Korrosionsschutz bei Steuer- und Ventilblöcken

Eine Zink-Nickel-Beschichtung hat für Hydrauliksteuerblöcke, Ventilblöcke und Patronen viele Vorteile. Allerdings weist der Beschichtungsprozess auch einige Tücken auf, gerade bei engen Fertigungstoleranzen. Um diese zu umgehen, braucht es die richtigen Prozesse.

Hydraulische Systeme werden immer komplexer, die Arbeitsdrücke sind höher und die Anzahl der zu steuernden Aktoren nimmt zu. Damit steigt auch die Anzahl der Steuerblöcke und der modularen oder nicht modularen Ventilblöcke mit integrierten Funktionen. Die Einsatzbedingungen dieser Steuerblöcke und Ventilblöcke sind extrem fordernd. Je nach Branche müssen die Komponenten anderen Einflüssen widerstehen, zum Beispiel

• landwirtschaftlicher Sektor: tierische und künstliche Düngemittel, Herbizide, Pestizide
• mobiler Sektor: Streusalz
• Offshore: Salzwasser und salzhaltige Luft
• Öl und Gas: Salzwasser, hohe Umgebungstemperaturen
• Industrie: Reinigungsmittel, hohe Umgebungstemperaturen.

Eine Möglichkeit, Steuerblöcke zu schützen, ist die Beschichtung mit Nasslack, oft als Mehrschichtsystem. Allerdings ist diese Option oft teuer und bietet in der Praxis nicht den erhofften Schutz: Vor allem bei der Demontage während Wartungsarbeiten oder Revisionen ist es schwierig, das Hydrauliksystem ohne Verunreinigungen, zum Beispiel durch Lackpartikel, zu demontieren und zu montieren. Da Korrosionsschutz bei Hydrauliksystemen auch eine Frage der Betriebssicherheit ist, hat sich in vielen Bereichen die Beschichtung mit Zink-Nickel durchgesetzt.

Ein Unternehmen, das sich seit rund zehn Jahren mit der Behandlung von Hydraulikverteilern und Lenkschiebern beschäftigt und inzwischen vollständig auf diesen Bereich spezialisiert hat, ist Galvano Hengelo. Heute behandelt das Unternehmen Steuerblöcke, Ventilblöcke, Einschraubteile (zum Beispiel Patronen und Stopfen), Zylinderrohre und Stangenführungen (Kopfmuttern).

Die Behandlung von Steuerblöcken und Ventilblöcken gegen Korrosion ist nicht neu. Während in der Vergangenheit hauptsächlich Zink und chemisches Nickel verwendet wurden, beobachtet die Firma jetzt zunehmend eine Verlagerung hin zu Zink-Nickel. Ein logischer Schritt, sagt Ivo Willemsen, der seit Dezember 2017 Generaldirektor im Unternehmen ist. „Die Schichtdicken, die Sie bei Zink oder Nickel benötigen, um einen ernsthaften Schutz gegen Rotrost (also mehr als 250 Stunden im neutralen Salzsprühtest) zu erhalten, betragen bald 30 Mikrometer oder mehr.“ Dadurch entsteht ein unerwünschter Nebeneffekt: Auch in passgenauen Anschlussbohrungen wird eine Schicht aufgebaut, was dazu führt, dass die noch zu montierenden Hydraulikkomponenten nicht mehr passen oder nicht mehr richtig funktionieren. Häufig werden diese Verbindungsstellen nach der Oberflächenbehandlung daher nachbearbeitet. Das verursacht unnötige Kosten, die Gefahr der Kontamination des Produktes steigt und ein Teil der Schicht geht wieder verloren, was zum Verlust des gewünschten Korrosionsschutzes führt.

Dagegen bietet eine Zink-Nickel-Schicht von fünf bis 15 Mikrometer unter NSS-Testbedingungen einen Schutz gegen Rotrost von mindestens 1000 Stunden. Es handelt sich dabei um eine galvanisch auf dem Metallprodukt aufgebaute Legierungsschicht mit einem Anteil von zwölf bis 16 Prozent Nickel und Zink. Diese galvanische Schicht ist Cr6-frei und eignet sich gut als Haftschicht für eine mögliche (kosmetische) Lackschicht.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Dicke des Schichtaufbaus in den Anschlussbohrungen durch richtige Prozesseinstellungen und Produkthandhabung so beeinflusst werden kann, dass der Schichtaufbau in der Innenbohrung sehr schnell abnimmt bis auf null Mikrometer. Dadurch ist es möglich, Gewindeverbindungen und Bohrungen mit Armaturen ohne Korrekturmaßnahmen innerhalb der Toleranzen zu halten.

