Eloxieren von Aluminium-Kleinteilen in grossen Stückzahlen

Durch das galvanische Eloxal-Verfahren kann die Dicke der Aluminiumoxidschicht etwa um den Faktor 1000 verstärkt werden. Zudem lässt sie sich in zahlreichen lebhaften Farbtönen vom natürlichen Silberton des unbehandelten Aluminiums bis zu tiefschwarz einfärben. Dieses oft auch als «Anodisieren» bezeichnete Verfahren zum Oberflächenschutz ist weit verbreitet und schützt die Bauteile sehr dauerhaft vor Umwelteinflüssen.

 

Mithilfe des Trommelanodisierens in lebhaften Farben eloxierte Speichennippel für Fahrräder. (Bild: Klaus Vollrath)

Trommelanodisieren als Alternative

«Bei den üblichen Eloxierverfahren müssen die Bauteile einzeln auf elektrisch leitende Gestelle gesteckt beziehungsweise gehängt werden», erläutert Cedric Stalder, Vorarbeiter Trommelanodisieren bei der Stalder Finish AG in Engelburg. Dies bedingt einen vergleichsweise hohen Personalaufwand und entsprechende Kosten. Auf das Kilo Material bezogen liegen diese zudem umso höher, je kleiner die Bauteile sind, weil der Personalaufwand pro Stück und nicht pro Gewicht anfällt. Dazu kommen Investitionskosten für die Gestelle, da diese in der Regel auf die jeweils zu behandelnden Bauteile hin ausgelegt werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist der vergleichsweise schlechte Nutzungsgrad der teuren Eloxalanlagen, da die Verwendung der Gestelle die Packungsdichte erheblich begrenzt. Dies limitiert den möglichen Durchsatz pro Quadratmeter Standfläche. Mehr Durchsatz würde entsprechend höhere Aufwendungen für umbauten Raum sowie bezüglich der Beschaffungskosten für grössere Anlagen erfordern. Letztlich führt dies dazu, dass es je nach Teileart Untergrenzen für die Bauteilgrösse gibt, ab denen die Wirtschaftlichkeit einer Eloxalbehandlung nicht mehr gegeben ist.

 

Cedric Stalder: «Das Trommelanodisieren ermöglicht uns die preisgünstige Eloxalbehandlung von Kleinteilen als Schüttgut in grossen Stückzahlen.» (Bild: Klaus Vollrath)

«Für dieses Marktsegment bieten wir jetzt mit dem Trommelanodisieren eine hoch interessante Alternative an, welche die Eloxalbehandlung von Kleinteilen als Schüttgut ermöglicht», ergänzt Cedric Stalder. Im Unterschied zum sonst üblichen Prozedere sind die Teile dafür nicht zu vereinzeln und auf Gestelle zu stecken, sondern können direkt als Schüttgut in trommelförmige Behältnisse gegeben und darin dann behandelt werden. Dadurch ist es möglich, grosse Stückzahlen in kurzer Zeit zu beschichten. Das Verfahren eignet sich daher ganz besonders für kleinformatige Massenteile in grösseren Stückzahlen bis hin zu Grösstmengen zum Beispiel aus den Bereichen Verschraubungen, Nieten oder Befestigungsmaterial.

 

Bei den üblichen galvanischen Beschichtungsverfahren müssen die Teile von Hand einzeln auf spezielle Kontaktiergestelle gehängt oder gesteckt werden. (Bild: Klaus Vollrath)

Bezüglich der Bauteilform sind gewisse Beschränkungen zu beachten. Während sich runde, zylindrische oder geometrisch komplexer geformte Bauteile in der Regel gut verarbeiten lassen, kann es bei flachen Teilen wie zum Beispiel Blechstanzteilen oder sonstigen Komponenten mit grösseren ebenen Flächen zu Problemen kommen, weil der Schichtaufbau an solchen Stellen, wo die Teile flächig aufeinanderliegen, gestört wird.

