Projekt 25418/01

Prozess- und anlagentechnisch optimierte Auslegung, Konstruktion, Planung und Installationsvorbereitung einer galvanischen Hartchromanlage

Projektträger

Thoma Metallveredelung GmbH
Achstr. 16
87751 Heimertingen
Telefon: 08335/9822-10

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Obwohl die galvanische Abscheidung von Hartchromschichten bereits lange zum Stand der Technik gehört,leidet die Technologie nach wie vor unter einem geringen Wirkungsgrad. Zusätzlich steigen die Qualitätsanforderungen.
Ziel des Vorhabens ist eine Optimierung der Verfahrensparameter zur Minimierung des Ressourcenverbrauches bei maximalem Durchsatz und verbesserter Qualität. Die Maßnahmen zum Erreichen dieses Zieles umfassen galvanische, konstruktive sowie anlagenbautechnische Maßnahmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt zur Planung einer galvanischen Hartchrom-Beschichtungsanlage hatte im wesentlichen 3 Ziele:

1. Deutliche Verringerung des Energieverbrauches bzw. Rückführung der unvermeidlichen Energieverluste; zusätzlich sollen die eingesetzten materiellen Ressourcen möglichst sparsam verwendet werden;
2. Verbesserte Qualität der Beschichtung hinsichtlich Reproduzierbarkeit und geometrischer Gleichmäßigkeit;
3. Verkürzung der Beschichtungszeiten, dadurch Erhöhung des Durchsatzes

Wie sich im Laufe des Projektes schnell herausstellte, beeinflussen sich die Ziele gegenseitig, jedoch meist in positiver Richtung:
Die Verringerung des Energieverbrauches (Ziel 1) ist vor allem durch eine Verkürzung des Anoden-Kathodenabstandes (= Verringerung des ohmschen Widerstandes) zu erreichen. Dies wiederum war im vorliegenden Fall durch Formanoden realisierbar, die aufgrund ihrer Geometrie und des daraus folgenden einheitlichen Kathoden-Anoden-Abstandes die Qualität deutlich erhöhen (Ziel 2). Gleichzeitig können durch die geringeren Verluste höhere Stromdichten gegenüber dem Stand der Technik (bis zu Faktor 2) verwendet werden, was zum einen die Behandlungszeit verringert (Ziel 3); zum anderen steigert sich mit der erhöhten Stromdichte die Stromausbeute, was wiederum die Behandlungszeit verkürzt (Ziel 3) und außerdem den spezifischen Energieeintrag verringert (bis zu 30%, Ziel 1).
Die dennoch auftretenden Energieverluste in Form von Wärme erlauben die Investition in eine umfangreiche Wärmerückgewinnungsanlage. Zweckmäßigerweise weicht die projektierte Anlage vom Stand der Technik ab und verwirklicht das Konzept der Reaktoranlage. Dadurch wird eine zentrale, in den Vorratsbecken angeordnete Elektrolytbehandlung möglich -und eben auch eine zentralisierte Wärmetauscheranlage. Die durch das Kühlmedium aufgenommene Wärme mit einem Temperaturniveau von 40 -60°C wird einer Wärmepumpe zugeführt, die das Temperaturniveau auf mindestens 75°C hebt. Mit Medien dieser Temperatur sind nahezu alle innerbetrieblichen Wärmebedarfe gut zu versorgen, in einigen Fällen zumindest zu unterstützen. Allein die Verringerung des jährlichen Heizölbedarfes zur Hallenheizung generiert Einsparungen im Bereich von 15000-25000,-€ pro Jahr. Da Wärmeproduktion und Wärmebedarf nicht immer zeitgleich auftreten, verwendet die Wärmerückgewinnung großzügige Speicherbecken, die bei Bedarf die gespeicherte Wärmeenergie in den Betrieb rückführen.
Insgesamt kann nach der Inbetriebnahme als gesichert angesehen werden, dass die eingesetzte Energie zu mindestens >90% ausgenutzt werden kann. Zum Vergleich: Der eigentliche Beschichtungsprozess weist derzeit eine Energieausbeute von 18-22% auf. Gleichzeitig kann die Wärmerückgewinnung Energie aus Grundwasser gewinnen, um auch in produktionsschwachen Zeiten optimal genutzt zu werden und fossile Ressourcen zu schonen.
Nachdem die Hauptziele der Projektierung erreicht wurden, berücksichtigt die weitere Anlagenplanung und -konstruktion auch weitere Maßnahmen zur Ressourcenschonung und Unterstützung der 3 oben genannten Hauptziele. Hier sind zahlreiche kleinere Aspekte zu nennen, die kurz stichwortartig genannt seien; Einzelheiten sind dem Lastenheft sowie den Zeichnungen zu entnehmen:

1. Verwendung von öl/wassergekühlten Gleichrichtern, um die Abwärme auf geeigneten Temperaturniveau der Wärmerückgewinnung zuführen zu können;
2. Vorwärmung der Frischluftzufuhr durch Wärmeaustausch mit der Prozessabluft vor der Abluftreinigung;
3. Komplettierung der Reaktortechnik durch Verschluss der chromhaitigen Becken über Deckel; dadurch konnte die notwendige Absaugleistung um 75% reduziert werden;
4. Ausführung des Fahrwagens mit Abtropfschale, die in kontrollierter Weise die Abtropfflüssigkeiten in den Prozess zurückführt;
5. Kontaktierungen, Stromzuführungen und geometrische Anordnung der elektrischen Versorgungaggregate erfolgte in einer Weise, die auch Spannungsverluste auf dem Weg zwischen Gleichrichter und galvanischem Bad minimiert (Stichworte: Kabel statt Stromschienen, kürzestmögliche Abstände, großzügige Querschnitte, Fingerkontakte am Übergang zur Kathodenschiene);
6. Die hohen zukünftigen Stromdichten machten die Neukonstruktion der Bauteilaufnahmen notwendig, um erstens die Gefahr von Überhitzungen bis hin zum Bauteilverlust zu beseitigen und zweitens Spannungsverluste beim Übergang in das Bauteil auszuschließen. Hierbei wurden die geometrischen Besonderheiten der Hautprodukte, die in der projektierten Anlage veredelt werden
sollen, optimal genutzt.

Die erreichten Ergebnisse zeigen, dass auch in der altbewährten Technologie des Hartverchromens Ökonomie und Ökologie auf einem nochmals verbesserten Niveau zu Ihrem Recht kommen können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine erste Präsentation von Teilen der Anlage fand im September 2008 auf den Oberflächentagen des Z:VO erfolgen.
Weitere, detailliertere Vorträge werden im November 2009 beim 50 Jahrestag des Institutes IPA der Fraunhofer-Gesellschaft sowie auf dem Kongress Energieeffizienz in der Galvanotechnik in Nürtingen gehalten werden.
Für den Herbst ist eine Veröffentlichung in der internationalen Branchenzeitschrift Galvanotechnik vorgesehen.


Fazit

Die Entwicklung der Energiepreise unterstützt zunehmend die Investition in die verbrauchsoptimierte Nebenaggregate. Jedoch bedarf es zur Zusammenführung der verschiedenartigen Technologien aus unterschiedlichen Ingenieurssparten einer umfangreichen interdisziplinären Zusammenarbeit. Außerdem muss die Bereitschaft bestehen, vom Stand der Technik stark abzuweichen.

Übersicht

Fördersumme

110.000,00 €

Förderzeitraum

21.06.2007 - 31.05.2009

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik