Ein Bauteil ist fertig CAD-konstruiert, gefräst und geprüft.

Dann kommt die Oberfläche.

Und plötzlich treten Probleme auf:

Die Schicht ist an den Kanten zu dick.
In Vertiefungen wird die geforderte Schichtdicke nicht erreicht.
Flüssigkeit bleibt in Sacklöchern stehen.
Kontaktstellen sind auf Sichtflächen sichtbar.
Gewinde passen nach der Beschichtung nicht mehr.
Oder eine eigentlich kleine konstruktive Besonderheit macht die Beschichtung unnötig aufwendig.

Dann beginnt häufig die Fehlersuche in der Galvanik.

Dabei wurde die Ursache möglicherweise bereits Wochen oder Monate vorher festgelegt:

in der Konstruktion des Bauteils.

Genau darum geht es bei galvanogerechter Bauteilkonstruktion.

Was bedeutet galvanogerechte Bauteilkonstruktion?

Galvanogerechte Konstruktion bedeutet, Bauteile bereits während der Entwicklung so auszulegen, dass sie anschließend prozesssicher, wirtschaftlich und mit reproduzierbarer Qualität beschichtet werden können.

Das betrifft unter anderem:

• Bauteilgeometrie
• Kanten und Radien
• Bohrungen und Sacklöcher
• Hohlräume
• Kontaktierungsmöglichkeiten
• Schichtdicken
• Passungen und Toleranzen
• Werkstoffwahl
• Schweißkonstruktionen
• Möglichkeiten zum Spülen und Ablaufen

Der Zentralverband Oberflächentechnik weist ebenfalls darauf hin, dass die Beschichtbarkeit bereits von Bauteilzustand und Konstruktion beeinflusst wird, beispielsweise durch Fugen, Überlappungen, Verunreinigungen, Poren oder ungeeignete Schweißnähte.

Das bedeutet:

Die Qualität einer galvanischen Oberfläche beginnt nicht in der Galvanik. Sie beginnt am CAD-Arbeitsplatz.

Warum beeinflusst die Geometrie die galvanische Beschichtung?

Bei galvanischen Verfahren wird Metall elektrochemisch auf einem Bauteil abgeschieden.

Dabei verteilt sich der Strom nicht automatisch überall gleichmäßig.

Erhebungen, Außenkanten und Bereiche mit günstiger Exposition können stärker beaufschlagt werden als Vertiefungen oder abgeschirmte Bereiche. Dadurch kann die lokale Schichtdicke eines Bauteils deutlich variieren.

Für einen Konstrukteur bedeutet das:

Eine geometrisch perfekte Konstruktion ist nicht automatisch eine beschichtungsgerechte Konstruktion.

1. Scharfe Kanten können zu erhöhtem Schichtaufbau führen

Eine klassische Herausforderung sind scharfe Außenkanten.

Hier kann die lokale Stromdichte höher sein.

Die Folge:

Während auf einer Fläche beispielsweise die gewünschte Schichtdicke erreicht wird, kann sich an einer exponierten Kante erheblich mehr Material abscheiden.

Das kann zu Problemen führen bei:

• Maßhaltigkeit
• Passungen
• Nachbearbeitung
• Oberflächenqualität
• mechanischer Beanspruchung

Wo konstruktiv möglich, können geeignete Radien deshalb einen galvanischen Prozess erheblich erleichtern.

2. Vertiefungen bekommen häufig weniger Schicht

Das Gegenstück zur Außenkante ist die Vertiefung.

Tiefe Nuten, Bohrungen, Innenkonturen oder stark abgeschirmte Bereiche können elektrochemisch ungünstiger erreichbar sein.

Dadurch kann genau dort weniger Schicht entstehen, wo der Konstrukteur auf der Zeichnung eine einheitliche Schichtdicke fordert.

Die Forderung

„30 µm auf allen Flächen“

kann deshalb bei einem komplexen Bauteil eine völlig andere technische Herausforderung darstellen als bei einer einfachen Platte.

3. Sacklöcher können zum Prozessproblem werden

Ein Sackloch sieht konstruktiv zunächst harmlos aus.

In einer galvanischen Prozessfolge durchläuft das Bauteil jedoch möglicherweise mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten:

• Reinigung.
• Spülen.
• Beizen.
• Aktivieren.
• Beschichten.
• Nachbehandeln.
• Wieder spülen.

Kann Flüssigkeit nicht vollständig aus einem Bauteil ablaufen, können Prozesslösungen verschleppt werden.

Deshalb sollte bereits bei der Konstruktion darüber nachgedacht werden:

Wo läuft die Flüssigkeit hin?

Eine kleine konstruktive Änderung kann später einen erheblichen Unterschied machen.

4. Kontaktstellen müssen irgendwo hin

Ein Punkt wird bei der Konstruktion besonders häufig vergessen:

Galvanische Bauteile müssen elektrisch kontaktiert werden.

Der Strom muss vom Gleichrichter über Gestell beziehungsweise Kontaktierung in das Werkstück gelangen.

Dafür braucht der Galvaniker eine geeignete Stelle.

Ist keine vorgesehen, muss er selbst entscheiden, wo kontaktiert wird.

Das kann anschließend zu einer sichtbaren Kontaktstelle genau dort führen, wo der Kunde sie nicht haben möchte.

