Methodik zur Produktionsgestaltung einer vollflächigen und endmaßnahen galvanischen Beschichtung von tribokorrosiv belasteten rotationssymmetrischen Bauteilen

Abstract

Bei hochkorrosiven Umgebungen wie Meerwasser und besonderen Anforderungen wie dem Verzicht von Dichtungen genügen bekannte konventionelle Schichten und auch deren Herstellungsverfahren nicht den Anforderungen. Neue galvanische Schichten stellen eine potenzielle Lösung dar. Neben dem Schichtsystem ist auch die Anlagentechnik für die Schichtabscheidung von signifikanter Bedeutung. Die Beschichtung muss sowohl endmaßnah als auch fehlstellenfrei, d. h. ohne die bei elektrochemischen Verfahren notwendigen Kontaktpunkte, erzeugt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Forschungsfragen untersucht: Können geometrisch anspruchsvoll geformte rotationssymmetrische Bauteile vollflächig, d. h. ohne Kontaktstellen, und endmaßnah galvanisch beschichtet werden? Wie kann eine Methodik für die Entwicklung einer geeigneten Anlagen- und Vorrichtungstechnik für die galvanische Beschichtung von hochbelasteten, rotationssymmetrischen Bauteilen gestaltet sein? Es wurde eine für die Galvanotechnik angepasste generische Methodik für die Entwicklung von Anlagen mit besonderen Anforderungen erstellt. Diese wurde für die konkrete Problemstellung instanziiert. Für die beiden Hauptanforderungen der kontaktstellenfreien und endmaßnahen Beschichtung wurden zwei Detailmethodiken für die konkrete Bearbeitung entwickelt. Hierbei ist die Zusammenführung der interdisziplinären Aufgabenstellungen aus Maschinenbau, (Elektro-) Chemie und Physik entscheidend. Anhand der vorliegenden Anforderungen wurde die instanziierte Methodik für ein Fallbeispiel zur Beschichtung von Wälzlagerringen durchgeführt. Die identifizierten Lösungen wurden in einer Prototypanlage mit einer neuartigen Vorrichtung umgesetzt. Anhand dieses umgesetzten Prototyps wurde die Anforderungserfüllung experimentell durch die Beschichtung von Wälzlagerringen überprüft.

In environments with extreme corrosive conditions (e. g. seawater) and for high requirements like ball bearings without sealing, known coatings and corresponding manufacturing technologies do not comply with the requirements. New electroplated coatings may provide a solution. Aside from suitable coating systems, corresponding manufacturing technologies are needed to fulfil the specifications of precisely machined parts. The thickness of the coating has to match the final dimensions and surface defects are not permitted, i. e. weak spots like those of contact points (which are necessary to transmit the electric current for electroplating) must be avoided. Two scientific problems were considered in this thesis: Is it possible to electroplate geometrically challenging parts without contact points or other weaknesses, as well as applying the coating to the final dimension? How can a methodology for the development of a suitable plating device for the electroplating of rotationally symmetric, highly stressed parts be designed? An overall methodology for the development of plants and devices with special requirements hast been proposed. For both of the main technological requirements, i. e. plating to the final dimension without contact points or weaknesses, special methodical approaches have been developed. The interdisciplinary combination of requirements of engineering, (electro-) chemistry and physics is key for those new approaches. The developed overall methodology was adapted according to the requirements at hand and carried out using the electroplating of ball bearings as an example. Solutions for the specifications were created and a prototype device was built. Using a pilot plant containing the designed device, experimental research was conducted to verify the achievement of the requirements.