Silberbird-Podcast - Der Podcast Rund um technische Oberflächen und Galvanotechnik Oliver Brenscheidt

Frequenzumrichter, regenerative Energien, Steuerungen und viele andere bequeme und darum heute selbstverständliche Elemente im betrieblichen Stromnetz verschmutzen den Spannungsverlauf. Diese Einrichtungen erzeugen Oberwellen, die den normalen Sinusverlauf der Netzspannung zum Teil so stark verzerren können, dass es zu diffusen Störungen und Ausfällen kommen kann. Christoph Fleig von plating electronics diskutiert in dieser Ausgabe des silberbird-Podcast die Hintergründe des Phänomens, wie man es messen kann und welche Möglichkeiten der Vermeidung es gibt.

Wenn man sich so wie ich schon lange im der Galvanikbusiness herumtreibt, reift schnell die Erkenntnis, dass wir Neuerungen
nicht besonders aufgeschlossen gegenüber stehen. Sieht man sich
Wissenschaft und Forschung an, so wird schnell klar warum das so ist: im
Großen und Ganzen gilt unsere Branche seit den späten 60er Jahres des vergangenen Jahrhunderts als ausgeforscht. Warum sich dann noch mit Veränderung auseinandersetzten? Es geht doch. Und das schon über 60 Jahre lang.





Ich habe mich mit Lars Schmitt
über dieses Thema unterhalten. Er hat mehrfach versucht, die
Möglichkeiten der Digitalisierung auf die täglichen Problemstellungen
der Beschichtungsindustrie anzuwenden. Aber er ist an der
Unbeweglichkeit und dem Desinteresse der Branche gescheitert. Es wird
Zeit, dass wir endlich aufwachen. Darum ist dieses Gespräch ein Muss für aufgeweckte Beschichter!

Galvanotechnik funktioniert mit elektrischer Energie. Strom und
Spannung im galvanischen Bad laufen gerichtet. Es handelt sich um
eine sog. Gleichspannung, wie wir sie beispielsweise aus Batterien
kennen. Aus dem Stromnetz aber kommt eine Wechselspannung. Diese muss
also zunächst gerichtet werden, was über den sog. Gleichrichter
erfolgt.


Ein Gleichrichter
besteht zum einen aus einem Transformator, der die Spannung anpasst
und zum anderen aus Halbleiter-Bauelementen – z. B. Dioden –, die
für die Gleichrichtung der Spannung sorgen. Ein gutes Schaubild
findet ihr zum Beispiel unter
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0208071.htm


Dabei erzeugen
die Dioden allerdings noch keine echte Gleichspannung, sondern
zunächst nur eine gerichtete Spannung. Man spricht von einer sog.
Restwelligkeit, dem verbleibenden Wechselspannungsanteil, welcher der
Gleichspannung übergelagert ist und in Prozent ausgedrückt wird.


Steuerungstechnologien
Man unterscheidet
zwischen verschiedenen Technologien der Gleichrichtung.


H
istorisch
war es der sog. Leonard-Satz,
der mit einem Drehstrommotor und einem Gleichstromgenerator eine
Gleichspannung erzeugt hat. Die Regelung erfolgte dabei in Grenzen
über die Drehzahl des Motors. Die Spannung konnte weiter mit Hilfe
eines Transformators geregelt werden. Die Spannung musste daher
mithilfe von Heizwiderständen geregelt werden, was zu großen
Energieverlusten führte.


Mit Einzug der
Halbleiter-Bauelemente konnte man aus der Netz-Wechselspannung ohne
mechanische Unterstützung, aber mit oben beschriebener
Restwelligkeit Gleichspannung erzeugen. In einfachen Geräten
erfolgte die Steuerung mit Hilfe sog. Stelltrafos,
also einer mechanischen Verstellung, mittels derer die Spannung
verändert werden konnte.