Eine große Herausforderung ist bei diesem Schritt der Schutz der unbehandelten Oberflächen der Sammelleitungen. Ivo Willemsen erklärt: „Alle internen Kanäle in einem Verteiler werden keine Zink-Nickel-Abscheidung haben, weil sie nicht direkt im Spannungsfeld zwischen Anode und Kathode liegen. Während des Prozesses werden sie jedoch den verschiedenen Behandlungsflüssigkeiten ausgesetzt, was bei einer Standardprozessbehandlung direkt zu Rotrost (Flugrost) führt.“ Durch umfangreiche Tests ist es dem Unternehmen gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Hydraulikkomponenten sauber und einwandfrei, das heißt ohne Korrosion und Verunreinigung der Innenbohrungen und Kanäle, aus dem Behandlungsprozess herauskommen.

Nach dem Durchlaufen des galvanischen Prozesses findet an jedem Block eine Inspektion statt. Wo immer noch Prozessflüssigkeiten vorhanden sind, werden diese, soweit möglich, entfernt. Darüber hinaus wird jeder Block auf Sauberkeit und mögliche Unregelmäßigkeiten überprüft. Da auch kleine Partikel zu Problemen im Hydrauliksystem führen können, schenkt das Unternehmen diesem Thema große Aufmerksamkeit. Zu diesem Zweck werden alle Prozessbäder kontinuierlich mit einem Zehn-Mikrometer-Filter gereinigt.

Nach dieser Prüfung wird jedes Loch präventiv mit einem Korrosionsschutzmittel versehen, die Schichtdicke der Teile in der betreffenden Charge gemessen und der Block so verpackt, dass er sauber und trocken ist.

Um den oben genannten Prozess weiter zu verbessern und auch um die immer komplexer werdenden Steuerblöcke behandeln zu können, hat das Unternehmen derzeit damit begonnen, die Steuerblöcke während des Galvanisierungsprozesses zu drehen. Dadurch verbessert sich die Verteilung der Schichtdicke, und es werden auch Sacklöcher gespült, in denen bei einer Standardbehandlung keine Flüssigkeit zirkuliert.

Eine weitere Neuentwicklung ist die Behandlung von Komponenten (zum Beispiel Patronen und Stopfen), die in die Verteiler eingeschraubt werden. Denn es ist zwar schön, dass der Verteiler einen Schutz von mehr als 1000 Stunden NSS hat, aber Rost macht vor den benachbarten Komponenten nicht Halt. Bisher setzen die Anwender hier oft verzinkte Standardteile mit einem viel geringeren Schutzgrad ein oder Edelstahlteile, die wesentlich teurer sind.

Bei der Behandlung der Bauteile sind oft sehr genaue Toleranzen einzuhalten, schon Schichten von etwa fünf Mikrometer können zu dick sein. Das Galvanisierungsunternehmen hat zu diesem Zweck eine Methode entwickelt, bei der die Teile während des Galvanisierungsprozesses nur teilweise behandelt werden: Die Teile, die später außen liegen, erhalten eine Zink-Nickel-Beschichtung. Die Innenteile, die oft nur geringe Fertigungstoleranzen haben, werden nicht behandelt. Da diese während des Einsatzes des Blocks im Öl sind, spielt der Korrosionsdruck hier keine Rolle.

Das Unternehmen hat außerdem auch mit der Behandlung von Stangenführungen beziehungsweise Zylinderkopfmuttern für Hydraulikzylinder begonnen. Während die Beschichtung von Zylinderrohren Routine ist, bereiteten die Stangenführungen einiges an Kopfzerbrechen. Die Herausforderung bestand nicht so sehr darin, die Außenseite der Stangenführung zu behandeln, sondern die Innenseite. Häufig tritt eine korrosive Flüssigkeit (zum Beispiel Seewasser) in die Stangenführung ein und kann Rost zwischen und in den Nuten des Abstreifers und der Dichtungen verursachen. Durch Verfahrenseinstellungen und Drehen der Stangenführungen während der Behandlung ist das Unternehmen nun auch in der Lage, eine Zink-Nickel-Schicht in den Nuten zu erhalten, die einen Korrosionsschutz von mindestens 500 Stunden NSS bietet. Auch hier liegt die aufgetragene Schichtdicke bei wenigen Mikrometern, wodurch sich kritische Maße und Toleranzen nur unwesentlich verändern.