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Statistische Prozesslenkung und CpK in der Galvanotechnik

Warum SPC in der Galvanikwelt nicht funktioniert

Gerne werden statistische Methoden wie z. B. der CpK-Wert auch auf die Galvanotechnik übertragen. Die elektrochemische Abscheidung von Metallen ist strukturell kein linearer Prozess. Was bedeutet das? Ich würde den Unterschied gerne an einem Beispiel darstellen:

Stanzen, Biegen, Spritzen vs. Galvanotechnik

Bei Produktionsprozessen, wie Stanzen, Biegen oder Spritzen ändert sich der Zustand des Systems mit jedem Hub oder Schuss ein wenig. Oder vereinfacht gesagt: der des Werkzeugs. Diese Änderungen laufen im Allgemeinen gerichtet. Wenn man ein bestimmtes Maß betrachtet, entwickelt sich dieses langsam und meist kontrolliert in eine bestimmte Richtung.

Man kann also über statistische Methoden gute Voraussagen über die Entwicklung dieses Maßes machen. Je größer die Datenlage ist, also je mehr Erfahrung der Verwender hat, desto genauer werden diese Voraussagen sein. Darum sind die Methoden der statistischen Prozesslenkung geeignet und finden vielfältige Anwendung.

Chargenübergreifende Einzel- vs. Serienfertigung.

Aus dem Blickwinkel dieser linearen Welt werden nun die bestens bekannten und gut funktionierenden Werkzeuge auf die nahen Stufen der Lieferkette übertragen. Genau genommen ist diese Vorgehensweise aber nicht erlaubt. Denn wenn ich das Werkzeug aus obigem Beispiel ins Regal zurücklege, um es nach einer gewissen Zeit wieder in die Maschine einzusetzen, dann ist der Zustand dieses Werkzeugs theoretisch derselbe.

Warum ist die Galvanotechnik anders?

Im Fall der elektrochemischen Beschichtung ist dieses Werkzeug die Galvaniklinie. Diese ist aber eben kein feststehendes Arbeitsmittel, sondern ein System, das sich ständig verändert und einer enormen Vielzahl von Parametern unterliegt. Listet man alle Einflussfaktoren einer solchen Maschine auf, so findet man viele Hunderte verschiedener Werte, die einen Einfluss auf das Ergebnis haben können.

Ich denke, es ist leicht nachvollziehbar, dass nach einer gewissen Zeit alle diese Parameter nicht im gleichen Zustand sind, den sie bei der letzten Produktion hatten. Zumal das „Werkzeug“ zwischenzeitlich für die Fertigung von ganz anderen Produkten eingesetzt wurde. Insofern muss man für im Falle der Galvanotechnik von der Vorstellung der Serienfertigung abweichen. Dieser Prozess gleicht eher den Anforderungen und der Struktur einer Einzelfertigung.

Der Prozessfähigkeitsindex CpK hat in der Galvanotechnik nichts zu suchen

Darum ist es auch so problematisch mit statistischen Methoden, wie z. B. dem Prozessfähigkeitsindex CpK zu arbeiten. Insbesondere hier kommt aber ein weiterer Umstand zum Tragen.

Der CpK-Wert ist definiert als Quotient aus „Mittelwert minus Spezifikationsuntergrenze“ bzw. „Spezifikationsobergrenze minus Mittelwert“ (je nach dem, was kleiner ist) und der dreifachen Standardabweichung. Ziel dieses Wertes ist eine Aussage über die Lage einer Messwertschar innerhalb der Spezifikationsgrenzen. Hieraus wird eine Prozessfähigkeit abgeleitet.

Basis für die Gültigkeit dieser Ableitung ist das Ziel, einen Wert bestmöglich zwischen zwei Grenzen zu halten. Dies ist beispielsweise in der klassischen Serienfertigung (Stanzen, Fräsen, Bohren, Spritzen, Ziehen, etc. pp.) durchaus ein sinnvoller Ansatz. In der elektrolytischen Beschichtung arbeiten wir aber auf Basis anderer Grundannahmen. Zum einen definiert keine offizielle Norm eine maximale Beschichtungsstärke. Dies ist auf Basis der technischen Funktion einer Schicht auch völlig unnötig.

