prozessoptimierung mittels Kaizen und TPS lautete die Botschaft von Urs Wullschleger, Geschäftsführer des schweizer Stahlbadewannenherstellers Wilhelm Schmidlin AG. Das von Toyota entwickelte Produktionssystem (TPS) ist eine Konzeption, um Verschwendungen in der gesamten Wertschöpfungskette zu vermeiden und die Effizienz innerhalb des Unternehmens durch Einbezug der Mitarbeiter zu erhöhen. Das TPS-Konzept hat sich insbesondere nach dem zweiten Weltkrieg unter dem Ingenieur und Produktionsleiter Taiichi Ohno systematisch weiterentwickelt und wurde um viele Elemente und Methoden ergänzt.
Bei der Wilhelm Schmidlin AG wird seit 2010 systematisch nach dem TPS gearbeitet, wobei die Grundkonzepte nach den betriebseigenen Bedürfnissen stark weiterentwickelt wurden. Folgende Eckpunkte werden bei Schmidlin angewandt und permanent weiterentwickelt: Eine wichtige Erkenntnis ist, dass für Produktivitätssteigerungen die Analyse und Verbesserung der Prozesse und Methoden sowie der Einbezug der Mitarbeitenden wichtiger ist als die Taktzeit der Maschinen und Anlagen. Das Konzept des 4M+1 muss auf allen Stufen erkannt und gelebt werden. 4M+1 bedeutet, dass nicht nur das Material und die Maschine, sondern auch der Mensch und seine Methode sowie die Umwelt in die Prozess-Analyse einbezogen werden. Oft ist der Fokus viel zu stark auf Material und Maschinen ausgerichtet, da man dies „kaufen“ kann. Gute Methoden zusammen mit den betroffenen Menschen zu entwickeln, kann aber in viel kürzerer Zeit mit viel kleineren finanziellen Investitionen zu viel grösseren Produktivitätssteigerungen führen.
Mit diesem Hintergrund ist es erstaunlich, dass gerade in kleinen Firmen dieses Denken oft nicht verbreitet ist, obwohl man sich hier Wettbewerbsvorteile gegen starre Konzerne erarbeiten könnte.

Die Optimierung der Tiefzieheigenschaften der Thyssen KruppSteel Europe AG stellte Dr.-Ing. Roman Borovikov von der technischen Kundenberatung IDS vor. An emaillierfähigen Stahl werden seitens Kunden und Designer zunehmend hohe Formansprüche gestellt. Beim Verformen unterliegt der Stahl einer hohen tribologischen Beanspruchung. In der Studie wurde die Reibung in Abhängigkeit von der Ölsorte, Ölmenge und der Rauheit untersucht. Als Ölreferenzen wurden konventionelle Ölsorten, Prelube der 1. Generation und Prelube der 2. Generation, ausgewählt. Die Versuche wurden in einer Streifenziehanlage bei steigender Flächenpressung und konstanter Ziehkraft durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die Ölsorte Prelube der 2. Generation mehrere Vorteile aufwies: der Stickslip-Effekt trat bei steigender Flächenpressung später auf und war deutlich schwächer ausgeprägt, höhere Ölauflagen führen zu signifikantem Abbau des Stickslip-Effekts. Die Ölauflage muss in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbedingungen individuell erprobt und angepasst werden. Emaillierfähiges Kaltband von ThyssenKrupp Steel Europe ist mit definierter Rauheit und Prelubeöl der 2. Generation serienmäßig lieferbar.