 

Beim Tommelanodisieren werden die Teile direkt als Schüttgut behandelt. (Bild: Klaus Vollrath)

Weiterentwicklung des Verfahrens

«Die Grundlage des bei uns eingesetzten Verfahrens haben wir von einer Unternehmung übernommen, die daran kein Interesse mehr hatte», verrät Cedric Stalder. Sie hatte das Verfahren ursprünglich vorrangig für die Behandlung eigener Produkte entwickelt. Nach einem Besitzerwechsel verlor man vor einigen Jahren das Interesse an einer weiteren Fortführung und suchte einen qualifizierten Interessenten, der bereit war, die Technologie sowie den vorhandenen Kundenstamm zu übernehmen. Nach intensiver Beschäftigung mit den Grundlagen habe man sich bei Stalder entschlossen, in das Verfahren einschliesslich des erforderlichen Know-hows zu investieren. Mit der Produktion begann man im Januar 2015. Seither habe man das Verfahren dank der im Hause vorhandenen Qualifikation zum Beispiel bezüglich der optimalen Analyse und Führung der Bäder weiterentwickelt. Zugleich wurden die Kundenbeziehungen durch Verbesserungen im Bereich Qualitätssicherung, Termintreue und Kommunikation grundlegend verbessert. So habe man den bisherigen Kundenstamm nicht nur halten, sondern mittlerweile bereits merklich ausweiten können. Die Kunden sitzen überall in Europa.

 

Diese neue Anlage wurde Anfang 2015 in Betrieb genommen. (Bild: Maxsolution)

Alle Eloxalfarben darstellbar

«Mit unserem Verfahren können wir die gesamte Palette der für das Eloxieren marktüblichen Farben darstellen», freut sich Cedric Stalder. Besonders gefragt sind nach seiner Erfahrung die Farben silber beziehungsweise farblos sowie schwarz. Darüber hinaus steht natürlich auch die gesamte Palette des Spektrums von leuchtendem rot, blau, gelb oder grün usw. bis hin zu Sonderfarbtönen zur Verfügung.

Die Behandlung erfolgt beim Trommelanodisieren vom Prinzip her wie beim klassischen Eloxieren, nur eben ohne Vereinzelung. Die in passenden Behältern angelieferten Bauteile werden zunächst gereinigt und poliert, bevor sie im Trommelanodisierprozess ihre Eloxalschicht erhalten. Danach werden sie in einem separaten Bad mit der gewünschten Färbung versehen. Die Verdichtung beziehungsweise Versiegelung der Eloxalschicht erfolgt in üblicher Weise mit heissem Wasser. Den Abschluss bildet – falls vom Kunden gewünscht – eine Beschichtung mit Wachs, welches der Oberfläche nicht nur einen ansprechenden Glanz verleiht, sondern auch die Gleiteigenschaften für nachfolgende Verarbeitungsprozesse verbessert.

Der gesamte Prozessdurchlauf erfolgt sehr schnell: Zwischen Empfang und Versand der Teile vergehen meistens nur zwischen einem und drei Tagen. Die Grösse der Fertigungslose bewegt sich in der Regel zwischen einigen 1000 und einigen 10000 Stück je Auftrag. Von manchen Komponenten laufen im Jahr zweistellige Millionenstückzahlen durch.

 

Eine Auswahl von Bauteilen, die sich gut für das Trommelanodisieren eignen. (Bild: Klaus Vollrath)

Qualitätssicherung

«Bei der Weiterentwicklung des Verfahrens haben wir auch die Qualitätssicherung auf in neues Niveau gehoben», verrät Cedric Stalder. Die Hauptursache für Ausschuss sind kleinere Defekte der Eloxalschicht an den Berührungspunkten der Teile, weil sich dort die Schicht nicht so sauber ausbildet wie in den übrigen Bereichen. Aus diesem Grund eignet sich der Prozess – wie bereits erwähnt – auch nur bedingt für flächige Bauteile. Da es solche Berührungspunkte bei Schüttgut grundsätzlich immer gibt, wird mit dem jeweiligen Kunden vorher abgeklärt, wieweit beziehungsweise in welchen Bereichen des Teils solche Fehlstellen tolerierbar sind. Aus der entsprechenden Diskussion ergibt sich auch, wie die gegebenenfalls gewünschte Qualitätsprüfung durchzuführen ist und welche Ausschusskriterien gelten.