CpK funktioniert in der Galvanotechnik nicht

Postulieren wir einmal, dass diese Haltung technisch richtig ist: Durch den Wegfall einer oberen Grenze machen wir die Ermittlung eines Cp-Wertes per Definition unmöglich und berauben den CpK-Wert um eine wichtige Komponente. Das stellt die Aussagekraft dieses Wertes infrage .

Setzen wir trotzdem für weitere Überlegungen voraus, dass sowohl eine obere als auch eine untere Schichtdicke spezifiziert wurde. Es liegt nicht im Bestreben des Galvaniseurs, sich in der Mitte dieses Bereiches zu bewegen. Speziell im Falle der Edelmetalle werden diese immer versuchen, die Auflage so nahe an das geforderte Minimum zu bringen, wie möglich.

Dies folgt nicht allein aus kaufmännischen Beweggründen. Es ist auch dem sog. „Hundeknochen“-Effekt (hier geht es zu unserem Podcast zum Thema Hundeknocheneffekt) geschuldet: Wenn in der Bandmitte das Minimum angelegt wird, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ohne aufwendige Blendentechnik am Rand noch unterhalb des Maximums gearbeitet werden kann. Durch dieses bewusste Herausgleiten aus der Spezifikationsmitte verschlechtert sich jedoch der CpK-Wert deutlich.

Eine Frage der Messpunkte

Weiterhin spricht dieser „Hundeknochen“-Effekt schon gegen diese Form der Betrachtung. Wir finden in der Bandmitte andere Werte als an den Kanten. Macht man nun eine Auswertung über die gesamte Fläche, dann gerät der CpK-Wert weit außerhalb der aktuell mindestens geforderten 1,67 („Null Fehler“) oder sogar 2,00 („Six Sigma“).

Zuletzt ist noch anzumerken, dass die Messwerte hier beide Seiten einer Medaille spiegeln. Galvaniseure messen (hier geht es zum ersten Teil unserer 4-teilen Podcastreihe zum Thema Röntgenfluoreszenzanalyse) allseitig, haben aber bei der industriellen Fertigung nicht zwingend 100 %ig gleiche Bedingungen auf allen Flächen. Die Abscheidebedingungen sind zwischen zwei Aufträgen nicht homogen und linear wie wir es aus dem Bereich der Stanztechnik kennen.

Als Abschluss möchte ich Sie gerne gedanklich auf zwei weitere Kritikpunkte aufmerksam machen: Die Messung der Oberflächendicke hat einen systematischen Fehler von knapp 20 % (unabhängig ob X-Ray oder Coulometer). Diese Tatsache mit den jeweiligen Toleranzgrenzen verrechnet, verbessert die Prozessfähigkeit der Galvanik deutlich … aber nur theoretisch. Völlig außer Acht lässt die Betrachtung übrigens weiterhin Doppelschichten wir Cu-Sn und Ni-Sn.

Fazit

So verlockend der Einsatz der Statistik auch ist. Dein Einsatz des CpK-Werts und andere Methoden ergeben für die Galvanotechnik wenig Sinn. Jeder Galvaniseur ist gezwungen seine Ergebnisse nachzumessen. Und dies wird er aus gutem Grund auch schon zu Beginn seiner Arbeit tun. Obwohl er seinen Prozess im Griff hat.

Wenn Sie gezwungen sind, diese Methoden dennoch auf Ihren Oberflächen anzuwenden, empfehlen wir ausdrücklich, die Rahmenparameter für die Ermittlung vorher genauestens festzulegen. Und auch dann besitzen diese nur für einen dezidierten Messpunkt Gültigkeit.

Einen Podcast zu diesem Thema finden Sie hier.