Der Galvanikgleichrichter heute

Oberflächen 09. 09. 2016
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– Ein bedeutender Statist bei elektrolytischen Prozessen

Von Thomas Mark, Munk GmbH

In der Galvanotechnik kommen primär getaktete Schaltnetzteile, in Fachkreisen auch als elektronische Gleichrichter bezeichnet, zum Einsatz. Diese standen unter anderem auf der diesjährigen Fachmesse für Oberflächen und Schichten O+S 2016 beim Gleichrichterhersteller Munk GmbH im Vordergrund. Die Erfahrung bei Kunden macht allerdings deutlich, dass im Rahmen einer objektiven Beratung auf der Basis plausibler, technischer Argumente – bei Munk unter dem Titel The Customers Journey geführt – vom Gerätebauer hilfreiche Unterstützung geleistet werden kann.

Die Vielzahl an unterschiedlichen Bauarten und Kühlvarianten, wie Öl-, Wasser- oder Luftkühlung, erschweren dem unbefangenen Betrachter üblicherweise die optimale Entscheidung. Darin liegt leider auch das Problem, denn nur durch ein hohes Maß an objektiver Transparenz kann der Anwender einen aufschlussreichen Eindruck gewinnen und die für sich beziehungsweise für sein Unternehmen beste Entscheidung treffen.

Vorteilhaft für den Nutzer der Geräte ist die Gestaltungsvielfalt der sogenannten 19“-(Zoll)-Module mit den Bezeichnungen gamma L (Luftkühlung) beziehungsweise omega L (Wasserkühlung), die jüngst hardwaretechnisch mit einem dauerhaft nutzbaren Ausgangsstrompegel von 1500 A ausgerüstet sind. Diese modulare Basisgröße, die sich in verschiedensten Gestaltungsformen verändern beziehungsweise in der Leistung skalieren lässt, hebt sich von den unzähligen Marktvarianten anderer Anbieter ab und schafft damit einen völlig neuen Maßstab. Die neuen Hochleistungsmodule werden in sogenannten zentralen Mehrkreisstromversorgungen verbaut oder in dezentraler Version entweder als Tower (IP23) oder als hoch geschütztes Power Rack (IP54) angeboten.

Als ein wesentliches Kriterium muss die Schutzart (IP – Ingress Protection) des Gleichrichters definiert werden. Die Qualität der umhausten Leistungselektronik wird sozusagen nach Schutzgrad gegen Eindringen von Fremdkörpern und Schutzgrad gegen Eindringen von Flüssigkeiten klassifiziert. Insbesondere dem Galvanikanwender, der beispielsweise von ölgekühlten Geräten auf luftgekühlte Lösungen am gleichen Installationsort wechselte, weiß nach kurzer Zeit, mit welchen bedingungslosen Konsequenzen unter Umständen gerechnet werden muss. Korrosion, Verschmutzung oder hohe Luftfeuchte sind dabei nur drei unangenehme Beispiele, die ein Gleichrichterleben beträchtlich verkürzen können. Die Wandlungsfähigkeit der neuen Hochstrom-19“-Module (Typen gamma und omega) in Form von verschiedenen Gerätevarianten, können dem potentiellen Nutzer einen Eindruck über die individuellen Einsatzmöglichkeiten verdeutlichen.

Der Einblick auf den Anbietermarkt für die Galvanotechnik und die Praxis der Produktionsbetriebe zeigt, dass es heutzutage immer noch gängig ist, Galvanikgleichrichter nicht nur in Schaltnetzteiltechnik anzubieten. Es gibt nach wie vor eine große Fangemeinde für öl- beziehungsweise öl-wassergekühlte Gleichrichter in Thyristor- und Stelltransformatortechnik. Eine Effizienz­debatte zu führen ist nicht nötig, denn nachweislich sind bei allen heutigen Technologien (ob Schaltnetzteil, Thyristor oder Stelltransformator) annähernd gleiche Wirkungsgrade erzielbar. Häufig werden dabei Begriffe wie Wirkungsgrad, cos phi und Blindleistung in einem Topf geworfen und die Argumentationsreihen für die verschiedenen Gerätevarianten verfälscht.

Wie mit den diesjährigen Messeschwerpunkten betont wurde, kann innerhalb der Gruppe der Schaltnetzteile ein Fokus auf die überschaubaren modular gestalteten Leistungsbereiche von 1500 A bis zu 7500 A gelegt werden, die sogenannte Kompaktklasse. Innerhalb dieser Leistungsklasse wird im vorliegenden Beitrag die bewährte Mehrkreisstromversorgung, der neue Tower und das komfortable Power Rack, detaillierter betrachtet und vorgestellt.