E
ine
Weiterentwicklung im Bereich der Halbleiter-Technik stellte der
Thyristor
dar. Durch entsprechend getaktete Phasenanschnitte
lassen sich Gleichspannungen ohne weitere mechanische
Hilfseinrichtungen regeln. Thyristoren erzeugen im Betrieb allerdings
störende elektrische Oberwellen, die durch aufwändige
Glättung-Schaltungen (Kondensatoren) eliminiert werden müssen.


Waren die Dioden
zunächst aus Selen-Halbleitern
aufgebaut, wurde diese später durch Germanium- bzw. zuletzt Silizium
ersetzt.


Z
uletzt
kamen elektronische
Schaltnetzteile hinzu. Allgemein gesagt wandeln
Schaltnetzgeräte eine unstabilisierte Eingangsspannung in eine
konstante Ausgangsspannung um. Weiter sind diese Netzteile im
Vergleich zu den klassischen Gleichrichtern meist kleiner und
leichter.


Kühlung
Bei der
Umwandlung von Wechsel- in Gleichspannung fällt als Abfallprodukt
immer auch mehr oder weniger stark Wärme an, die aus dem Prozess
entfernt werden muss.


Klassisch erfolgt
dies durch Eintauchen der wärmeerzeugenden Einheiten in ein Ölbad.
Die vom Öl aufgenommene Wärme wird verteilt und durch ein
Kühlrippensystem an die Umgebungsluft a
bgegeben.
Weiterer Vorteil war, dass das Öl sämtliche eingetauchten
Einrichtungen sehr wirksam vor Korrosion geschützt hat. Ungünstig
ist, dass bei einer Wartung oder Reparatur zunächst der
Gleichrichtereinsatz aus dem Öl gezogen werden muss. Als Nachteil
muss wohl die Baugröße gewertet werden. Die einzige Möglichkeit
die Kühlleistung zu steigern besteht darin, die Kühlwanne zu
vergrößern. Es handelt sich um eine passive Kühlung, deren
Leistung nur durch eine Erhöhung der Masse des Kühlmediums Öl
gesteigert werden kann.


Die so gekühlten
Gleichrichter enthielten zur Steuerung prinzipiell
Stelltransformatoren.


Eine weitere
Möglichkeit, überschüssige Wärme zu entfernen, erfolgt über den
Austausch der Umgebungsluft. Dies erfolgt beispielsweise über
Lüftersysteme im Gehäuse des Geräts. Hierbei ist wichtig – und
dies ist unter den meisten Umständen in Galvaniken ein Problem –
dass die eingespeiste Umgebungs- bzw. Kühlluft nicht schädlich für
die elektronischen Komponenten des Geräts sein darf. Es dürfen
keine aggress...

Die Vakuumdestillation als Abwassertechnik in der Galvanik
Im zweiten Teil
meines Podcasts zu diesem Thema habe ich gemeinsam mit Thomas
Dotterweich und Markus Bardzinski von H2O über den konkreten Einsatz
dieser Technologie in der Galvanotechnik gesprochen. Was ist möglich?
Wo liegen die Grenzen?


Welche Abwässer sind geeignet?
Für Abwässer
aus dem galvanischen Beschichtungsprozess kommt die
Vakuum-Destillation insbesondere für die Entgiftung von Spülwässern
in Betracht.



Wichtig ist, dass
das zu behandelnde Abwasser keine festen Frachten, wie z. B. Schlämme
oder Sedimente mehr trägt. Diese würden während der Destillation
Energie aufnehmen und diese nachher wieder abgeben, ohne dass dies
einen positiven Effekt auf das Ergebnis hätte. Daher führen solche
Inhaltsstoffe zu einem erhöhten Energieeinsatz, was die Behandlung
unwirtschaftlich macht.


