Episoder
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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.
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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!
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Galvanotechnik funktioniert mit elektrischer Energie. Strom undSpannung im galvanischen Bad laufen gerichtet. Es handelt sich umeine sog. Gleichspannung, wie wir sie beispielsweise aus Batterienkennen. Aus dem Stromnetz aber kommt eine Wechselspannung. Diese mussalso zunächst gerichtet werden, was über den sog. Gleichrichtererfolgt.
Ein Gleichrichterbesteht zum einen aus einem Transformator, der die Spannung anpasstund zum anderen aus Halbleiter-Bauelementen – z. B. Dioden –, diefür die Gleichrichtung der Spannung sorgen. Ein gutes Schaubildfindet ihr zum Beispiel unterhttps://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0208071.htm
Dabei erzeugendie Dioden allerdings noch keine echte Gleichspannung, sondernzunächst nur eine gerichtete Spannung. Man spricht von einer sog.Restwelligkeit, dem verbleibenden Wechselspannungsanteil, welcher derGleichspannung übergelagert ist und in Prozent ausgedrückt wird.
SteuerungstechnologienMan unterscheidetzwischen verschiedenen Technologien der Gleichrichtung.
Historischwar es der sog. Leonard-Satz,der mit einem Drehstrommotor und einem Gleichstromgenerator eineGleichspannung erzeugt hat. Die Regelung erfolgte dabei in Grenzenüber die Drehzahl des Motors. Die Spannung konnte weiter mit Hilfeeines Transformators geregelt werden. Die Spannung musste dahermithilfe von Heizwiderständen geregelt werden, was zu großenEnergieverlusten führte.
Mit Einzug derHalbleiter-Bauelemente konnte man aus der Netz-Wechselspannung ohnemechanische Unterstützung, aber mit oben beschriebenerRestwelligkeit Gleichspannung erzeugen. In einfachen Gerätenerfolgte die Steuerung mit Hilfe sog. Stelltrafos,also einer mechanischen Verstellung, mittels derer die Spannungverändert werden konnte.
EineWeiterentwicklung im Bereich der Halbleiter-Technik stellte derThyristordar. Durch entsprechend getaktete Phasenanschnittelassen sich Gleichspannungen ohne weitere mechanischeHilfseinrichtungen regeln. Thyristoren erzeugen im Betrieb allerdingsstörende elektrische Oberwellen, die durch aufwändigeGlättung-Schaltungen (Kondensatoren) eliminiert werden müssen.
Waren die Diodenzunächst aus Selen-Halbleiternaufgebaut, wurde diese später durch Germanium- bzw. zuletzt Siliziumersetzt.
Zuletztkamen elektronischeSchaltnetzteile hinzu. Allgemein gesagt wandelnSchaltnetzgeräte eine unstabilisierte Eingangsspannung in einekonstante Ausgangsspannung um. Weiter sind diese Netzteile imVergleich zu den klassischen Gleichrichtern meist kleiner undleichter.
KühlungBei derUmwandlung von Wechsel- in Gleichspannung fällt als Abfallproduktimmer auch mehr oder weniger stark Wärme an, die aus dem Prozessentfernt werden muss.
Klassisch erfolgtdies durch Eintauchen der wärmeerzeugenden Einheiten in ein Ölbad.Die vom Öl aufgenommene Wärme wird verteilt und durch einKühlrippensystem an die Umgebungsluft abgegeben.Weiterer Vorteil war, dass das Öl sämtliche eingetauchtenEinrichtungen sehr wirksam vor Korrosion geschützt hat. Ungünstigist, dass bei einer Wartung oder Reparatur zunächst derGleichrichtereinsatz aus dem Öl gezogen werden muss. Als Nachteilmuss wohl die Baugröße gewertet werden. Die einzige Möglichkeitdie Kühlleistung zu steigern besteht darin, die Kühlwanne zuvergrößern. Es handelt sich um eine passive Kühlung, derenLeistung nur durch eine Erhöhung der Masse des Kühlmediums Ölgesteigert werden kann.
Die so gekühltenGleichrichter enthielten zur Steuerung prinzipiellStelltransformatoren.
Eine weitereMöglichkeit, überschüssige Wärme zu entfernen, erfolgt über denAustausch der Umgebungsluft. Dies erfolgt beispielsweise überLüftersysteme im Gehäuse des Geräts. Hierbei ist wichtig – unddies ist unter den meisten Umständen in Galvaniken ein Problem –dass die eingespeiste Umgebungs- bzw. Kühlluft nicht schädlich fürdie elektronischen Komponenten des Geräts sein darf. Es dürfenkeine aggressiven Medien oder hohe Luftfeuchte eingebracht werden.Luftkühlung ist nur bis zu einer gewissen Abwärme, alsoGleichrichter-Leistung einsetzbar, da die Größe der Kühlaggregatemit dem Volumen der Abwärme korreliert.
