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Chrom 2020: 4. Fachtung zur Zukunft galvanisierter Kunststoffe im Automobilbau

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Chrom 2020: 4. Fachtagung des FGK begann mit Erfolgsmeldung aus Helsinki

Die Zukunft galvanisierter Kunststoffe im Automobilbau wird absehbarer:
ECHA empfiehlt einen Zulassungszeitraum von zwölf Jahren für Chromtrioxid.

Die mit 140 Teilnehmern restlos ausverkaufte vierte Chrom-2020-Fachtagung des Fachverbandes Galvanisierte Kunststoffe (FGK) begann am 21. März 2017 mit der Nachricht, dass die Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) dem FGK-Antrag auf Autorisierung bestimmter Verwendungen von sechswertigem Chrom (CrO3) gefolgt ist und der EU-Kommission einen Zulassungszeitraum von zwölf Jahren empfiehlt.


„Diese Empfehlung der ECHA bedeutet, dass wir in Helsinki eine überzeugende Arbeit geleistet haben“, betonte Bernd Jülicher, Vorsitzender des FGK und Moderator der diesjährigen Chrom 2020, als er den Teilnehmern die jüngste Nachricht von der (ECHA) überbrachte. Zwar bedeute die ECHA-Empfehlung noch keine endgültige Zulassung im Rahmen der REACH-Verordnung, doch normalerweise folge die EU-Kommission dieser Empfehlung, erklärte er gegenüber den zahlreich anwesenden Vertretern von Verfahrens­lieferanten, Beschichtern, Automobilzulieferern sowie Repräsentanten wichtiger Automobilhersteller. „Das gibt uns genug Zeit, Alternativen für den Einsatz von Chrom(VI) zu entwickeln“, denn nun muss spätestens 2027 ein neuer Antrag gestellt werden, für Verfahren, die auch bis dahin noch nicht ohne Chrom(VI) umgesetzt werden können.


Abbildung 1 Bernd Jülicher Vorstandsvorsitzender des FGK bei der Einleitung

 


Hochaktuelle Vorträge zum Stand der Verwendung von Chromoxiden in der Kunststoffgalvanik

Die Referenten des vierten Fachtages gaben Einblicke in die Inhalte und Umsetzungsbedingungen der Autorisierungsanträge sowie in den derzeitigen Stand der chrom(VI)-freien Verchromung und Vorbehandlung. Erläutert wurden außerdem die Erfahrungen aus den mittlerweile seit vier Jahren laufenden Feld- und Labortests des FKG mit Chrom(III)-Elektrolyten, sowie die Erfahrungen mit ähnlichen Feldversuchen des US-amerikanischen Fachverbandes USCAR. Mit einem Entwurf des FGK für eine Spezifikation von Verchromung mit Chrom(III) endeten die Vorträge, die jeweils zu Fragen und Diskussionen einluden.

Vor dem Hintergrund der aktuellen ECHA-Empfehlungen informierten Dr. Carsten Brockmann, Geschäftsführer von Kunststofftechnik Bernt und Jörg Püttbach, geschäftsführender Eigentümer von BIA Kunststoff- und Galvanotechnik über den Stand der Autorisierungsanträge. Der Empfehlung vorausgegangen war ein spezifischer Antrag des FGK, der auf die besonderen Anforderungen bei der Galvanisierung von Kunststoffen vor allem auch für die Automobilindustrie abstellte. Dieser wurde notwendig, nachdem sich abzeichnete, dass der Upstreamantrag des CTAC Konsortiums, der vor 2 Jahren gestartet wurde, nur einen kurzen Autorisierungszeitraum erhält.

Das Datum, das allen Vertretern der Lieferkette rund um die Galvanisierung von Kunststoffteilen mittlerweile mehr als geläufig sein dürfte, ist der 21. September 2017, der als „Sunset Date“ für Chromtrioxid gilt. Im Rahmen der REACH-Verordnung wurde das als gefährlicher Stoff (Substance of very high concern, SVHC) eingestufte Chrom (VI) im April 2013 in den Anhang XIV der Verordnung aufgenommen, mit der Konsequenz, dass es ab dem Sunset Date nur noch mit Zulassung eingesetzt werden kann.


