DE19539760A1 - Wasserdosiereinrichtung für Spülsysteme zur Reduzierung des Wasserverbrauchs bei Anlagen der Galvano- und Oberflächentechnik - Google Patents
Wasserdosiereinrichtung für Spülsysteme zur Reduzierung des Wasserverbrauchs bei Anlagen der Galvano- und OberflächentechnikInfo
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Description
In Anlagen zur chemischen und/oder galvanischen Behandlung von Gütern an Gestellen, in
Trommeln oder Körben muß nach jeder Behandlungsstufe die Chemikalien enthält gespült
werden um die verschleppten Behandlungslösungen zu verdünnen.
Die zu treffenden Maßnahmen beziehen sich auf drei Aufgabenbereiche:
- 1. Umweltschutz.
- 2. Prozeßbeherrschung.
- 3. Qualitätssicherung.
Nach dem Stand der Technik sind mehrere Methoden für Spülsysteme bekannt, die meistens
mit Rückführ-, Recycling- oder Verdampfungssystemen gekoppelt sind.
Schwachpunkt aller bisher bekannten Spülsysteme ist es, die jeweils notwendige
Zugabemenge von Frischwasser während der Produktionsabfolgen für den Spül- und
Abwasserkreislauf so einzustellen, daß das Gleichgewicht der Spülwasserqualität in jeder
Spülstufe gesichert ist, die Frischwasserzufuhr dem Technologischem-Bedarf entspricht und
ein unnötig hoher Wasserverbrauch vermieden wird.
Ein sparsamer Umgang mit Wasser in den Spül- und Abwasserkreisläufen setzt voraus, daß
immer nur soviel Wasser in die Arbeitskreisläufe zugeführt wird wie zur Aufrechterhaltung
der Prozeßsicherheit und der Abwasseraufbereitung erforderlich ist.
Zur generellen Reduzierung des Wasserverbrauchs bei Anlagen für die Galvano- und
Oberflächentechnik kommen Standspülen, Mehrfachspülsysteme und Kaskadenspülsysteme
zur Anwendung. Zur Wasseraufbereitung sind in der Praxis die Spül- und Abwasserkreisläufe
mit Rückführ- und/oder Recyclingsystemen verbunden. Bisherigen Veröffentlichungen sind
alle diesbezüglichen Zusammenhänge zu entnehmen. Eine Übersicht bietet das "Handbuch
der Abwasser- und Recyclingtechnik" von Hartinger, erschienen 1990 im Carl Hanser Verlag,
München und die Aufsatzreihe von Winkler, "Spülen, Qualitätssicherung und Umweltschutz"
erschienen in den Ausgaben 9/94, 10/94, 11/94, 12/94, 3/95, 4/95, 5/95 und 9/95 in der
Fachzeitschrift Galvanotechnik, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau.
In der Praxis der Anwendungstechnik bleibt es wegen fehlender praxisgerechter
Automatisierungmöglichkeiten dem Bedienungspersonal überlassen die Wasserzufuhr für
Spülsysteme von Hand einzustellen. Dies führt dazu, daß der "Wasserhahn" fast immer weiter
aufgedreht wird als erforderlich um auf der sogenannten sicheren Seite zu liegen.
Das Wasser läuft dann kontinuierlich von Schichtbeginn bis zum Ende einer Schicht ohne
Rücksicht auf Betriebszustände während der Produktion, bei denen sich der Spülwasserbedarf
ändert. Zur Vermeidung solcher Zustände wurde vorgeschlagen den Wasserzufluß in die Spül-
und / oder Abwasserkreisläufe in Abhängigkeit von der Änderung der Leitfähigkeit von
Flüssigkeiten in den relevanten Prozeßstationen zu steuern. Diese Methode der automatischen
Steuerung der Wasserversorgung ist aber nur bedingt brauchbar weil zum Beispiel nach der
Einschleppung von 1 Liter Elektrolyt in ein Spülbad von 1000 Liter Inhalt eine sichere
Messung erst dann möglich ist, wenn eine 100% tige Durchmischung zwischen dem einem
Liter und den 1000 Litern stattgefunden hat. Eine weitere Voraussetzung für ein brauchbares
Meßergebnis ist die laufende Wartung der Meßelektrode. Hinzu kommt noch der Umstand,
daß nicht alle Chemikalien und sonstigen Badzusätze mittels Leitwertmessung zu erfassen
sind.
Die Mängel, mit denen die Leitfähigkeitsmeßmethoden zur Steuerung der Wasserdosierung
zum Zwecke der Wassereinsparung und zur Sicherung der Prozeßfähigkeit für Anlagen der
Galvano- und Oberflächentechnik behaftet ist sind ein Grund dafür, daß in der Betriebspraxis
noch immer in sehr großem Umfang auf eine automatische Steuerung der Frischwasserzufuhr
verzichtet wird.