Deshalb sollte bereits die Zeichnung beantworten:

Wo darf kontaktiert werden?

5. Schichtdicke verändert Maße

Eine galvanische Schicht besitzt eine reale Dicke.

Das klingt selbstverständlich.

In der Konstruktion wird es trotzdem regelmäßig unterschätzt.

Wenn Flächen beschichtet werden, verändern sich entsprechend Maße.

Das spielt insbesondere eine Rolle bei:

• Passungen
• Bohrungen
• Wellen
• Führungen
• Gewinden
• Dichtflächen
• Lagersitzen

Beschichtung und mechanische Tolerierung dürfen deshalb nicht unabhängig voneinander betrachtet werden.

6. Nicht jede Fläche muss dieselbe Schichtdicke haben

Eine weitere wichtige Frage lautet:

Wo benötigt das Bauteil seine funktionale Oberfläche tatsächlich?

Manchmal wird eine Schichtdicke pauschal über das gesamte Bauteil gefordert, obwohl nur bestimmte Funktionsflächen verschleiß- oder korrosionsbeansprucht sind.

Das kann den galvanischen Aufwand unnötig erhöhen.

Eine klare Definition funktionaler Bereiche kann sowohl Prozesssicherheit als auch Wirtschaftlichkeit verbessern.

7. Hohlräume und Überlappungen früh erkennen

Konstruktionen mit:

• Doppelungen
• Spalten
• Falzen
• Überlappungen
• Hohlräumen
• nicht durchgeschweißten Bereichen

können für nasschemische Prozesse problematisch werden.

Prozesschemikalien können eindringen und später wieder austreten oder Folgeprozesse beeinflussen.

Auch deshalb sollte bei geschweißten oder mehrteiligen Konstruktionen bereits vor Fertigungsfreigabe über die spätere Oberflächenbehandlung gesprochen werden. Entsprechende konstruktive Anforderungen finden sich auch in den Empfehlungen des ZVO.

Der teuerste Galvanikfehler entsteht möglicherweise im CAD

Das Entscheidende daran:

Viele dieser Probleme lassen sich während der Konstruktion noch sehr einfach verändern.

Ein Radius kostet im CAD möglicherweise Sekunden.

Eine zusätzliche Ablaufbohrung ist frühzeitig unkompliziert.

Eine definierte Kontaktstelle kann bereits in der Zeichnung berücksichtigt werden.

Ist das Bauteil dagegen bereits:

• konstruiert,
• freigegeben,
• Material bestellt,
• gefräst,
• montiert
• und beim Beschichter,

wird dieselbe Änderung plötzlich teuer.

Konstrukteur und Galvaniker müssen früher miteinander sprechen

Genau darin sehe ich einen der größten Hebel.

Oberflächentechnik wird in vielen Projekten noch immer relativ spät eingebunden.

Dabei müssen Konstrukteure nicht selbst zu Galvanotechnikern werden.

Sie sollten aber die wichtigsten Wechselwirkungen zwischen Bauteilgeometrie und Schichtbildung kennen. Fachunterlagen zum galvanisiergerechten Konstruieren betonen genau diesen frühen Austausch zwischen Konstruktion, Fertigungsplanung und Oberflächentechnik.

Denn zehn Minuten Abstimmung vor der Fertigungsfreigabe können Stunden der Fehlersuche nach der Beschichtung vermeiden.

Galvanogerechte Konstruktion spart nicht nur Ausschuss

Die Vorteile reichen weiter.

Eine galvanogerechte Konstruktion kann helfen:

• Ausschuss zu reduzieren
• Nacharbeit zu vermeiden
• Beschichtungskosten zu senken
• Schichtdicken besser zu beherrschen
• Gestelltechnik zu vereinfachen
• Durchlaufzeiten zu verkürzen
• Reklamationen zu reduzieren
• reproduzierbarere Ergebnisse zu erzielen

Damit wird galvanogerechte Bauteilkonstruktion nicht nur zu einem Qualitätsthema.

Sie wird zu einem wirtschaftlichen Thema.

Seminar: Galvanogerechte Bauteilkonstruktion

Genau deshalb vermittle ich dieses Wissen gezielt an:

• Konstrukteure
• Entwicklungsingenieure
• Fertigungsplaner
• Qualitätsverantwortliche
• technische Einkäufer
• Projektleiter

Dabei geht es nicht darum, aus Konstrukteuren Galvaniker zu machen.

Es geht darum, genau das Wissen zu vermitteln, das sie für ihre tägliche Arbeit benötigen:

Wie muss ich ein Bauteil konstruieren, damit es später zuverlässig beschichtet werden kann?

Anhand praktischer Bauteile und typischer Fehlerbilder werden die Zusammenhänge zwischen Konstruktion und galvanischem Prozess verständlich.

Denn die wirtschaftlichste Reklamation ist diejenige, die überhaupt nicht entsteht.

Sie möchten Ihre Konstrukteure für galvanogerechte Bauteilkonstruktion qualifizieren?

Ich biete Schulungen und Inhouse-Seminare zur galvanogerechten Bauteilkonstruktion an – praxisnah und direkt auf die Anforderungen von Konstruktion und Fertigung zugeschnitten.

Gerne kann die Schulung auch anhand eigener Bauteile und realer Fragestellungen aus Ihrem Unternehmen aufgebaut werden.