Innovatives Filtersystem durch hervorragendes Teamwork

Die Sager + Mack GmbH & Co. KG hat in intensiver Zusammenarbeit mit der Dr.-Ing. Max Schlötter GmbH & Co. KG eine neue Technologie für die Filtration von Elektrolyten in der Galvanotechnik zu einem serienreifen Filtersystem entwickelt und dieses bei der Grau & Wagenblast GmbH in Untergröningen mit großem Erfolg einem Praxistest unterzogen – Der Praxistest bestätigt die einfache und sichere Bedienung bei gleichzeitig deutlich erhöhter Effizienz und Nachhaltigkeit

Für die Herstellung von hochwertigen, galvanisch abgeschiedenen Metallschichten sind gut funktionierende Elektrolyte, eine exzellente Ausstattung an Geräten sowie ein hohes fachliches Know-how der Beschichter erforderlich. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Fachleute aus diesen verschiedenen Bereichen intensiv zusammenarbeiten mit dem gemeinsamen Ziel, sowohl die Beschichtungen in bester Qualität auszuführen, als auch Energie und Arbeitskräfte optimal einzusetzen.

Filtration mit besonderen Herausforderungen

Vor knapp drei Jahren kamen wichtige Marktvertreter der Galvanotechnik zusammen, um aktuelle Herausforderungen nicht nur mit bestehenden Technologien zu optimieren, sondern innovativ tätig zu werden. Der Verfahrenslieferant Dr.-Ing. Max Schlötter aus Geislingen/Steige hatte die Erfahrung gemacht, dass Beschichtungsunternehmen bei der Verzinkung aus alkalischen Systemen von Fall zu Fall Qualitätseinbußen bei Zinkschichten, die aus alkalischen Elektrolyten abgeschieden werden, verzeichneten. Grund ist die Bildung von unlöslichem Zinkoxid durch zu niedrige Konzentrationen an Natriumhydroxid, die speziell im Zink-Lösebehälter auftreten können. Das Zinkoxid ist mit bestehenden Filtrationsverfahren kaum entfernbar. Zudem entstehen in Zinklöseabteilen, auch bei Zink-Eisen- und Zink-Nickel-Verfahren, feinste metallische Partikel bei der Auflösung der metallischen Zinkanoden. Neben Schmutzeintrag aus der Umgebungsluft der Beschichtungsanlage sind sie ebenfalls eine Quelle von stark störenden Verunreinigungen, die zur Entstehung von rauen Schichten führen können.

 

Sager + Mack als Spezialisten für die Filtration von Elektrolyten bietet Verfahren, beispielsweise unter Einsatz von Plattenfiltern, an, die solche feinen Inhaltsstoffe entfernen können. Allerdings unterliegt die Einheit aus Filter und Umwälzpumpe verfahrensbedingt einer schwankenden Effizienz, da mit zunehmender Belegung der Filterfläche der Arbeitsdruck steigt beziehungsweise die Effizienz parallel zur Umwälzrate absinkt. In der Regel ist dann ein Wechsel der Filter erforderlich, um wieder auf eine höhere Effizienzen zu kommen.

Bei konventioneller Filterung von Galvanikelektrolyten sinkt die Umwälzrate durch die Filterbelegung, was beim JETMack nicht der Fall ist

 

Der neue Ansatz

Das war die Ausgangssituation, als sich Thomas Haberfellner von Schlötter und Peter Mack, Sager + Mack, Ende 2022 zusammensetzten und darüber nachdachten, wie Verbesserungen möglich sein könnten. Dabei kam die Sprache auf das Verfahren der Zyklonabscheidung. Einsatz findet diese Technik in größerem Umfang zur Partikelabtrennung aus Luft oder Gasen [1]. Ob das System für die Abtrennung von feinsten Partikeln aus wässrigen Medien auch funktioniert, war zunächst unklar. Doch der Ehrgeiz war bei Peter Mack geweckt und bei Thomas Haberfellner hatte er den richtigen Partner an seiner Seite. Anfang 2024 war dann eine Filtrationsanlage als Prototyp entstanden, die bei der Dr.-Ing. Max Schlötter in Geislingen eingesetzt und getestet wurde.

Labortest ist das eine, aber die wirkliche Bewährung einer Anlage kommt in der harten Praxis des Beschichtungsalltags – und hier kam der Dritte im Bunde hinzu: Walter Doll von der Grau & Wagenblast Metallveredelung in Untergröningen. Er hatte zeitweise mit dem Problem von störenden Partikeln im Elektrolyten bei der Abscheidung von Zink aus seinem alkalischen Elektrolyten zu kämpfen. Die Schichten entsprachen nicht den hohen Ansprüchen von Walter Doll, der seinen Kunden nur Oberflächen in höchster Qualität liefern möchte. Anhand von REM Untersuchungen konnte eine Zinkwhiskerbildung als Ursache ausgemacht werden. Die Whisker traten nach Wärmeauslagerung und nach längerer Lagerzeit beim Endkunden auf. Besonders negativ ist die reduzierte Korrosionsbeständigkeit der Zinküberzüge aufgefallen.

