Automobilindustrie setzt auf umweltfreundliche Vorbehandlung

Umwelt- und Gesundheitsschutz, der Trend zum Leichtbau und infolge dessen der zunehmende Metallmix an  Karosserie und Komponenten – das sind die wichtigsten Gründe, weshalb sich die Verantwortlichen im Mercedes-Benz Werk Gaggenau intensiv mit Alternativen zur Zinkphosphatierung befasst haben. Seit Februar dieses Jahres ist die Vorbehandlung nun endgültig nach einigen Monaten im Testlauf auf die „Oxsilan“-Technologie der Frankfurter Chemetall GmbH umgestellt. Das Werk Gaggenau ist eine der ältesten Automanufakturen der Welt und das zweitälteste Daimler-Werk. Heute werden neben Getrieben, Achsen und Wandlern für Pkw und Nutzfahrzeuge im neuen Presswerk auch Ersatzteile wie Türen, Heckdeckel, Kotflügel oder Motorhauben aller Modelle von Mercedes-Benz gefertigt. Über 1400 Bauteile laufen täglich im 3-Schichtbetrieb an sechs Tagen der Woche durch die Vorbehandlung und KTL-Beschichtung. Früher bestanden die Bauteile überwiegend aus verzinktem Stahlblech. Doch mehr und mehr drängt das Aluminium in die Kraftfahrzeuge. Aluminium wird in der Automobilindustrie verstärkt eingesetzt. Dies resultiert aus der schärferen Umweltgesetzgebung und der damit verbundenen Suche nach Sprit sparenden Alternativen. Eine Folge der schärferen Umweltgesetze und der damit verbundenen Suche nach Sprit sparenden Alternativen. Erst kürzlich wurden daher auch Motorhaube und Kotflügel der C-Klasse sowie die Heckdeckel von E- und S-Klasse auf den Leichtbauwerkstoff umgestellt. Für die Zinkphosphatierung bedeutet der zunehmende Materialmix ein Ausloten der technologischen Grenzen. Die Anpassung der Bäder auf die wechselnden Frachten ist aufwändig und die Entsorgung der Schwermetalle teuer. „Der Trend zum Leichtbau wird sich in Zukunft weiter verstärken“, erklärt Klaus Rudo, zuständig für die Globale Prozessfreigabe bei Daimler. „Folglich brauchten wir bei Mercedes-Benz eine schwermetallfreie und multi-metallfähige Alternative.“ Die „Oxsilan“-Technologie bewährt sich in verschiedenen Einsätzen. Unter anderem werden bereits viele Automobilkomponenten auf der Basis dieser Dünnschichttechnologie vorbehandelt. Zug um Zug setzt sie sich auch in der Karosserievorbehandlung bei Automobilherstellern wie beispielsweise der PSA-Group durch.

Umweltfreundlich und multi-metallfähig

Im Sommer 2010 entschloss man sich daher auch in Gaggenau dafür, diese schwermetallfreie Alternative auf einer Versuchsanlage zu testen. Nach einer mehrmonatigen Testphase überzeugten die Ergebnisse in so vielen Bereichen, dass man jetzt mit der neuen Technologie in Serie ging. Für Sascha Malorny, der bei Mercedes-Benz in Gaggenau die Vorbehandlung und Lackierung betreut, hat sich durch den Umstieg auf „Oxsilan“ vieles vereinfacht: „Früher mussten wir alle zehn Wochen eine Säurespülung der Phosphatierzone durchführen, was jeweils ein ganzes Wochenende in Anspruch nahm. Mit „Oxsilan“ ist die gesamte Anlagenreinigung nach nur sechs bis acht Stunden abgeschlossen.“ Der Zinkphosphatierprozess verlangte zudem eine wöchentliche Reinigung der Filteranlage, wobei ein kompletter Austausch der Filtermatten vorgenommen werden musste. Heute ist es ausreichend, die Filterpresse einmal im Monat mit Wasser abzuspülen, denn die neue Vorbehandlungstechnologie ist praktisch schlammfrei. Die Fällungsanlage sowie einer der beiden Wärmetauscher sind mittlerweile obsolet. Im laufenden Betrieb genügen einige einfache chemische Analysen zur Kontrolle des 9-Kubikmeter-„Oxsilan“-Bads: Viermal pro Schicht werden Fluoridgehalt und pH-Wert gemessen, zweimal pro Schicht wird der Kupfergehalt fotometrisch sowie der Zirkongehalt über Titration bestimmt. Vervollständigt wird die Badkontrolle wöchentlich durch zwei ICP-Übersichtsmessungen im analytischen Labor.