Die letzte undvielleicht auch neueste Lösung ist die Wasserkühlung. Problematischist hier, dass Wasser als guter Leiter ungern in die Nähe vonelektrischer Energie gebracht wird, sofern der wassergekühlteLeistungsteil von Steuerungskomponenten separiert werden kann. Auchdarf das Kühlwasser oder -medium nicht aggressiv gegen dieKühlleitungen und -einrichtungen wirken. Dann aber ist eine hohe,aktive Kühlleistung realisierbar. Es muss bei diesem Kühltypzwingend gewährleistet sein, dass stromführende Teile nicht indirektem Kontakt mit dem Kühlmedium stehen.
Dabei solltenGleichrichter generell so nah wie möglich an der Zelle aufgestelltwerden. Sonst müssen die Leitungsquerschnitte größer dimensioniertwerden.
Checkliste für die Gleichrichter-KonzipierungSpannung / Strom / Leistung
Einspeise-Spannung (230 V / 400 V)
Kühlart
Aufstellungsort
Schnittstelle / Steuerung
Lage zum Aktivbad
Auskunft über Anschlussart (Kupferschienen oder Kabel)
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Die Vakuumdestillation als Abwassertechnik in der Galvanik
Im zweiten Teilmeines Podcasts zu diesem Thema habe ich gemeinsam mit ThomasDotterweich und Markus Bardzinski von H2O über den konkreten Einsatzdieser Technologie in der Galvanotechnik gesprochen. Was ist möglich?Wo liegen die Grenzen?
Welche Abwässer sind geeignet?Für Abwässeraus dem galvanischen Beschichtungsprozess kommt dieVakuum-Destillation insbesondere für die Entgiftung von Spülwässernin Betracht.
Wichtig ist, dassdas zu behandelnde Abwasser keine festen Frachten, wie z. B. Schlämmeoder Sedimente mehr trägt. Diese würden während der DestillationEnergie aufnehmen und diese nachher wieder abgeben, ohne dass dieseinen positiven Effekt auf das Ergebnis hätte. Daher führen solcheInhaltsstoffe zu einem erhöhten Energieeinsatz, was die Behandlungunwirtschaftlich macht.
Auch Konzentratesind häufig nur sehr bedingt für diesen Behandlungstyp geeignet,weil naturgemäß hier schon eine hohe Konzentration anInhaltsstoffen vorliegt. Die Vakuum-Destillation würde hier mithohem Energieeinsatz nur noch wenig zur weiteren Aufkonzentrationbeitragen. Insofern ist die Konzentrat-Entgiftung eher mit anderenTechnologien wie z. B. den klassischen physikalisch-chemischenBehandlungen geeignet.
Ein Problemstellen solche Stoffe dar, die bei der Destillation Beläge in derMaschine bilden würden. Zu nennen sind hier eher Lacke, Farben oderLeime, die wir aber im Allgemeinen in unserer Branche nicht finden.
Wie werden die Abwässer vorbehandelt?Wie schon obenerwähnt, sollten Feststoffe vor dem Einbringen in die eigentlicheDestillation entfernt werden.
Aber auch derpH-Wert des Abwassers spielt eine große Rolle. Weite Bestandteileder Anlage sind aus Edelstahl gefertigt. Häufig sind die Abwässersauer, 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 zuneutralisieren oder in den schwach-alkalischen Bereich zu erhöhen.
Weiter solltenGiftstoffe, die ggf. in das Destillat übergehen könnten, vorherentgiftet werden. Zu nennen wären hier z. B. die Cyanide. Diesestören zwar die eigentliche Destillation nicht. Könnten aberanschließend Probleme bei der Wiederverwendbarkeit des Destillatserzeugen.
Wie wird das entstandene Destillat zumwiederverwendbaren VE-Wasser?War daseingesetzte Spülwasser wenig belastet und/oder hat die Vorbehandlunggut gearbeitet, ist das Destillat häufig direkt als VE-Wasser in denSpülen wiederverwendbar. Sollten sich noch Organika, Lösemitteloder Ammoniak im Destillat gelöst haben, käme jedoch eineNachbehandlung in Betracht.
Man kann dieWässer dann z. B. über Aktivkohlefilter oder über Ionenaustauscherführen und erhält anschließend prozesssicheres Spülwasser, dassdirekt in der eigenen Galvanik eingesetzt werden kann.
Welche Vorteile hat die Vakuum-Destillation imVergleich zur physikalisch-chemischen Behandlung?Darüber, dassdie Vakuum-Destillation sich selbst mit Strom als Rohstoff für dieBehandlung begnügt, hatten wir im ersten Teil schon einmalgesprochen. In Verbindung mit einer Fotovoltaik-Anlage lässt sich soeine ressourcenschonende Abwasseranlage realisieren.
Zunächst einmalist der Platzbedarf deutlich geringer. Die klassische Abwasseranlagebesteht aus einer Reihe von Vorrats- und Behandlungsbehältern, sowiehäufig aus einer Kammerfilter-Presse. Selbst eine größereVakuum-Destillation benötigt dabei kaum mehr als 20 m2.
Weiter lässtsich 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, ergibtsich hier eine optimale Möglichkeit.