Abbildung 2 Dr. Carsten Brockmann zur Autorisierung

Dr. Brockmann (Kunststofftechnik Bernt) gab in seinem Vortrag einen Überblick über den Stand der unterschiedlichen Anträge auf eine befristete Autorisierung des sechswertigen Chroms, die seitdem von mehreren betroffenen Unternehmen, repräsentiert durch Interessenvertretungen, gestellt wurden. Die Komplexität dieser mehrjährigen Verfahren wurde bei seiner Darlegung der einzelnen Autorisierungsschritte sowie deren Dauer deutlich. Allein die Übersetzung der aufgrund der angestrebten Rechtssicherheit auf Deutsch über den Oberflächendienstleister Hapoc gestellten Anträge der VECCO, einem Verein von betroffenen Chromtrioxid-Nutzern, habe ein halbes Jahr in Anspruch genommen, so Brockmann.

Sollte trotz der ECHA-Empfehlung bis zum Sunset Date keine Entscheidung der EU-Kommission vorliegen, dürfe der Stoff gemäß der beantragten Verwendung weiter eingesetzt werden, wobei „die Abnehmer die in den Anträgen genannten Expositionsbedingungen einhalten müssen“. Parallel zu den Genehmigungsverfahren werde die Festlegung von Grenzwerten für Chrom (VI) erwogen. In dem Fall werde es anstelle der Autorisierung, verpflichtende Grenzwerte für diesen Stoff geben, erklärte Brockmann.

Branche denkt über die zwölfjährige Zulassungspflicht hinaus

„Was machen wir in diesen zwölf Jahren? Legen wir uns wieder hin?“ fragte Jörg Püttbach (BIA), der in seinem Vortrag die Inhalte und die daraus resultierenden Herausforderungen des FGK-Antrages erläuterte. Die Antwort lieferte er sogleich mit: „Wohl kaum, denn die meisten Kunststoffbeschichter sind familiengeführte Unternehmen, und wir denken schon deshalb über diesen Zeitraum hinaus“.


Abbildung 3 Jörg Püttbach

Schon allein die Komplexität des Genehmigungsverfahrens mit einer Dauer von bisher bereits zwei Jahren macht deutlich, dass bis zum Folgeantrag spätestens 2027 über bis dahin zu erzielende Fortschritte beim Ersatz von Chrom (IV) weiter intensiv gearbeitet werden müsse. Zwar gebe es bei der chrom(VI)-freien Beschichtung große Fortschritte, „bei der chrom(VI)-freien Beize sind wir aber noch am Anfang“ und auch die besonders bei deutschen Automobilherstellern im Interieurbereich gefragten mattverchromten Oberflächen stellen die Entwickler noch vor Herausforderungen. Stichworte dazu sind etwa die Reaktion der matten Oberflächen auf Handschweiß oder Sonnencreme.

Bei der Umstellung auf die favorisierte Verchromung mit Chrom(III) müssen einerseits noch offene Fragen bezüglich der Spezifikationen, insbesondere in Bezug auf abweichende Farbigkeit, gemeinsam mit den Verfahrenslieferanten und Abnehmern festgelegt werden, andererseits müsse die Umstellung der Verfahren gemanagt werden: angefangen vom Neu- oder Umbau der Anlagen bis hin zur zeitlichen Koordinierung des Wechsels und der Frage der Bereitstellungsdauer von Ersatzteilen und eines zeitweisen Mischverbaus von Chrom(VI)- und Chrom(III)-Bauteilen. „Das wird je nach Baureihe dauern“, stellte er fest. Püttbach schlug zur Koordinierung des Wechsels eine enge Kooperation mit den OEM, beispielsweise in Form einer VDA-Projektgruppe vor.

Wie auch die übrigen Referenten rief Püttbach Verfahrenslieferanten und Abnehmer vom Zulieferer bis zum Automobilhersteller dazu auf, „die weitere Forschung und Entwicklung ebenso wie die Koordinierung der Umstellung in enger Zusammenarbeit zu entwickeln, damit Kunststoffbeschichter hochqualitative Oberflächen zu marktfähigen Preisen anbieten können.“

Chrom(IV)-Ersatz mit höherem technischen und finanziellen Aufwand bereits möglich

Bereits vor zehn bzw. sieben Jahren begannen BIA in Solingen und die Boltawerke in Diepersdorf den Ersatz von Chrom(VI)- durch Chrom(III)-Elektrolyte zu erproben und umzusetzen. Einen Überblick über ihre Erfahrungen gaben Dr. Natalie Hammer (Bolta) und Dr. Markus Dahlhaus (BIA) in einem gemeinsamen Vortrag.