Die Emaillierung von Aluminium und Sondermetallen erläuterte Dr.-Ing. Wolfgang Kühn, Kühn Email GmbH. Der Verbrauch von Aluminium, seinen Legierungen und verschiedenen Herstellungsmöglichkeiten, von Titan, Magnesium usw., steigt kontinuierlich. Oberflächenschutz, die farbliche Gestaltung der Teile, Witterungsbeständigkeit usw., werden mehr nachgefragt. Die Emaillierung von Metallerzeugnissen ist eine recht alte Technologie, Schmuck und Ziergegenstände wurden bereits vor mehreren tausend Jahren mit einem glasartigen Überzug versehen, den man im weitesten Sinne als Email bezeichnen kann. Durch diesen Überzug wird die Schönheit des Emails mit der Gestaltung des metallenen Gegenstandes vereint. Diese Erzeugnisse haben die Jahrtausende überdauert und können heute noch bewundert werden. Im Gegensatz dazu ist die Emaillierung von eisernen Gegenständen zwar erst 250 Jahre alt, in unserer kurzlebigen Zeit sind das aber bereits große Zeiträume. Anders die Emaillierung von Aluminium und ähnlichen Leichtmetallen. So wird Aluminium erst seit 1956 großtechnisch emailliert. Dazu wurden anfangs bleihaltige Emails verwendet. Heute sind diese Emails aber völlig vom Markt verschwunden. Die ersten Einsatzgebiete der Emaillierung von Aluminium waren Fassaden. Dabei wurden etwa 10.000 m² verbaut, die sich durch eine gute Witterungsstabilität auszeichneten und bei guter Farbgebung für eine attraktive Fassade sorgten.
Vorteile des emaillierten Aluminiums sind seine geringe Dichte von 2,7 g/cm³ gegenüber Stahl von 7,8g/cm³. Hinzu kommt noch der Vorteil von Magnesium mit 1,7 g/cm³ bei etwa gleichen mechanischen Werten wie Aluminium, aber allerdings einem erhöhten Gefährdungspotential bei der Bearbeitung. Kontinuierliche Forschungen auf dem Gebiet der Emaillierung von Leichtmetallen sorgen für immer bessere Ergebnisse emaillierter Leichtmetalloberflächen und zeigen einen positiven Ausblick für die Zukunft.

Email im Kontakt mit Lebensmitteln: neue Reglementierungen – eine Gefahr für die Zukunft der Emailindustrie? fragte Dipl.-Ing.(FH) Dieter Jacobs, PEMCO Brugge BVBA. In diesem Vortrag wird über das potentielle Risiko, das von neuen Reglementierungen und Gesetzen für Teile unserer Industrie ausgehen kann, berichtet. Dieses Risiko besteht, wenn neue Reglementierungen ohne die Mitwirkung der Emailindustrie entstehen sollten. Hierdurch könnten Emailanwendungen eingeschränkt oder durch den erzwungenen Verzicht auf weitere chemische Elemente Aufwand und Kosten unverhältnismäßig erhöht werden und damit Wettbewerbsnachteile entstehen. Der Vortrag beschreibt, warum es Reglementierungen gibt und was bisher bereits reglementiert wurde. Die Thematik wird von anderen Themen, wie REACH, abgegrenzt und Fachbegriffe werden erläutert. Es wird dargestellt, welche bekannten, neuen Aktivitäten es zur weiteren Reglementierung gibt und auf die Bedeutung der aktiven Mitarbeit der Emailindustrie hingewiesen. Ziel des Vortrages ist es, sowohl über die Problematik zu informieren als auch über den DEV eine Initiative in Gang zu setzen, die die Interessen der Emailindustrie verteidigt und die positiven Eigenschaften von Email nach außen deutlich macht. Da die Reglementierungen auf europäischer Ebene erfolgen, kann letztendlich aber nur eine gemeinsame Aktion, zusammen mit anderen nationalen Verbänden, die hierzu gewonnen werden müssen, zum Erfolg führen. Hierbei müssen auch geeignete Interessenvertreter gefunden und gezielt eingesetzt werden.