Aber auch fürproblematische Abwässer, z. B. solche mit einer hohen Fracht anKomplexbildnern, die sich mit der physikalisch-chemischenAbwasserbehandlung nur bedingt entgiften lassen, stellen für dieseTechnologie kein Problem dar. Ein weiteres Beispiel sind Grenzwerte,die sich mit den klassischen Methoden nicht oder nicht prozesssichererreichen lassen. Auch hier kann man mithilfe dieser Technologieunterstützend oder ersetzend arbeiten.
Letztlich ist derPreis pro behandeltem Kubikmeter entscheidend. Für diesen Faktorgibt es keine allgemeingültige Aussage. Hier gilt wie sooft: „Kommtdrauf an.“ Aber in jedem Fall kann man über eineEinzelfallbetrachtung unter Berücksichtigung der vorhandenenStoffströme errechnen, welche Technologie die günstigere ist.
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Oliver Brenscheidt im und Dominik West Gespräch mit Michael Nitzsche, Spezialist für Röntgenfluoreszenzspektrometrie - kurz RFA.
Die RFA zählt Atome. So lässt sich das Prinzip vielleicht stark vereinfacht zusammenfassen. Aber geht das auch in Flüssigkeiten? „Ja,…“ sagt Michael Nitschke in unserem 4. und leider schon letzten Teil zur RFA „… aber“. Aber schaut doch selbst. -
Oliver Brenscheidt im Gespräch mit Michael Nitzsche, Spezialist für Röntgenfluoreszenzspektrometrie - kurz RFA.
Das RFA-Verfahren ist im Bereich der technischen Kontaktoberfläche das Verfahren der Wahl. Umso erstaunlicher war es, als ich in der Vorbereitung auf die Akkreditierung meines Labors feststellen musste, dass dieses Verfahren nicht ins Akkreditiv aufgenommen werden kann: es ist nicht Rückführbar. Gut, dass ich einen Spezialisten zu Gast hatte. Er erklärt im aktuellen Podcast, warum das so ist. -
Oliver Brenscheidt im Gespräch mit Michael Nitzsche, Spezialist für Röntgenfluoreszenzspektrometrie - kurz RFA. In der ersten Folge ging es um das Messprinzip und den Aufbau eines Röntgenfluoreszenzspektrometers, diesmal werden Grenzen und Einflüsse auf die Messung beleuchtet. Was kann gemessen werden und wie genau ist das Ergebnis.
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Oliver Brenscheidt und Dominick West im Gespräch über „mechanisch Zink“, einem Verfahren, dass auf verblüffend einfache Weise die Abscheidung von homogenen Zinkschichten ohne Hundeknochen-Effekt ermöglicht.
Dabei kann z.B. Wasserstoffversprödung wirksam vermieden werden, da das Verfahren ohne Strom auskommt. Die Zinkschichten betehen die bekannten Korrosionstests und auch Passivierungen sind möglich.
Alle Prozessschritte erfolgen in ein und demselben Behälter, was Platz spart und Überheben unnötig macht. Einzig der hohe Einsatz an Chemikalien schränkt das Verfahren etwas ein. -
Oliver Brenscheidt im Gespräch mit hochkarätigen Gästen
Mit diesem Podcast starten wir unsere kleine Serie zum Thema Wirebonding, zu deutsch Drahtbonden. Für dieses Thema konnten wir hochkarätige Gäste gewinnen, mit denen wir in zunächst drei Podcastfolgen das Thema beleuchten werden.
Stefan Schmitz, Geschäftsführer der Bond-IQ GmbH in Berlin und ausgewiesener Spezialist für WirebondingSven Porep, Geschäftsführer der Plock Metallwerke in Hagen, traditionsreiches Unternehmen der Stanz- und Ziehtechnik -
Oliver Brenscheidt im Gespräch mit hochkarätigen Gästen
Der zweite Podcast aus unserer kleinen Serie zum Thema Wirebonding, zu deutsch Drahtbonden. Nach dem ersten Teil, in dem die Grundlagen des Drahtbondens beleuchtet wurden, geht es heute um die Prozesskette und den Zustand des Grundmaterials sowie der Beschichtung. Auch diesmal wieder mit:
Stefan Schmitz, Geschäftsführer der Bond-IQ GmbH in Berlin und ausgewiesener Spezialist für WirebondingSven Porep, Geschäftsführer der Plock Metallwerke in Hagen, traditionsreiches Unternehmen der Stanz- und Ziehtechnik -
Bei der Abscheidung von Zinnoberflächen muss man zwischen elektrochemisch abgeschiedenen und thermisch behandelten Schichten unterscheiden. Dabei bilden die sog. Feuerverzinnung und die Reflow-Verzinnung die Hauptgruppe der thermisch behandelten Oberflächen. Diese sind wegen Ihrer Natur gewissen Beschränkungen unterworfen.
Im Gespräch mit Dominik West zeigt Oliver Brenscheidt diese Grenzen auf und beschreibt mögliche Alternativen.