„Wir haben 2007 den Ersatz von Chrom(VI) durch Chrom(III) aus Gründen des Umweltschutzes zum Unternehmensziel erhoben“, berichtete Dahlhaus. Die ersten Chrom(III)-Oberflächen hätten allerdings bei den Kunden keinen Anklang gefunden, und eine chromarme Beize sei nicht prozesssicher durchführbar gewesen. Seit 2014 hält BIA in Nitra (Slowakei) und Bejing (China) Anlagen für Chrom(III)-Verfahren vor und hat seit 2015 die Serienproduktionen für die französische PSA sowie für Ford und Toyota aufgenommen. „In Solingen könnte die Anlage wieder in Betrieb genommen werden“, erklärte Dahlhaus mit Blick auf eine zukünftige Umstellung der Verchromung auf Chrom(III).

Auch die Boltawerke bereiten sich seit 2010 intensiv auf den Einsatz von dreiwertigem Chrom vor und produzieren seit 2015 Exterieurbauteile unter Serienbedingungen für Daimler und Audi. Dazu hat das Diepersdorfer Unternehmen bereits 2010 in seinem Anlagenlayout Platzhalter für das abweichende Galvanisierungsverfahren mit Chrom(III)-Elektrolyten installiert. „Unsere Anlagen sind je nach eingesetztem Verfahren von Chrom(VI) auf Chrom(III) umschaltbar“, erläuterte Natalia Hammer.

Bezogen auf die Auswahl der Chrom(III)-Verfahren liegen ebenfalls mittlerweile bei den beiden Spezialisten für Kunststoffgalvanik spezifische Erfahrungen vor. Beide Unternehmen entschieden sich für sulfatische Chrom(III)-Elektrolyte. Kriterien für die Auswahl war zum einen die farbliche Nähe zu Chrom (VI), die Beständigkeit bei unterschiedlichen Testverfahren wie CASS, NSS. Lediglich beim „Russian-Mud-Tests“, das die Belastung beim Einsatz von Auftausalzen und Straßenschmutz evaluiert, zeigten die übereinstimmenden Testergebnissen bei chloridischen Chromoxiden bessere Ergebnisse.

Mehr Aufträge können Umstellung auf Chrom(III) beschleunigen

Als Fazit aus der Praxisanwendung von dreiwertigen Elektrolyten in der Verchromung stellten die beiden Referenten fest, dass ein zukunftsfähiger Chrom(VI)-Ersatz gefunden ist „aber nur mit höherem technischen und finanziellen Aufwand betrieben werden kann.“ Stichworte dazu sind: höhere Chemikalien-, Personal-, Energie- und Investitionskosten, wie auch mehr und teurer zu entsorgende Abwässer. Allerdings konnten die Kosten aktuell im Vergleich zu Ende 2015 in einigen Bereichen dank gewachsener Erfahrung und durch vorhandene Serienproduktionen bereits deutlich gesenkt werden.

Der Appell an die Abnehmer verchromter Kunststoffbauteile lautete daher: „Wir brauchen mehr Aufträge und mehr Praxis, um Erfahrungen für die Optimierung der Prozesse zu sammeln und durch eine höhere Auslastung die Kosten zu reduzieren“. Darüber hinaus, auch darin waren sich die Referenten einig, müssten die Spezifikation für mit Chrom (III) verchromte Bauteile angepasst werden.

„Wir sind im Vergleich zu Ende 2015 schon viel, viel weiter, aber noch nicht weit genug“ fasste Jülicher die Entwicklung der vergangenen Jahre in Bezug auf die Verchromung von Kunststoffteilen mit Chrom(III)-Elektrolyten zusammen. „Unser Ziel ist, in sieben Jahren im Bereich der Verchromung mit Chrom(III) einen serienreifen Status zu haben, der preislich und technisch darstellbar ist“.

Vorbehandlung derzeit nicht ohne Chromschwefelsäure

Im Bereich der Konditionierung „sind wir noch auf Chromschwefelsäurebeize angewiesen“, räumte indes Dr. Felix Heinzler, Leiter der Prozesstechnik bei BIA in seinem Vortrag zum Stand der chromfreien Kunststoffvorbehandlung ein. Allerdings sind dafür die Voraussetzungen auch ungleich schwieriger, wie der Vortrag verdeutlichte. „Die REACH-Verordnung ist richtig“ betonte er und unterstrich: „20 Prozent der betroffenen Unternehmen sind in der Arbeitsgruppe des FGK für die Entwicklung chromfreier Vorbehandlungsverfahren beteiligt, weitere 20 Prozent der in der Arbeitsgruppe organisierten Firmen führen eigene Entwicklungen durch“, so Heinzler. In seinem Vortrag gab er einen Einblick in den aktuellen Entwicklungsstand bei der Vorbehandlung von zu verchromenden Kunststoffteilen. Die Herausforderung für die Forschungsansätze besteht unter anderem darin, dass das Ausgangsmaterial – die im Spritzgussverfahren mitunter aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellten Bauteile – bei der Vorbehandlung einen deutlich höheren Einfluss auf die Ergebnisse der Vorbehandlung haben, wie etwa bei der abschließenden Verchromung.

