Der kleine Unterschied

Ursache für fehlerhaftes Galvanisieren von ABS-Formteilen ist oft das Substrat oder Handling, weniger der Beschichtungsprozess. Oberflächenfehler, wie sie bei galvanisierten Bauteilen leider allzu...

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Ursache für fehlerhaftes Galvanisieren von ABS-Formteilen ist oft das Substrat oder Handling, weniger der BeschichtungsprozessOberflächenfehler, wie sie bei galvanisierten Bauteilen leider allzu häufig auftreten, resultieren nicht immer aus der Qualität des abgeschiedenen Schichtsystems. Oft ist die Grund dafür im Substratmaterial zu finden. In der Kunststoffgalvanisierung sind die Anforderungen an die Werkstücke sehr hoch, weil vor dem Beschichten im Gegensatz zur Metallveredlung keine Nachbearbeitung wie Schleifen und Polieren erfolgt. Aus dem Erfahrungshorizont eines mittelständischen Familienunternehmens wie der Kunststoff-Galvanik Fischer GmbH, Taunusstein-Wingsbach, das mittlerweile auf eine dreißigjährige Geschichte zurückblickt und an drei Standorten mit mehr als 250 Mitarbeitern täglich ABS- und ABS/PC-Spritzgießteile mit insgesamt etwa 2500 m2 Oberfläche galvanisiert, sollen anhand einiger Anwendungen auf die typischsten Fehlerbilder aufmerksam gemacht werden. Die führenden Bedarfsträger galvanisierter ABS- und ABS/PC-Teile sind die Automobil- und die Sanitärindustrie. Sie wollen mit dekorativen und funktionellen Oberflächen dem stets wachsenden Kundenwunsch nach Ästhetik und höherer Produktwertigkeit gerecht werden. Bei Fischer werden deshalb in modernen Anlagen unter Berücksichtigung ökologischer Belange Spritzgießteile aus ABS-Polymerisaten mit dem klassischen Schichtaufbau Kupfer/Nickel/Chrom - in hochglän-zender oder mattierter Oberfläche - versehen. Das Know-how basiert dabei auf langjähriger Erfahrung, einer engen Kooperation mit den Verfahrenslieferanten und der immer intensiveren Zusammenarbeit mit Kunden und Endabnehmern in Form einer Integration im Gestaltungsprozess. Dies ist die erste wichtige Phase der Zusammenarbeit zur künftigen Fehlervermeidung. Während der Gestaltungs- und Konstruktionsphase wird nämlich die eigentliche Entscheidung über die anschließende Machbarkeit - das heißt über die Galvanisierbarkeit des Spritzgießteils - mit dem gewünschten Ergebnis getroffen. Im Pflichtenheft des Galvaniseurs stehen dann die für den Beschichtungsprozess notwendigen Voraussetzungen:- So muss bei den zu galvanisierenden Teilen eine Schöpfwirkung verhindert werden.- Metallische Einlegeteile sind zu vermeiden, weil sie im chemischen Vorbehandlungsprozess unter Umständen aufgrund der verwendeten Bäder ,,angelöst" werden können.- Die Kunststoffteile dürfen keine scharfen Kanten und Ecken haben, die aufgrund der in diesen Bereichen entstehenden Stromspitzen zu ,,Anbrennungen" oder ,,Aufbauten" führen (Bild 1).- Es müssen Hinterschnitte, Nuten und im Bauteil vertieft angeordnete Ebenen vermieden werden, in die der Elektrolyt nicht ausreichend ,,streuen" kann.- Unter Umständen sind Kontaktierungshilfen an den Spritzgießteilen aufzubringen.Hohe innere Spannungen führen zu FormteilverzugDiese Kontaktierungshilfen in Form von Laschen, Nuten oder Angussverteilern dienen dazu, dass man ein Formteil überhaupt erst aufnehmen kann. Sie sollen - bei Kontaktierung - den durch die Federkraft der Kontakte ausgeübten Druck nicht an das Werkstück weiterleiten, damit bei den vorherrschenden Prozesstemperaturen von bis zu 70 °C kein bleibender Teileverzug entsteht. Die Kontakte dürfen deshalb keinesfalls an Schraubdomen oder Rasthaken angelegt werden, um die Montagefähigkeit nicht zu beeinträchtigen. Um ein Entfernen der Kontaktierungshilfen nach dem Galvanisieren zu vermeiden, sollte man diese Hilfsmittel so weit wie möglich bei der Konstruktion der Montageeinheit berücksichtigen. Neben dem Aufwand für die mechanische Nachbearbeitung besteht immer die Gefahr, dass bei einer nachträglichen Korrektur die Teile noch beschädigt werden.Aber nicht nur angelegte Kontakte mit zu hoher Federkraft können beim Galvanisieren zum Formteilverzug führen. Bei Teilen mit einem zu hohen Spannungshaushalt relaxieren die im Formteil eingefrorenen Spannungen durch die thermische Beaufschlagung im Prozess - und es kommt ebenfalls zu einer Deformation.Prüfungen in Bezug auf Eigenspannungen können auf einfache Weise beim Anfahren der Spritzgießfertigung durch Eintauchen der Formteile in 98%ige Essigsäure durchgeführt werden. Dabei zeigen Bauteilbereiche mit zu hohen inneren Spannungen bereits nach kurzer Zeit eine deutliche Weißfärbung. Im Extremfall kommt es sogar zum Bruch. Hohe mechanische Spannungen im ABS- oder ABS/PC-Formteil beeinträchtigen darüber hinaus die Schichthaftung. In erster Linie beruht die Haftfestigkeit auf einer mechanischen Verankerung der Metallschicht in den Kavernen, die beim Beizprozess