Dipl.-Ing. Eckhard Voß, Wendel GmbH, präsentierte Die neue DIN 4753 und ihre Auswirkungen auf die Boileremails. Die DIN 4753 wird seit 2006 überarbeitet. Die Neufassung ist notwendig geworden, da die DIN EN 12897 erschienen ist, welche sich mit der Herstellung von Wassererwärmern beschäftigt. Im Normenausschuss NA041-01-45AA, wurde die Notwendigkeit gesehen, die nationale Norm DIN 4753 beizubehalten. Gleichzeitig hatte sich die Norm ISO 28706-2 zur Prüfung der Wasserbeständigkeit geändert. In der Norm ISO 28706-2 ist ein neues Prüfgerät vorgeschrieben. Durch die definiertere Kochung, konnten die alten Grenzwerte von 3,5 g/m² Abtrag nicht mehr eingehalten werden. Da gleichzeitig die hygienischen Anforderungen nach den KTW-Empfehlungen nicht mehr für Email anzuwenden waren, begann 2008 auch die Suche nach einer neuen Hygieneprüfung. 2010 erschien die überarbeitete DIN 4753 in 5 Teilen. Der Teil 6 über die Anodenanforderungen wurde in den Teil 3 eingearbeitet. Das neue DVGW-Arbeitsblatt W 517 regelte die hygienischen Anforderungen. Besonders die Grenzwerte in dem Arbeitsblatt W 517 führten zu Einsprüchen und machten eine erneute Überarbeitung der DIN nötig. Der zwischenzeitlich eingeführte Grenzwert von 5 g/m² Abtrag nach der Norm ISO 28706-2 wurde als zu gering erachtet. Die DIN 4753 T3, Ausgabe Februar 2013, enthält nach Abstimmung im AA Wassererwärmer nun den Grenzwert von 8,5 g/m². Die Festlegung der hygienischen Anforderungen wird vom Umweltbundesamt (UBA) übernommen. Das UBA wird eine „Email-Leitlinie“ veröffentlichen. Damit gilt Email dann als anerkannter Werkstoff und kann ohne Bedenken in Trinkwasserverteilungsanlagen verwendet werden. Mit dem UBA gab es mehrere Treffen, um einen Konsens über die Grenzwerte zu finden. Über die Entwicklung seit 2011 und den aktuellen Stand wird vorgetragen.

Moderne Automations- und Datentechnik bei der Oberflächenbeschichtung beschrieb Dipl.-Wiss. Hermann Claus, Kübler Essig GmbH. Industrielle Anlagen zur Beschichtung von Oberflächen stellen maximale Anforderungen an Qualität und Effizienz, an wirtschaftlichen und schonenden Einsatz der Ressourcen sowie an die strategische und steuerungstechnische Einbindung in die Produktionsabläufe eines Unternehmens dar. Automations- und Datentechniken kommen bei KÜBLER ESSIG permanent zur Anwendung, um Produktionsabläufe zu planen, zu steuern, zu prüfen, zu dokumentieren und in die übergeordneten Warenwirtschaftssysteme des Betriebsablaufs zu integrieren. Dabei werden die verschiedenen Prozessebenen durch entsprechende Hard- und Softwareapplikationen miteinander verknüpft. Für die Qualitätssicherung wird das Visualisieren und Erfassen einer Vielzahl von Daten und Kennzahlen kompletter Produktionslinien immer wichtiger. Denn die Auswertung erlaubt Rückschlüsse auf Fehlerquellen, die dann analysiert und behoben werden können. So werden Material- und Chargendaten von Zuführprodukten, Anlagenzustände sowie Messwerte zur Qualität, Produktion und Leistung registriert. Der Betreiber erhält schnell und übersichtlich Informationen zur Effektivität seiner Anlage. Beim Planen und Konstruieren denkt KÜBLER ESSIG an den Menschen. Das Ergebnis ist eine Maschine/Anlage für den Bediener: ergonomisch, anwenderfreundlich und sicher. Durch definierte Rezepturen wird die Bedienung vereinfacht. Mit konsequenter Umsetzung der Maschinenrichtlinien setzt KÜBLER ESSIG hohe Standards, gerade auch durch flexibel programmierbare Sicherheitssteuerungen. Der Vortrag zeigt anhand von konkreten Beispielen auf, wie intelligente Lösungen für zeitgemäße Oberflächenbeschichtungsanlagen entwickelt und in der Praxis eingesetzt werden.

