Aggregate für die galvanotechnische Metallabscheidung müssen häufig mit wenig Raum in den jeweiligen Behältern auskommen. Trotzdem wird eine hohe Effizienz, beispielsweise für die Konstanthaltung der Temperatur von Prozessmedien, gefordert. Durch präzise Ermittlung der zu transportierenden thermischen Energie können Kühlsysteme optimal auf die entsprechenden Anforderungen optimiert und gefertigt werden.
Elektrolyte, wie sie beispielsweise für die galvanische Metallabscheidung eingesetzt werden, benötigen eine bestimme Arbeitstemperatur, die im Dauerbetrieb durch das Entstehen von Joulescher Wärme, Wärmeeintrag durch die Umgebungstemperatur oder exothermen Reaktionen überschritten werden kann. Bei Beschichtungsprozessen mit hohen Stromdichten wird eine hohe thermische Leistung als Joulesche Wärme im Abscheideelektrolyten umgesetzt. Dieser Wärmeeintrag muss kontinuierlich und zuverlässig durch Kühlen abgeführt werden. Zur Kühlung können Rohrschlangen und/oder externe Plattenwärmetauscher eingesetzt werden.
Die Mazurczak GmbH bietet platzsparende und energieeffiziente Wärmetauscher (Abb. 1) zur Kühlung von Prozesslösungen in der Galvanik an. Als metallische Werkstoffe stehen vier verschiedene Edelstähle (1.4301, 1.4404, 1.4571 und 1.4539) sowie Titan 3.7035/grade 2 zur Verfügung. Die Ausführung mit einem metallischen Grundkörper und einer Fluorpolymerbeschichtung oder Vollkunststoff-Wärmetauscher werden eingesetzt, wenn die metallischen Werkstoffe nicht chemisch beständig sind.
Abb. 1: Wärmetauscher SYNOTHERM®
Berechnung des Kühlbedarfs und Anpassung an verfügbaren Platz
Zur effizienten Berechnung der benötigten Kühlleistung wird heute in der Regel eine computergestützte Kühlbedarfsberechnung eingesetzt. Mit einer selbst entwickelten Wärmetauscher-Software wird der Wärmetauscher SYNOTHERM® entsprechend ausgelegt und an den verfügbaren Platz im Behälter angepasst. Jeder Wärmetauscher ist ein Einzelstück. Auch bei schwierigsten Einbausituationen wird die optimale Einbauvariante durch variable Abmessungen, Werkstoffe und verschiedene Anschlussmöglichkeiten realisiert.
Vergleich von Bauformen für Wärmetauscher
Der Aufwand für die Instandhaltung der Wärmetauscher SYNOTHERM® ist im Vergleich zu den anderen Bauformen an Wärmetauschern wesentlich geringer. Die ebene und glatte Oberfläche lässt sich einfach und schnell reinigen. Herabfallende Teile oder Sedimente können sich nicht auf dem Wärmetauscherkörper ablagern oder sich in diesem verfangen.
Geschraubte oder gelötete externe Wärmetauscher haben zwei Kreisläufe. Das bedeutet, dass der Elektrolyt und das Kühlmedium durch den Wärmetauscher strömen. Der Elektrolyt kann zu einer schnellen Zusetzung und Verstopfung des Wärmetauschers führen. Die externen Wärmetauscher müssen demontiert, gereinigt und wieder montiert werden. Die Wärmetauscher SYNOTHERM® werden nur vom jeweiligen Kühlmedium durchströmt und können deshalb nicht vom Elektrolyten zugesetzt beziehungsweise verstopft werden.
Große Wärmetauscherfläche bei geringem Bauvolumen
Wärmetauscher verfügen über eine hohe Flächendichte. Hierdurch kann eine große Wärmetauscherfläche im Verhältnis zum benötigten Bauvolumen zur Verfügung gestellt werden (Abb. 2 bis 4). Die gesamte Bautiefe des Wärmetauschers beträgt bei der Baureihe SYNOTHERM® nur 60 mm (10 mm Basisplatte + 50 mm Abstandshalter zur Behälterwand).
Abb. 2: Komponenten, Aufbau und Platzbedarf eines Wärmetauschers
Abb. 3: Isometrische Ansicht eines Wärmetauschers im Behälter mit Temperaturfühler und Niveaustabsonde
Abb. 4: Draufsicht Behälter
Anwendungen und Prozessbeispiele
Typische Anwendungen für Wärmetauscher zum Kühlen in der Galvanotechnik sind:
- Nickelelektrolyte
- Eloxalelektrolyte
- Elektropolierelektrolyte
- Chromelektrolyte
- Saure Zinkelektrolyte
- Alkalische Zink- beziehungsweise Zink-Nickel-Elektrolyte
- Saure Zinkelektrolyte
- Saure Kupferelektrolyte
An zwei Beispielen aus der Praxis – Anodisieren und saure Verzinkung – wird aufgezeigt, wie gute Kühlsysteme aussehen und welche Leistungsfähigkeit sie besitzen (Kasten unten).
Abb. 5: Wärmetauscher Doppelplatte
Abb. 6: Wärmetauscher Einfachplatte
Erfolgreicher Einsatz – Kühlung eines Schwarzchromelektrolyten
Die Süss Oberflächentechnik GmbH beschichtet Kundenbauteile in ihren Eloxal- und Galvanikbetrieben. Das VerfahrenSchwarzchrom muss auf eine Temperatur von 19 °C gekühlt werden. Im Jahr 2019 wurde ein Wärmetauscher aus Titan 3.7035/Grade 2 ausgelegt und ausgeliefert. Als Wärmetauschermedium wird Wasser mit einer Vorlauftemperatur von 10 °C eingesetzt. Wie Jens Mohr, geschäftsführender Gesellschafter der Süss Oberflächentechnik GmbH, betont, erfüllt der SYNOTHERM® alle Anforderungen zur vollsten Zufriedenheit: Der Beschichtungsprozess „Schwarzchrom“ läuft bei sehr hohen Stromdichten ab, sodass eine hohe thermische Leistung im Elektrolyten umgesetzt wird. Diese Wärme muss zuverlässig abgeführt werden. Hierzu wurden früher Wärmetauscher aus PVDF eingesetzt, die jedoch aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit und hohen Wandstärken sehr groß ausfallen mussten. Mit der Entscheidung für einen Plattenwärmetauscher der Mazurczak GmbH aus Titanblech konnte der Einbauraum im Abscheidebehälter sehr deutlich reduziert werden. Bei dem erfolgten Umbau der Anlage konnte deshalb das Behältervolumen um 25 % verringert werden. Damit einher ging auch eine Reduzierung des für die behördliche Genehmigung im Rahmen der Störfallverordnung relevanten Wirkbadvolumens. Wir stellen fest, dass die Kühlleistung bei deutlich verringertem Bauraum völlig ausreichend ist. Der Wärmetauscher ist seit drei Jahren störungsfrei in Betrieb.
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