Hohe Prozesskosteneinsparungen

Die milderen Prozessbedingungen wirken sich ebenfalls positiv aus: Für den vollen Korrosionsschutz genügt bereits eine „Oxsilan“-Schichtdicke von 100-200 Nanometer. Das reduziert den Materialverbrauch. Mit dem Einsatz der neuen Vorbehandlungstechnologie wurde auch die Steuerung des KTL-Bads leicht modifiziert – mit positivem Resultat: Die elektrische Spannung konnte um etwa zehn Prozent und die Badtemperatur um rund zwei Grad gesenkt werden. Das „Oxsilan“-Verfahren selbst arbeitet bei Raumtemperatur und benötigt keine kostenintensive Badbeheizung. Die vielen Vorteile in punkto Energieverbrauch, Abwasserbehandlung, Badentschlammung und Entsorgung sowie dem geringeren Personalaufwand sorgen für hohe Prozesskosteneinsparungen. Und das, ohne jegliche Einbußen hinsichtlich der Qualität. Vielmehr sieht Klaus Rudo über die Kosteneinsparung hinaus noch eine weitere, wichtige Komponente im Arbeits-, Umwelt- und Gesundheitsschutz. Schließlich bietet der Wegfall der nickelhaltigen Zinkphosphatierung ein großes Plus an Sicherheit für die Mitarbeiter. Hinzu kommt eine überaus stabile und kaum anfällige Prozessführung.

Im neuen Presswerk des Mercedes-Benz Werks Gaggenau werden täglich über 1400 Ersatzbauteile wie Türen, Heckdeckel, Kotflügel oder Motorhauben aller Modelle von Mercedes-Benz gefertigt, vorbehandelt und lackiert. Quelle (drei Fotos): Chemetall

Mit dem „Oxsilan“-Verfahren ist es ausreichend, die Filterpresse einmal im Monat mit Wasser abzuspülen. Mit dem vorherigen Zinkphosphatierprozess wurde die Filteranlage wöchentlich gereinigt, wobei ein kompletter Austausch der Filtermatten vorgenommen werden musste.

INFO

Das „Oxsilan“-Verfahren hat sich mittlerweile in der Vorbehandlung von Automobilkomponenten bewährt und ist von der Frankfurter Chemetall GmbH entwickelt worden. Den Grundstoff bilden Silane, die sich in wässrigen Lösungen durch Hydrolyse und Kondensation zu Polysiloxanen verbinden. Im Beschichtungsprozess können die reaktiven Silanolgruppen sowohl zum Metall als auch zum Lack hin chemisch gebunden werden. Durch Wärmebehandlung, z.B. im Anschluss an eine kathodische Tauchlackierung (KTL) vernetzen die Polysiloxane weiter. Dadurch entstehen Schichten in der Größenordnung von 100 nm. Diese reichen bereits aus, um in Kombination mit vielen Lackaufbauten den gleichen Korrosionsschutz zu erzielen wie mit den rund zehn Mal stärkeren Zinkphopshatschichten. Das senkt den Materialeinsatz, verkürzt die Vorbehandlungszeiten und erhöht die Produktivität. Steigerungen zwischen 30 und 65% konnten in der Praxis verzeichnet werden.

Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, Werner Rentsch, Tel. +49 69 7165-2233, werner.rentsch@chemetall.com, www.chemetall.com