durch das Herauslösen der Butadienbestandteile gebildet werden. In Bauteilbereichen mit hohen Eigenspannungen oder hoher molekularer Orientierung vollzieht sich das Anbeizen langsamer, und es werden Kavernen mit unzureichenden Hinterschneidungen gebildet. Bei entsprechenden Anpassungen der Beizparameter würden die im spannungsarmen Bereich bereits gebildeten Hinterschneidungen wieder ,,entschärft". Ausfälle verzeichnet man daher nicht unbedingt erst nach der Temperaturwechselprüfung aufgrund entsprechender Blasenbildung und Schichtablösung. Teilweise findet in den kritischen Bauteilbereichen erst gar keine Metallabscheidung statt.Nach dem Galvanisieren sind Bindenähte sichtbarEin in der Spritzgießtechnik nicht wegzudenkendes Phänomen ist die Bindenaht. In den meisten Fällen besteht aufgrund der Forderung nach immer komplexeren Geometrien keine Möglichkeit, die Bindenaht in den nicht sichtbaren Bereich zu verlegen. Es ist deshalb die Aufgabe des Spritzgießers, die Ausprägung der Bindenaht so gering wie möglich zu halten, damit eine Einebnung mit Hilfe einer in den meisten Fällen nicht wesentlich über 25 µm dicken Kupferschicht erfolgen kann. Ist keine Einebnung der Bindenaht möglich, so wird sie nach dem Galvanisieren des Formteils aufgrund der höheren Lichtreflexion optisch verstärkt und ist deutlich sichtbar. Der Festigkeitsverlust im Bereich der Bindenaht, der durch die in der Chrom-Schwefelsäure-Beize verursachten leichten Versprödung des ABS-Teils noch verstärkt wird, kann gegebenenfalls schon nach der Temperaturwechselprüfung zur Spannungsrissbildung führen.Ein weiterer oftmalig auftretender Fehler sind Lufthaken und Lufteinschlüsse im Substrat. Verursacht durch scharfkantige Übergänge oder unzureichende Werkzeugentlüftung führen sie zur Blasenbildung in der Galvanikschicht.Fertigungskorrekturen haben oft positive WirkungViele der Fehlerbilder lassen sich durch Variation des Geschwindigkeits-, Druck- und Temperaturprofils beheben - aber auch durch Änderungen in der Anguss- und Anschnittdimensionierung. Man sollte versuchen, Angussverlegungen und sonstige aus Fehlerbildern resultierende notwendige spätere Werkzeugänderungen durch Anwendung der computergestützten Füllbildsimulation in der Konstruktionsphase zu vermeiden.Eine entscheidende Rolle spielt selbstverständlich auch der Formteilwerkstoff. Nur ,,jungfräuliches" Granulat, keinesfalls Regranulat darf für Formteile, die anschließend galvanisiert werden sollen, verarbeitet werden. So werden von führenden Herstellern spezielle Galvano-ABS-Typen angeboten. Welcher ABS-Kunststoff sich am besten eignet, hängt in der Regel von den äußeren Bedingungen, wie Teilegeometrie, Werkzeug und Anguss-System, ab. Auffällig sind bei den eingesetzten Rohstoffen deutliche Unterschiede in der Fließfähigkeit sowie in der Größe und Gestalt der in feinstdispergierter Form vorhandenen Butadienpartikel. Repräsentative Bemusterungen sind auf jeden Fall vor einem Serienstart zu empfehlen.Die Materialtrocknung muss an dieser Stelle noch als eine absolut notwendige Voraussetzung für ein positives Bearbeitungsergebnis genannt werden. Ein maximaler Restfeuchtegehalt, der unter 0,03 % liegen muss, ist in der Regel nur mit einem Trockenlufttrockner zu erreichen. Die Trocknung sollte bei etwa 80 °C und einer Verweilzeit von 3 h durchgeführt werden.Häufigste Ursachen für Oberflächendefekte in der Praxis sind mechanische Beschädigungen, die sich auf unsachgemäßes Teilehandling oder auf Kratzer und Scheuerstellen beim Transport zurückführen lassen. Die Spritzlinge sind wesentlich kratzempfindlicher als die galvanisierten Formteile. Sie dürfen bis auf wenige Ausnahmen bei Produkten mit sehr niedrigen Qualitätsanforderungen keinesfalls aus dem Werkzeug ausgeworfen werden. Eine Greiferentnahme ist hier wichtige Voraussetzung. Kann man die Teile nicht direkt in entsprechende Mehrwegverpackungen legen, muss eine Abkühlstrecke über ein langsam laufendes Förderband bis zum manuellen Einpacken gewählt werden. Ohne geeignete Verpackungen ist entlang der gesamten Prozesskette ein oft nicht bezahlbarer Aufwand für das Teilehandling durchzuführen. Darüber hinaus wird der Ausschussanteil aufgrund mechanischer Beschädigungen durch das Teilehandling erhöht.Herausgegebene Richtlinien sind sorgfältig einzuhaltenGrundsätzlich ist zu sagen, dass die Fertigung der Spritzgießteile unter sensibler Einhaltung der dafür von vielen Institutionen herausgegebenen Richtlinien zu erfolgen hat. Die Veredlungsbetriebe stehen bei Fragen auch gerne mit ihrer Fachkompetenz zur Verfügung. Nützliche Ratschläge erteilt auch das in diese Thematik sehr involvierte Kunststoff-Institut Lüdenscheid. Die von diesem Institut herausgegebene Broschüre ,,Störungsratgeber für Formteilfehler an thermoplastischen Spritzgussteilen" ist sicherlich jedem Spritzgießer zu empfehlen.