Case Study: MonacoPlate

Projekt

MonacoPlate: Real-time MONitoring and Automatic COntrol of Industrial ZnNi ElectroPLATing  for Supreme Quality, Process Efficiency and Reduction of Harmful Waste Water. Um die Digitalisierung der industriellen Galvanikprozesse voranzutreiben, zielte das Projekt auf die Entwicklung innovativer Techniken für die InSitu-Kontrolle von Prozessschritten der ZnNi-Galvanik einschließlich Entfettung, Beizen, Galvanisieren, Passivieren und das Abwassermanagement. Die Prozesskontrolle wurde für jeden Schritt separat entwickelt und basierte hauptsächlich auf elektrochemischen Signalen, die mit Sensoren gemessen werden. Die elektrochemischen Signale wurden mit Hilfe geeigneter Algorithmen ausgewertet, um den gesamten industri­ellen Produktionsprozess zu steuern. Die neuen Techniken wurden in Labors in Vietnam (ChemEng/HUST) und Deutschland (IFINKOR, IPS, DOK) entwickelt und in industriellen automatischen ZnNi-Galvanisierungsanlagen in Vietnam (PLATO Vietnam) und Deutschland (Hillebrand) angewandt, um die Produktqualität, Prozessflexibilität, Sicherheit und Nachhaltigkeit zu verbessern.

Ziel

Aktuell existieren Messsysteme zur Kontrolle von Galvanikbädern, die allerdings die Messungen nur exSitu durchführen können. Daher war das Ziel von MonacoPlate ein InSitu Messsystem zur Kontrolle von Galvanikbädern während des Abscheidungsprozesses zu entwickeln und zu bauen.
Das Ziel konnte durch Entwicklung einer Sensorik auf Basis von Potential-Transienten erreicht werden. Die in MonacoPlate entwickelte Sensorik ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde Bauteil als Elektrode in das jeweilige Prozessbad bei dessen üblichen Betriebsbedingungen getaucht und von Beginn an der zeitliche Verlauf des elektrochemischen Potentials der Bauteiloberfläche gegen eine Bezugselektrode gemessen wird. Der jeweilige Prozessschritt ist beendet, wenn die Steigung der Potential/Zeit-Kurve einen Wert nahe Null (dU/dt→0) annimmt und sich ein Potentialplateau einstellt. Die Zeit, in welcher das Kriterium (dU/dt→0) erreicht wird, kann zur Steuerung der Taktzeit des jeweiligen Prozessschrittes, zur Bewertung der Badwirksamkeit und im Falle der Prozessschritte Entfetten und Beizen zum Bewerten der Kontaminationsintensität (Fett, Rost) der zu behandelnden Bauteiloberflächen genutzt werden.

Realisierung

Verlässliche Messdaten können allerdings unter betrieblichen Bedingungen nur mit einer störungsresistenten elektrochemischen Messtechnik gewonnen werden. Hierzu entwickelte IPS Elektroniklabor GmbH & Co KG eine Multiparametermesseinheit mit Modulen für die Bestimmung von Potential, pH-Wert, Temperatur, elektro­chemischem Rauschen, potentiostatischen Stromdichte/Potentialkurven und einem Anzeige-Modul. Dabei wurde in innovativer Weise eine vollständige interne galvanische Trennung aller Module realisiert und damit die Stör­resistenz gegenüber betrieblichem Elektrosmog außerordentlich erhöht. Zusätzlich sind die Eingänge, wenn möglich, über hochohmige (Differenz-) Verstärker (10¹³ Ohm) geführt. Die ersten Module wurden entsprechend aufgebautundnach einigen Korrekturen funktionieren diese nun ge­meinsam in einem (Galvanik-) bad.

Zusammenfassung

Wir bezeichnen das fertig entwickelte Gerät als Mehrparameter-Messgerät.

Die während des Projektes erarbeiteten und gemessenen Methoden liefern eine zuverlässige Aussage über das Reinigungs-, Passivierung- und Beschichtungsverhalten.  Aufgrund dieser Messgrößen kann der Prozess fundiert beurteilt und die tatsächliche Prozesszeit deutlich verkürzt werden. Des Weiteren wurde ein deutlich geringerer Verbrauch von Ausgangsmaterialien festgestellt. Es wurde von den industriellen deutschen und vietnamesischen Partnern nachgewiesen, dass die Potential-Transienten-Methode in industriellen Prozesslinien eingesetzt werden kann. Somit steht erstmals eine sensorische Methode zur Verfügung, welche ein Echtzeit-Monitoring von Behandlungsschritten in galvanotechnischen Prozesslinien ermöglicht. Damit wurde eine grundlegende Voraussetzung zur Digitalisierung in der Galvanik geschaffen.

Das Projekt MonacoPlate ist Teil des FuE Projektes MONACO-PLATE, das von ZIM (Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand) des BMWK (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz) unter der Projekt-Nr. KK5275101KO1 gefördert und durch AiF (Forschungsnetzwerk Mittelstand) koordiniert wurde.