Silberbird-Podcast - Der Podcast Rund um technische Oberflächen und Galvanotechnik

Galvanotechnik funktioniert mit elektrischer Energie. Strom und Spannung im galvanischen Bad laufen gerichtet. Es handelt sich um eine sog. Gleichspannung, wie wir sie beispielsweise aus Batterien kennen. Aus dem Stromnetz aber kommt eine Wechselspannung. Diese muss also zunächst gerichtet werden, was über den sog. Gleichrichter erfolgt.

Ein Gleichrichter besteht zum einen aus einem Transformator, der die Spannung anpasst und zum anderen aus Halbleiter-Bauelementen – z. B. Dioden –, die für die Gleichrichtung der Spannung sorgen. Ein gutes Schaubild findet ihr zum Beispiel unter https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0208071.htm

Dabei erzeugen die Dioden allerdings noch keine echte Gleichspannung, sondern zunächst nur eine gerichtete Spannung. Man spricht von einer sog. Restwelligkeit, dem verbleibenden Wechselspannungsanteil, welcher der Gleichspannung übergelagert ist und in Prozent ausgedrückt wird.

Man unterscheidet zwischen verschiedenen Technologien der Gleichrichtung.

H istorisch war es der sog. Leonard-Satz, der mit einem Drehstrommotor und einem Gleichstromgenerator eine Gleichspannung erzeugt hat. Die Regelung erfolgte dabei in Grenzen über die Drehzahl des Motors. Die Spannung konnte weiter mit Hilfe eines Transformators geregelt werden. Die Spannung musste daher mithilfe von Heizwiderständen geregelt werden, was zu großen Energieverlusten führte.

Mit Einzug der Halbleiter-Bauelemente konnte man aus der Netz-Wechselspannung ohne mechanische Unterstützung, aber mit oben beschriebener Restwelligkeit Gleichspannung erzeugen. In einfachen Geräten erfolgte die Steuerung mit Hilfe sog. Stelltrafos, also einer mechanischen Verstellung, mittels derer die Spannung verändert werden konnte.

E ine Weiterentwicklung im Bereich der Halbleiter-Technik stellte der Thyristor dar. Durch entsprechend getaktete Phasenanschnitte lassen sich Gleichspannungen ohne weitere mechanische Hilfseinrichtungen regeln. Thyristoren erzeugen im Betrieb allerdings störende elektrische Oberwellen, die durch aufwändige Glättung-Schaltungen (Kondensatoren) eliminiert werden müssen.

Waren die Dioden zunächst aus Selen-Halbleitern aufgebaut, wurde diese später durch Germanium- bzw. zuletzt Silizium ersetzt.

Z uletzt kamen elektronische Schaltnetzteile hinzu. Allgemein gesagt wandeln Schaltnetzgeräte eine unstabilisierte Eingangsspannung in eine konstante Ausgangsspannung um. Weiter sind diese Netzteile im Vergleich zu den klassischen Gleichrichtern meist kleiner und leichter.

Bei der Umwandlung von Wechsel- in Gleichspannung fällt als Abfallprodukt immer auch mehr oder weniger stark Wärme an, die aus dem Prozess entfernt werden muss.

Klassisch erfolgt dies durch Eintauchen der wärmeerzeugenden Einheiten in ein Ölbad. Die vom Öl aufgenommene Wärme wird verteilt und durch ein Kühlrippensystem an die Umgebungsluft a bgegeben. Weiterer Vorteil war, dass das Öl sämtliche eingetauchten Einrichtungen sehr wirksam vor Korrosion geschützt hat. Ungünstig ist, dass bei einer Wartung oder Reparatur zunächst der Gleichrichtereinsatz aus dem Öl gezogen werden muss. Als Nachteil muss wohl die Baugröße gewertet werden. Die einzige Möglichkeit die Kühlleistung zu steigern besteht darin, die Kühlwanne zu vergrößern. Es handelt sich um eine passive Kühlung, deren Leistung nur durch eine Erhöhung der Masse des Kühlmediums Öl gesteigert werden kann.

Die so gekühlten Gleichrichter enthielten zur Steuerung prinzipiell Stelltransformatoren.

Eine weitere Möglichkeit, überschüssige Wärme zu entfernen, erfolgt über den Austausch der Umgebungsluft. Dies erfolgt beispielsweise über Lüftersysteme im Gehäuse des Geräts. Hierbei ist wichtig – und dies ist unter den meisten Umständen in Galvaniken ein Problem – dass die eingespeiste Umgebungs- bzw. Kühlluft nicht schädlich für die elektronischen Komponenten des Geräts sein darf. Es dürfen keine aggressiven Medien oder hohe Luftfeuchte eingebracht werden. Luftkühlung ist nur bis zu einer gewissen Abwärme, also Gleichrichter-Leistung einsetzbar, da die Größe der Kühlaggregate mit dem Volumen der Abwärme korreliert.

Die letzte und vielleicht auch neueste Lösung ist die Wasserkühlung. Problematisch ist hier, dass Wasser als guter Leiter ungern in die Nähe von elektrischer Energie gebracht wird, sofern der wassergekühlte Leistungsteil von Steuerungskomponenten separiert werden kann. Auch darf das Kühlwasser oder -medium nicht aggressiv gegen die Kühlleitungen und -einrichtungen wirken. Dann aber ist eine hohe, aktive Kühlleistung realisierbar. Es muss bei diesem Kühltyp zwingend gewährleistet sein, dass stromführende Teile nicht in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium stehen.

Dabei sollten Gleichrichter generell so nah wie möglich an der Zelle aufgestellt werden. Sonst müssen die Leitungsquerschnitte größer dimensioniert werden.

• Spannung / Strom / Leistung

• Einspeise-Spannung (230 V / 400 V)

• Kühlart

• Aufstellungsort

• Schnittstelle / Steuerung

• Lage zum Aktivbad

• Auskunft über Anschlussart (Kupferschienen oder Kabel)