Deshalb seien erheblich mehr Prozessschritte beispielsweise für die anfänglichen Quellprozesse aber auch für Spülungen oder die Vermeidung der Metallisierung der eingesetzten Gestelle notwendig. Bislang erscheint den Entwicklern der Einsatz von höherwertigen Manganverbindungen, wie Kaliumpermanganat als Oxidationsmittel am erfolgversprechendsten. Aber auch hier gilt es noch, ähnlich wie beim Einsatz von dreiwertigen Chromelektrolyten in der Verchromung, unerwünschte chemische Reaktionen in den Griff zu bekommen.


Abbildung 4 Dr. Felix Heinzler

Ausreichendes Prozessfenster für die Weiterentwicklung vielversprechender Ansätze nötig

Als Fazit hielt Heinzler fest: „Die aktuellen Ansätze für die chromfreie Vorbehandlung sind vielversprechend“, wobei die Alternativverfahren deutlich komplexer seien als die aktuellen Prozesse. Zu berücksichtigen bleibe auch die Bewertung der Umweltverträglichkeit im Abwasser sowie die Arbeitssicherheit der alternativen Inhaltsstoffe. Voraussetzung für die Entwicklung von Alternativprozessen sei ein ausreichend großes Prozessfenster für die Substitution von Chrom(VI). Auch er rief die anwesenden Vertreter der Lieferkette dazu auf, „die Autorisierungszeit effektiv zu nutzen“ und schloss dabei die Kunststoffhersteller ausdrücklich ein.

„Bis zur serienreifen industriellen chromfreien Vorbehandlung dauert es noch mindestens acht Jahre“, so die von ihm selbst als optimistisch bezeichnete Schätzung von Bernd Jülicher, der bei seiner Berechnung die Erfahrung aus der Entwicklungsdauer für die chrom(VI)-freie Verchromung zugrunde legte.

Die Vorträge am Nachmittag beschäftigten sich mit den seit einigen Jahren laufenden Labortests sowie Feldversuchen mit Chrom(III)-behandelten Musterplatten, die an Fahrzeugen angebracht, unter realen Bedingungen getestet wurden. Dabei hätten die Chemielieferanten die Umsetzung der Feldtests unterstützt, erklärte Püttbach in seiner Einführung zu diesem Thema. Ihnen sprach er dazu seinen ausdrücklichen Dank aus und wiederholte seinen Apell auch für eine künftige enge Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Ersatzverfahren. Seit November 2013 wurden mehrere Durchläufe an KFZ sowie einer LKW-Flotte mit eigens entwickelten Musterplatten durchgeführt. Auf diesen waren mit unterschiedlichen Alternativverfahren und zum Vergleich mit Chrom(VI) beschichtete Bauteile angebracht worden. Die Auswirkung der Feldtests inklusiver Winterfeldtest konnten die Tagungsteilnehmer anhand ausgestellter Musterplatten vor Ort begutachten.

Jüngste Labor- und Feldtests zeigten deutliche Verbesserung bei den Alternativverfahren

Dr. Harald Prestel (Wafa Germany GmbH) Leiter Felderprobung von Chromoberflächen im FGK e. V. erläuterte die Zielsetzung, die einbezogenen Verfahren und Ergebnisse in den Labor- (z. B. CASS, NSS) und Feldtests detailliert. „Betrachtet man die Entwicklung der vergangenen Jahre, so sind bei den Chrom(III)-Verfahren bezüglich Korrosions–beständigkeit deutliche Fortschritte erkennbar. Etwas problematisch seien nach wie vor Farbton und Farbkonstanz. Allerdings seien auch hier im Lauf der letzten Jahre Fortschritte erzielt worden“, erklärte Prestel.