Bildung von Zink-Whiskern auf galvanisch abgeschiedenem Zink, durch die die Korrosionsbeständigkeit der Schichten verschlechtert werden kann

 

In der Praxis bewährt

Walter Doll war sofort bereit, das neue Filtrationssystem in seinem Unternehmen einzusetzen – auch wenn altgediente Mitarbeiter in seinem Betrieb erhebliche Zweifel an der Wirksamkeit dieser Art der Filtration hegten. Zum Beginn waren – wie bei neuen Verfahren nicht anders zu erwarten – Anpassungen der Geräteeinstellung notwendig. Aber bereits bei der Gerätebedienung erkannten auch die skeptischen Fachleute im Betrieb von Walter Doll die überzeugenden Vorteile der neuen Technologie: So gestaltet sich die Wartung der Einrichtung aus Pumpe und Filter äußerst einfach bei geringstem Zeitaufwand. Dies ist auf die Funktionsweise der innovativen Filtrationsanlage zurückzuführen:

• Der Hauptfilterkreislauf über eine Umwälzpumpe und dem Zyklon läuft sehr konstant, woraus als wichtiger Vorteil eine gleichmäßige Elektrolytumwälzug folgt
• Der Zyklon konzentriert die Schmutzpartikel auf und erzeugt eine Klar- und eine schmutzangereichterte Phase
• Die Klarphase wird direkt in den Elektrolyten geleitet
• Die schmutzangereichterte Phase wird drucklos über einen Filterbeutel geführt, der diskontinuierlich und während des Betriebs der Anlage getauscht wird
• Nach einiger Zeit stellte sich auch ein größerer Glanz bei den beschichteten Werkstücken ein, was dazu führte, dass die Dosierung der Glanzbildner nach ersten Erfahrungen reduziert werden kann

Die Anlage der Sager + Mack GmbH & Co. KG ist in der Regel mit zwei parallelen Beutelfiltern ausgestattet. Zum Filterwechsel wird auf den zweiten Beutelfilter umgeschaltet, wodurch die Wartung im laufenden Betrieb erfolgen kann. Zudem besteht beim Austauschen des Beutelfilters keinerlei Gefahr, dass die Mitarbeitenden mit dem Elektrolyten in Kontakt kommen. Der Mitarbeitende in der Galvanikfertigung, der den Filterwechsel vornimmt, benötigt lediglich die Standardausrüstung an Arbeitsschutzkleidung für den Umgang mit Laugen. Der Filterwechsel selbst ist in nur wenigen Minuten durchgeführt. Ganz im Gegenteil zu zeitintensiver Demontage, Reinigung und Montage eines Plattenfiltergeräts. Walter Doll nennt einen Zeitaufwand von 45 bis 60 Minuten bei Plattenfiltergeräten.

Die JETMack-Pilotanlage bei der Grau & Wagenblast GmbH & Co. KG in Untergröningen liefert hervorragende Filtrationsergebnisse

 

Die Vorteile beschränken sich aber nicht nur auf den drastisch reduzierten Zeitaufwand für die Filterwartung und die hohe Arbeitssicherheit für die Mitarbeiter. Der für den Wechsel anstehende Filterbeutel kann sehr einfach nahezu vollständig leerlaufen, so dass kein Elektrolyt zur Entsorgung anfällt. Damit erhöht sich auch die Nutzungseffizienz der Elektrolyte beziehungsweise Elektrolytbestandteile.

Im Gegensatz zur klassischen Filtration zeichnet sich der JETMack – so der Markenname des neuen Typs des Filtersystems von Sager + Mack – durch eine absolut konstante Umwälzleistung aus, da keine abnehmende Wirkung durch Filterbelegung sowie durch Unterbrechung der Filtration beim Filterwechsel zu verzeichnen ist. Das System wird im Bypass verrohrt und kann als Beistellgerät genutzt oder selbstverständlich auch in die Anlagensteuerung integriert werden. Die Reinigung des Mediums erfolgt zwar mit geringerer Geschwindigkeit aufgrund des drucklosen Betriebs, so dass eine gewisse Einlaufdauer zu berücksichtigen ist. Das Filtrationsergebnis ist dafür, so das eindeutige Urteil von Walter Doll, sehr überzeugend. So betont er, dass der Elektrolyt eine nicht
gekannte Klarheit durch den Einsatz des JETMack erreicht hat. Für seine Beurteilung wurde eine Bewertung der Oberflächenqualität und der Korrosionseigenschaften der Schichten, der Elektrolytzusammensetzungen sowie der Aufwand beim Betrieb der Pumpen erfasst.

Einsatzfelder für den JETMack

Getestet wurde an einer Abscheideposition für Zink mit einem Volumen von 25.000 Liter und das überaus positive Ergebnis hier spricht für sich selbst. Mit dem selben positiven Ergebnis wird auch für andere Systeme zur Abscheidung von Zink oder Zinklegierungen gerechnet. Darüber hinaus versprechen sich die beteiligten Parteien vergleichbar gute Ergebnisse bei allen Verfahren, die mit löslichen Anoden arbeiten sowie grundsätzlich bei Elektrolyten, die durch Partikel aus der Anlagenumgebung oder Eintrag über das Teilespektrum rechnen müssen. Insgesamt werden mit dem Einsatz des JETMack störende Partikel in den Elektrolyten oder in der Metallschicht der Vergangenheit angehören.

Für den Anwender des neuen, innovativen Filtersystems ist zu berücksichtigen, dass der Platzbedarf im Vergleich zu klassischen Fitrationen geringfügig höher ist und Anpassungen des Geräts an die jeweils vorliegenden Verfahren und Arbeitsweisen erforderlich sind. Dafür gewinnt der Anwender eine erhebliche Vereinfachung bei der Bedienung, eine Erhöhung der Arbeitssicherheit im Betrieb, eine deutliche Reduzierung der Betriebskosten sowie Einsparungen an Elektrolytkosten und Kosten für Filtermedien. Alles in allem eine deutliche Erhöhung der Nachhaltigkeit, wie die beteiligten Spezialisten Thomas Haberfellner, Peter Mack und Walter Doll überzeugt betonen.

Kontakt: Sager + Mack GmbH & Co. KG

Literatur

[1] N.N.: Fliehkraftabscheider; https://de.wikipedia.org/wiki/Fliehkraftabscheider

Video(s) zum Thema