Auch Konzentrate
sind häufig nur sehr bedingt für diesen Behandlungstyp geeignet,
weil naturgemäß hier schon eine hohe Konzentration an
Inhaltsstoffen vorliegt. Die Vakuum-Destillation würde hier mit
hohem Energieeinsatz nur noch wenig zur weiteren Aufkonzentration
beitragen. Insofern ist die Konzentrat-Entgiftung eher mit anderen
Technologien wie z. B. den klassischen physikalisch-chemischen
Behandlungen geeignet.


Ein Problem
stellen solche Stoffe dar, die bei der Destillation Beläge in der
Maschine bilden würden. Zu nennen sind hier eher Lacke, Farben oder
Leime, die wir aber im Allgemeinen in unserer Branche nicht finden.


Wie werden die Abwässer vorbehandelt?
Wie schon oben
erwähnt, sollten Feststoffe vor dem Einbringen in die eigentliche
Destillation entfernt werden.



Aber auch der
pH-Wert des Abwassers spielt eine große Rolle. Weite Bestandteile
der Anlage sind aus Edelstahl gefertigt. Häufig sind die Abwässer
sauer, was über die Zeit diese Edelstahl-Komponenten angreift.
Sicherlich kann man hier noch höherwertigere Materialien einsetzen,
was aber die Kosten für die Maschine erhöht. Einfacher ist es hier,
den pH-Wert vor dem Einbringen in die Destillationskammer zu
neutralisieren oder in den schwach-alkalischen Bereich zu erhöhen.


Weiter sollten
Giftstoffe, die ggf. in das Destillat übergehen könnten, vorher
entgiftet werden. Zu nennen wären hier z. B. die Cyanide. Diese
stören zwar die eigentliche Destillation nicht. Könnten aber
anschließend Probleme bei der Wiederverwendbarkeit des Destillats
erzeugen.


Wie wird das entstandene Destillat zum
wiederverwendbaren VE-Wasser?
War das
eingesetzte Spülwasser wenig belastet und/oder hat die Vorbehandlung
gut gearbeitet, ist das Destillat häufig direkt als VE-Wasser in den
Spülen wiederverwendbar. Sollten sich noch Organika, Lösemittel
oder Ammoniak im Destillat gelöst haben, käme jedoch eine
Nachbehandlung in Betracht.


Man kann die
Wässer dann z. B. über Aktivkohlefilter oder über Ionenaustauscher
führen und erhält anschließend prozesssicheres Spülwasser, dass
direkt in der eigenen Galvanik eingesetzt werden kann.


Welche Vorteile hat die Vakuum-Destillation im
Vergleich zur physikalisch-chemischen Behandlung?
Darüber, dass
die Vakuum-Destillation sich selbst mit Strom als Rohstoff für die
Behandlung begnügt, hatten wir im ersten Teil schon einmal
gesprochen. In Verbindung mit einer Fotovoltaik-Anlage lässt sich so
eine ressourcenschonende Abwasseranlage realisieren.


Zunächst einmal
ist der Platzbedarf deutlich geringer. Die klassische Abwasseranlage
besteht aus einer Reihe von Vorrats- und Behandlungsbehältern, sowie
häufig aus einer Kammerfilter-Presse. Selbst eine größere
Vakuum-Destillation benötigt dabei kaum mehr als 20 m2.


Weiter lässt
sich ein Teil des Ergebnisses der Behandlung, nämlich das Destillat,
als Spülwasser im eigenen Prozess wiederverwenden. Für den Fall,
dass man wegen äußerer Zwänge abwasserfrei arbeiten muss, ergibt
sich hier eine optimale Möglichkeit.


Aber auch für
problematische Abwässer, z. B. solche mit einer ho...

Man kann sich die Technik der Vakuumdestillation zunutze machen und industrielle Abwässer auf diese Weise behandeln. Hierum geht es in dem vorliegenden Podcast. Oliver Brenscheidt spricht mit mit Markus Bardzinski und Thomas Dotterweich von der H2O GmbH.

Oliver Brenscheidt und Dominik West im Gespräch über Chemisch Nickel, Galvanik ohne Strom.