Als einer der führenden Hersteller aller­ Technologien besitzt die Munk GmbH die Kompetenz, die Stärken und Schwächen von Gleichrichtern objektiv zu vergleichen. Um den heutigen Kundenwünschen zu entsprechen, kompakte (Platz/Gewicht) und kostenoptimierte Lösungen anzubieten, kann sich kein Anbieter vor unangenehmen Fakten verstecken.

Bei vollelektronischen Gleichrichtern gibt es die Herausforderung der Bauteilealterung und dem sich potenzierten Risiko von Bauteilausfällen, insbesondere bei hoher Einsatzmenge von elektronischen, gleichen Bauteilen. Diese sind meist zur Realisierung großer Leistungen (hohe Ströme!) notwendig. Je nach Herstellerphilosophie und Gerätedesign setzen sich elektronische Geräte aus einer relativ hohen Anzahl an gleichen Leistungsstufen (Modulen) zusammen. Umso wichtiger sind die optimal ausgewählte Schutzart (IPxx) des Geräts, ein geeigneter Einsatzort und gut ausgebildetes Servicepersonal.

Die Munk GmbH hatte sich somit für 1500 A Module in 19“-Bauart entschieden, anstatt kleinerer Module mit beispielsweise 500 A oder 700 A, wie es andere Marktbegleiter favorisieren. Um zum Beispiel 7500 A zu realisieren werden lediglich fünf Module mit je 1500 A eingesetzt und nicht beispielsweise 15 Geräte mit 500 A, was an sich schon eine Verdreifachung an elektronischen Baugruppen verursacht.

Selbstverständlich spielen neben technisch plausiblen Gründen auch der individuelle­ Geschmack, ein vorbestimmtes Budget und Emotionen eine wesentliche Entscheidungsrolle. Wenn weiterhin von guten Praxiserfahrungen gesprochen wird, sollte dies jedoch stets mit einem größeren Zeithorizont von mehr als 24 Monaten getan ­werden.

Ein nach wie vor elementares Thema in der Umgebung eines Galvanikgleichrichters sind die Übertragungsverluste, die durch Wärme entstehen. Der elektrische Weg, das heißt die elektrische Verbindung vom Gleichrichter zur Abscheideposition, muss ausreichend groß verschient oder verkabelt (Kupfer oder Aluminium) werden.

Hier setzt oft eine nicht zu unterschätzende Kostenfalle an, denn falsch gewählte Querschnitte­ und Installationsfehler garantieren dem Anwender einen schmerzhaft hohen Fixkostenanteil in Form von Energiekosten. Ob einseitig oder beidseitig eingespeist, in beiden Fällen können die Verluste derart hoch sein, dass sich der Gesamtwirkungsgrad des Prozesses sehr schnell im zweistelligen Prozentbereich reduzieren kann.

Bedingungslose Nähe zum Elektrolytbehälter sollte nicht als sakrosankte Antwort akzeptiert werden. Ein optimal gewählter Installationsort und ein ausreichend gut dimensioniertes Stromübertragungsmedium (Schiene oder Kabel) sorgen für eine solide und nachhaltige Lösung. Dies sichert den Prozess über lange Zeit und hilft, dauerhaft wettbewerbsfähig zu bleiben.

In einer resümierenden Grafik ist der gesamte Umsetzungsprozess zur Auswahl eines Galvanik-Schaltnetzteils zusammengefasst. Durch chronologisches Abarbeiten der einzelnen Positionen wird es schließlich dem Entscheider gelingen, die für sich geeignete Bauart auszuwählen.

Billig eingekauft zu haben gesteht sich in der Regel niemand gerne zu. Meist ja eher kostenoptimiert, so wird es in der Praxis gerne dargestellt. Das führt bekanntlich immer dazu, das man einen bedingungslosen Kompromiss eingegangen ist. Schließlich sollte der Galvanikgleichrichter als abschreibbares Investitionsgut betrachtet werden. Der Galvanikgleichrichter sollte ein langlebiges Hightech-Produkt sein und nicht zum schnell austauschbaren Wegwerfartikel werden, wie bei vielen Konsumgütern heute üblich.

Aus langjährigen Erfahrungen heraus kann nur empfohlen werden, vor einer (optimalen) Entscheidung ein ausführliches Beratungsgespräch mit dem Hersteller zu führen.

Abb. 1: Getaktete Schaltnetzteile

Abb. 2: Customers Journey

Abb. 3: Gehäusemodul in der 25-kW-Klasse

Abb. 4: Schutzart IPxx als elementares Entscheidungskriterium

Abb. 5: USP-Säulenmodell für Mehrkreisstromversorgung

Abb. 6: Luftgekühlter psp-Tower als dezentrale Lösung

Abb. 7: Kostenreduzierung durch die Wahl des richtigen Aufstellungsortes

Abb. 8: Umsetzungsprozess zur optimalen Auswahl eines elektronisches Gleichrichters

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