Abbildung 5 Besucher bei der Begutachtung der Musterplatten aus dem Feldtest

Insgesamt besser schnitten sulfatische Beschichtungsverfahren mit Chrom(III) ab, insbesondere in Bezug auf die Farbe, die im Übrigen bei Chrom(VI) überhaupt nicht beeinflussbar sei, nun aber zum Kriterium der Bewertung werde. Besser scheinen sich chloridische Verfahren lediglich bei so genannten Russian-Mud-Tests zu bewerten, bei dem die Auswirkung einer Kombination aus Auftausalzen und Schmutz bewertet werde.

Das Phänomen der zunächst in Russland beobachteten Chromkorrosion, die unter anderem auch in Nordamerika zu einem Ausbleichen der verchromten Außenbauteile führt, war auch ein wichtiger Aspekt bei den von der USCAR durchgeführten Feldtests. Charles Moceri vom USCAR (United States Council for Automotive Research) stützte sich dabei auf die vom FGK entwickelten Feldtests und setzte bei Winterfeldtest in den klimatisch unterschiedlichen Bundesstaaten Michigan und Colorado deren Musterplatten ein. Auch der USCAR zielt auf die Identifikation eines optimalen Verfahrens mit dreiwertigem Chrom und betreibt entsprechende Forschungen. Zwar gebe es in den USA keine der REACH vergleichbare Verordnung, aber, so erklärte Moceri auf eine Frage aus dem Publikum, auf dem koreanischen Markt gebe es bereits strenge Vorschriften und auch in China sei eine schnelle Reaktion bezüglich eines Verbotes von Chrom(VI) zu erwarten. Deshalb, so unterstütze Püttbach den Gastredner aus den USA, sei es wichtig, die begonnene Entwicklung fortzusetzen.


Abbildung 6 Charles Moceri und Dr. Markus Dahlhaus in der Disskusion

Spezifikation für Alternativverfahren unerlässlich

Die von allen Rednern betonte Bedeutung einer engen Kooperation der betroffenen Vertreter der Lieferkette für die Entwicklung prozesssicherer und wirtschaftlicher Alternativverfahren unterstrich Dr. Markus Häp, technischer Leiter der Galvaniken bei der Heinze Gruppe. Er stellte einen Entwurf des FGK für die „Erzeugung von Chrom-Oberflächen auf Thermoplasten durch Vernickeln und Verchromen aus Cr(III)-Elektrolyten“ vor. Damit sei kein Alleingang des FGK gemeint, sondern eine Grundlage für die Entwicklung einer einzigen Spezifikation, bestenfalls durch eine Projektgruppe mit Chemielieferanten und OEM, die sich zunächst auf „einen kleinsten gemeinsamen Nenner“ verständigt.

Als Vorbild nannte er den VDA-Band 16 zur Beurteilung und Bewertung für dekorative Oberflächen im Fahrzeug. Als zu spezifizierende Kriterien nannte Häp beispielsweise die Beurteilung von farblichen Abweichungen mit einer gewissen Toleranz. „Wir brauchen festgelegte Bereiche von akzeptablen Farbwerten mit Chrom (VI) als Referenz“, betonte er; zunächst für glänzende aber später auch für die aufwändiger anzupassenden matten Chromoberflächen. Festlegungen bedürfe es auch bezüglich des Umgangs mit Mischverbauungen für die Dauer einer Übergangsphase. Vor dem Hintergrund der bisherigen Entwicklung und der nun zwölfjährigen Zulassungsphase sowie der in der Autoindustrie üblichen Siebenjahres-Zyklen, „lohnt sich der Einsatz von Chrom(III) auch langsam“, erklärte Häp: „In vier Jahren können wir etwas haben und wenn wir in vier Jahren keine Alternative haben, wissen wir aber, wie lange wir noch brauchen“, betonte er.

Die hochaktuellen und detaillierten Informationen aus den Vorträgen der ausgewiesenen Experten aus der Praxis der Chrom Beschichtungen und Vorbehandlung ließen beim hochkonzentrierten Fachpublikum wenige Fragen aufkommen. Intensiv wurden jedoch die Pausen zum Austausch mit den Referenten und internationalen Tagungsteilnehmern genutzt. „Die nächste Chrom 2020 wird voraussichtlich im Spätherbst 2018 stattfinden. Bis dahin wissen wir, ob wir eine neue Zwölf-Jahres-Periode für Chrom(VI) brauchen, kündigte Jülicher an und schloss damit die erfolgreiche 4. FGK-Fachtagung in Hofheim bei Frankfurt.


Abbildung 7 Das gut gefüllte Auditorium






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