Thomas Brado, Colorobbia Italia SpA, sieht die Transfer-Rate als bestimmenden Faktor bei der Applikation von elektrostatischen Pulvern. Der Einsatz von elektrostatischen Emailpulvern geht bis in das Jahr 1975 zurück. Seit dieser Zeit verbreitete dieses Applikationssystem sich weltweit und wurde zu einem der besten für die unterschiedlichsten Werkstücke. Ein großer Anwendungsbereich ist die Boileremaillierung, bei der das Pulver eine immer größere Bedeutung findet. Konnte man anfangs nur einfache Konstruktionen beschichten, ist es heute auch möglich, Boiler mit Wärmetauscher zu emaillieren. Eine ganz wichtige Größe hierbei ist die Transfer-Rate (Spray-Rate). Wichtig ist es, die Schichtdicken in einem Boiler so gleichmäßig wie möglich zu halten und dabei auch physikalische Gesetze zu überwinden. In dieser Arbeit wurde anhand der Boileremaillierung der Einfluss der Transfer-Rate versucht zu erläutern. Schichtdickenverteilung, Alterung, Abscheideverhalten sowie die Blasenstruktur nach dem Emaileinbrand wurden untersucht. Die Transfer-Rate ist für jede einzelne Applikation neu zu ermitteln. Weitere Untersuchungen an Flachteilen sowie Backkasten wurden getrennt bewertet und sind nicht Bestandteil dieser Arbeit.

Verfahrens- und Anlagenaspekte für 2C/1F-Emaillierungen zeigte Dipl.-Ing. Wilfried Galle. Ausgehend von den wirtschaftlichen und ökologischen Erfordernissen zum schonenden Einsatz von Ressourcen sowie den Bestrebungen der Unternehmen, die klassische Grund-/Deckemaillierung zu vereinfachen und durch Eliminierung des Grundemailbrandes Energie und Material einzusparen, werden die gebräuchlichen 2C/1F-Verfahrensvarianten Nass/Nass, Nass/Pulver und Pulver/Pulver mit ihren Vor- und Nachteilen betrachtet. Nach einem kurzen Rückblick auf die Entwicklung des Prozesses werden verfahrensspezifische Parameter und Eigenschaften der einzelnen Varianten sowie ihrer Kombinationen untereinander verglichen und Auswirkungen auf die Gestaltung des Emaillierprozesses diskutiert. Abschließend wird eine mögliche Anlagelösung für kleinere Produktionseinheiten vorgestellt.

Verfahren zur Charakterisierung des Klebeverhaltens von Glasschmelzen an Formenmaterialien referierten Peter Manns (Vortragender), Gerd Spieß, Frank Burmeister und Günter Kleer, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg i.Br. Das Kleben von heißen Glasschmelzen an den Formgebungswerkzeugen ist bei Heißformgebungsverfahren von Glas ein ständiges Problem. Bei Präzisions-Heißformgebungsverfahren von optischen Komponenten (Blankpressen), werden keramische und metallische Formenbeschichtungen mit Erfolg eingesetzt, um das Kleben des heißen Glases zu reduzieren und hohe Oberflächengüte und lange Standzeiten der Formwerkzeuge zu erreichen. Das Klebeverhalten von verschiedenen optischen Glasarten gegenüber solchen Schichtmaterialien kann bisher jedoch nur rein qualitativ bewertet werden, so dass die Entwicklung und Anpassung von Formenbeschichtungen für die jeweiligen Glassorten sehr zeitaufwändig ist. Mit der hier vorgestellten neuen Messmethode kann das Klebe- und Löseverhalten von Glas gegenüber Formen- und Schichtmaterialien erstmals quantitativ mit Zahlenwerten charakterisiert werden. Dazu werden Glas und beschichtete Formenmaterialproben bei Temperaturen entsprechend einer Viskosität des Glases von 106-108 Pas unter isothermen Bedingungen miteinander verpresst. Die so erzeugten Verbünde werden durch Zugbelastung in einer Prüfmaschine getrennt, wobei die Zugbelastung so gesteuert wird, dass eine kontrollierte stabile Rissausbreitung in der Grenzfläche erfolgt. Aus den dabei gemessenen bruchmechanischen Größen können die Grenzflächenenergien für verschiedene Formenbeschichtungen ermittelt werden und damit Unterschiede im Klebeverhalten mit quantitativen physikalischen Größen unterlegt werden.