 

Die Qualitätskontrolle kann entweder manuell oder mithilfe automatisierter Systeme zur lagerichtigen Zuführung und kameragestützter Bildanalyse erfolgen. (Bild: MaxSolution)

Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Prozesssicherheit aus. In vielen Fällen wie zum Beispiel bei Schrauben oder Hohlnieten spielen die meistens kleinen «Stippen» sowieso nur dann eine Rolle, wenn sie in Bereichen sind, die sich nach dem Einbau noch im Sichtbereich befinden. Die Qualitätskontrolle kann entweder manuell anhand von Musterteilen oder automatisiert mithilfe von Systemen zur gerichteten Zuführung und Kameras erfolgen. Je nach Teilegeometrie und Vorgaben liegen die Ausschussquoten erfahrungsgemäss zwischen 0,5 und 20%. Bei höheren Prozentsätzen lassen sich Reparaturdurchläufe vereinbaren, wofür die aufgebrachte Eloxalschicht zunächst abgebeizt wird. Anschliessend durchlaufen die Teile erneut den Beschichtungsprozess. Da diese Sequenz je nach Vereinbarung auch mehrfach durchgeführt werden kann, lassen sich so die Rest-Ausschussquoten erheblich reduzieren.

 

Trommelanodisieren bei der Stalder Finish AG Beim Trommelanodisieren erfolgt die Beschichtung durch anodische Oxidation im Gleichstrom-Schwefelsäureverfahren. Die dabei entstehende Aluminiumoxidschicht von einer maximalen Dicke von 15 µm zeichnet sich durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit und die Vielfalt der erzielbaren Farbtöne aus. Standardfarben sind rot, blau, schwarz, grün, giftgrün, gelb, orange, violett, gold, grau, pink, bronze und türkis sowie farblos. Auf Anfrage sind auch alle Clariant-(Omya-)Farbstoffe möglich. Die Mindestmenge liegt bei etwa 5 dm3. Verarbeitbar sind alle eloxierfähigen Aluminiumlegierungen; Aluminiumgussteile eignen sich allerdings nicht. Auch sollten die Teile möglichst keine Sacklöcher aufweisen. Bezüglich der Eignung angefragter Teile sind Aussagen in der Regel erst nach einer Bemusterung möglich. Die Verarbeitung der Teile als Schüttgut ermöglicht hohe Durchsätze mit entsprechend kurzen Durchlaufzeiten sowie günstigen Kosten. Dadurch lassen sich auch Kleinteile verarbeiten, für die das Eloxalverfahren bisher aus Kostengründen gar nicht infrage kam. Bezüglich der Werkstückgeometrien eignen sich vor allem runde beziehungsweise zylindrische Teile mit Durchmessern von 2 bis 8 mm und Längen von 2 bis 35 mm. Aufgrund der gegenseitigen Berührung der Teile ist eine gewisse Fehlstellenquote nicht zu vermeiden, vor allem bei grösseren geraden Flächen. Auf Wunsch werden die Teile in Handarbeit optisch geprüft. Bei sehr grossen Mengen ist der Einsatz geeigneter automatischer Systeme möglich. Ebenso kann die Schichtstärke mittels Wirbelstrommessung mit dem «Isoscope FMP30» der Helmut Fischer GmbH gemessen werden.

Stalder AG

Breitschachenstrasse 53

9032 Engelburg

Tel. 071 278 16 16

Fax 071 278 16 19

info@stalderag.ch

www.stalderag.ch