Dr. Hansjörg Bornhöft (Vortragender) und Prof. Dr. Joachim Deubener, Institut für Nichtmetallische Werkstoffe, Technische Universität Clausthal, stellten ein neues Forschungsprojekt „Kobalt- und Nickel-freie Emails“ vor. In der industriellen Emaillierung von Stahlblechen (z.B. weiße Ware) ist der Einsatz von Haftoxiden im Grund- und Direktemail bisher unverzichtbar, da hierdurch der Verbund von Emailschicht und Stahlsubstrat sichergestellt wird. Als Haftoxide werden die Metalloxide Cobaltoxid (CoO) und/oder Nickeloxid (NiO) additiv in der Fritte bzw. im Emailschlicker eingesetzt. Infolge der höheren Normalpotenziale von Cobalt und Nickel sind diese Elemente in der Lage, auf der Stahloberfläche Eisen lokal zu oxidieren. Hierdurch werden Hinterschneidungen (sog. Ankerpunkte) erzeugt, die einen notwendigen Beitrag zur Verankerung der Emailschicht auf dem Stahlsubstrat liefern, um Druckspannungen in der Emailschicht aufgrund der Differenzen im thermischen Ausdehnungsverhalten im abgekühlten Zustand aufzunehmen. Cobalt und Nickel besitzen eine toxische bzw. insbesondere beim Nickel eine nachgewiesene allergene und kanzerogene Wirkung, so dass Ni-oxide – und in Zukunft wahrscheinlich auch Co-Oxide – als Stoffe mit erhöhtem Gefährdungspotenzial (CMR: cancerogen, mutagen, reproduktionstoxisch) im europäischen Chemikalienrecht (REACH) eingestuft werden. Dies wird wie beim Element Blei zum Verzicht dieser Metalle in Emailzusammensetzungen führen, da standortbedrohende Kosten für Registrierungspflicht und damit verbundene Auflagen entstehen. Registrierungspflichtige Emailprodukte erleiden einen merklichen Imageverlust beim Verbraucher, obwohl Co- u. Ni-haltige Emails die strengen Grenzwerte im Bereich Trinkwassererwärmer für diese Metalle einhalten. In diesem Projekt sollen daher Lösungswege aufgezeigt werden, die zu einer Vermeidung des Einsatzes der Haftoxide von Cobalt und Nickel in Grund- und Direktemails führen, um standortgefährdende Kostenfaktoren infolge der Umsetzung von REACH für die KmU-basierte deutsche Emailindustrie zu vermeiden. Mit der Entwicklung von CMR-freien Emails, die als „100% Green Enamel“ auch unter Nachhaltigkeitsaspekten („cradle to cradle“) vermarktet werden können, wird die Wahrnehmung beim Verbraucher positiv für Emailprodukte besetzt.

Der Verschleiß und seine Norm von Dr. Jörg C. Wendel, Wendel Email. In diesem Beitrag geht es um die Bestimmung von Verschleiß an emaillierten Oberflächen und den Vergleich zur Bestimmung von Verschleiß an ähnlichen und Wettbewerbs-Werkstoffen. Nach einer kurzen Einführung zu tribologischen Größen und Systemen erfolgt ein kurzer Überblick zu Veröffentlichungen zu diesem Thema ab 1953. Anschließend werden Zusammenhänge zur Härte und deren Bestimmung erklärt. Auch bei der Bestimmung der Härte gibt es verschiedene Verfahren, die zu unterschiedlichen Messwerten führen. Bei der Härte wurden Relationen zwischen den verschiedenen Messverfahren ermittelt. So existieren Zusammenhänge zwischen der Vickers-Härte und der Mohs-Härte, der Vickers-Härte und der Brinell-Härte und einige andere Zusammenhänge. Die verschiedenen Messverfahren können systematisch gegliedert werden. Bei Härte-Messverfahren wird auch verständlich, weshalb es die verschiedenen Verfahren gibt und in welchem Bereich diese jeweils ihre Vorteile haben. Beim Verschleiß wurden solche Zusammenhänge bisher nicht gesucht. Zum besseren Verständnis der Unterschiede bei Verschleißarten werden mikroskopische Betrachtungsweisen verwendet. Es werden die Standard-Mechanismen nach Kragelski vorgestellt: Abrasion, plastische Deformation, Ermüdung, Adhäsion und letztlich die tribochemische Reaktion. Zum Vergleich verschiedener Messmethoden werden die Normen für Emails und Emaillierungen, Keramische Fliesen und Platten, Glas und Kunststoff, Beschichtungsstoffen und Schmierstoffen verglichen. Hierbei finden sich einige Standardmethoden zur Verschleißbestimmung. Die interessant erscheinenden Methoden werden anschließend an verschiedenen Emails verglichen. Die Ergebnisse auf dem Weg zu einem neuen Normungsvorhaben für den Taber-Abraser werden mit dem PEI-Tester, dem SRV-Tester und dem Kreisschüttler verglichen. Die Ergebnisse zeigen, welche Methoden für Email interessant sind.

Die Entwicklung einer Prüfmethode zur Bestimmung der Abrasionsbeständigkeit von Technischen Emails zeigte Dr. Günter Schäfer, Pfaudler Werke GmbH. Der Vortrag beschäftigt sich mit einer Methodenentwicklung, die zum Ziel hatte, ein Pfaudler-internes Prüfverfahren zur Bestimmung der Abriebbeständigkeit von technischen Emails zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurde ausgehend von den ehemaligen DIN ISO 6370-1 und DIN ISO 6370-2 Normen eine für die Werkstoffprüfung passende Apparatur entwickelt. Sie ist so ausgelegt, dass die für die Korrosionstests definierten DIN-Testplatten als Testkörper verwendet werden können. Als Referenzmaterial wird handelsübliches, aber nicht vorgespanntes Floatglas verwendet. Der Abrasionstest basiert darauf, dass Stahlkugeln bestimmter Größe zusammen mit einem keramischen Material während einer vorgegebenen Zeit gegen die Testplatten geschleudert werden. Dabei ist der Abrieb so stark, dass schon Tiefenverschleiß vorliegt, Oberflächeneffekte einer Emaillierung also ausgeschlossen werden können. Im Vortrag wird auf die Härte des verwendeten Abriebmaterials eingegangen und gezeigt, wie anhand der Floatglasplatten als Referenz eine reproduzierbare Messmethode zur Ermittlung des Tiefenverschleißes an emaillierten Platten entwickelt wurde. Dieses Verfahren wurde dann benutzt, um die Abrasionseigenschaften der bei Pfaudler verwendeten Chemieemails zu ermitteln, und sie wurde ebenfalls verwendet, um ein neues Email mit wesentlich verbesserten mechanischen Eigenschaften bei Beibehaltung der chemischen Beständigkeit zu entwickeln.


Teilnehmer während einer Vortragsveranstaltung auf der Jahrestagung 2013 (Bild: © Deutscher Email Verband e.V.)

Die Bilder können als hoch aufgelöste JPG-Dateien von der Internetseite des Deutschen Email Verbandes herunter geladen werden ( http://www.emailverband.de/General/de/DEV/DEV_Download.html).

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