Die Folge ist ein unnotig hoher Wasserverbrauch, der erhöhte Betriebs- und
Betriebsmittelkosten verursacht. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Steuerungen für
die Wasserdosierung in Spülsystemen ist darin zu sehen, daß aus technischen und
kostenmäßigen Gründen nicht alle relevanten Naß-Stationen in ein ganzheitlich wirkendes
Meß-, Regel- und Steuersystem einbezogen werden können; Störungen in der Prozeßführung,
bei der Spülwasserdosierung und im Bereich der Abwasseraufbereitung sind deshalb nicht
immer mit Sicherheit zu vermeiden.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen die Zudosierung von Frischwasser in die Spülsysteme
und das Nachfüllen von Chemischen-Bädern aus den sogenannten Sparspülen davon abhängig
zu machen, welche Menge von Behandlungslösungen während der einzelnen Prozeßschritte
im Verlauf der Prozeßabfolgen von Bad zu Bad tatsächlich verschleppt wird. Die Anwendung
dieser Technik ist bei allen bekannten Ausführungen von Spülabfolgen, die mit Pumpen,
Magnetventilen oder als Kaskade arbeiten, möglich. Besondere Prozeßabfolgen ergeben sich
zum Beispiel auch während der Ein- und Auslaufzeiten bei Trommelanlagen die bis zu
2 Stunden dauern, so wie bei sogenannten Leertakten und beim Transport nicht gefüllter
Trommeln durch die Produktionsanlage, was in der Betriebspraxis immer wieder vorkommt.
Sehr unterschiedliche Verschleppungsraten bestehen beispielweise auch zwischen Trommel-
und Gestellchargen. Arbeitet eine Anlage im Mischbetrieb für Trommel- und Gestellware
ist es erforderlich, im Verlauf der Produktionsabfolgen die Wasserdosierung für die
Spülstufen der jeweiligen Verschleppungsrate anzupassen.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine Galvano-Trommelanlage, sinngemäß
gilt sie natürlich genauso für Gestell- und Korbanlagen, bzw. für artverwandte Anlagen.
Zur individuellen Steuerung der Wasserzufuhr in Spül- und/oder Abwasserkreisläufe mittels
Pumpen , Magnetventile oder über Kaskaden ist erfindungsgemäß vorgesehen die Menge der
Wasserdosierung für Spülprozesse und das Auffüllen von Bädern aus den Standspülen von
der jeweiligen aktuellen Verschleppungsmenge beim Warentransport durch eine Anlage
abhängig zu machen. Als Bezugsgröße dient dabei die Warenoberfläche, die Warenart und der
Verschleppungsfaktor von Leertrommeln, wobei sich aus der Warenoberfläche und der
Warenart ein Multiplikator für die jeweils tatsächliche Beladung einer Trommel ergibt.
Beispiel: Verschleppungsmenge einer bestimmten Leertrommel 0,5 Liter.
Verschleppungsmenge einer bestimmten Warensorte
von 1 kg mit einer bestimmten Oberfläche 0,04 Liter.
Wird nun eine Trommel mit 65 kg Ware beladen, so ist die Verschleppungsmenge:
Trommelanteil | |
0,5 Liter | |
Warenanteil (65 kg X 0,04 Ltr.) | 2,6 Liter |
Gesamtverschleppung | 3,1 Liter |
Für jede Charge mit einem bestimmten Warensortiment wird der Verschleppungsfaktor nach
betriebsinternen Möglichkeiten ermittelt, wie zum Beispiel:
- 1. durch Analytische-Messungen im Bereich der Spülbäder während einer oder mehrerer Produktionsabfolgen,
- 2. in Anlehnung an den benötigten Galvanisierstrom, der in einem direktem Verhältnis zur Warenoberfläche und damit auch zum Ladegewicht steht, oder
- 3. aus Erfahrungswerten der Betriebspraxis.
Beim Einlauf einer Charge in die Anlage werden die für diese Charge gültigen Bezugswerte
in ein Steuersystem eingegeben, wobei der Bezugswert für die Trommel bereits in der
Steuerung abgelegt ist. Die Abfolge der Trommel durch die Anlage wird von der Steuerung
verfolgt, der Spülwasserfluß und die Wasserzufuhr wird für jede Spülstation bedarfsspezifisch
optimiert.
Der Nachschub an Frischwasser in die Behandlungsstationen erfolgt nach individuellen
Erfordernissen der Prozeß- und Abwassersicherheit. Da ohne zusätzlichen Aufwand alle Naß-
Stationen über das Steuersystem erfaßt werden können, ist es auch möglich das Nachfüllen
chemischer Bäder aus den Sparspülen zu automatisieren und überschüssiges Wasser der
Wiederaufbereitung zuzuführen.
Der "Aufgedrehte Wasserhahn" gehört damit der Vergangenheit an, das für die
Prozeßabfolgen notwendige Gleichgewicht der Badkonsistens wird sichergestellt und damit
werden die Betriebsbedingungen für Umweltschutz, Prozeßbeherrschung und
Qualitätssicherung besser als bisher erfüllt.
Die Erfindung wird an schematisch dargestellten Beispielen beschrieben, sie beschränken sich
auf das Wesentliche der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfähren; dem Fachmann
bekannte und geläufige Konstruktionsmerkmale wurden zeichnerisch nicht berücksichtigt.
Ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau einer Galvanoanlage ist in Fig. 1 chematisch
dargestellt. Der Transport von Chargen wie Gestelle [19], Trommeln [20] oder Körben [21]
erfolgt bei einer solchen Anlage in bekannter Weise durch automatisch gesteuerte
Transportsysteme die zum Stand der Technik gehören; sie sind in die Zeichnung Fig. 1 nicht
einbezogen. Beim Transport der Chargen durch eine Badreihe [1] bis [10] ist die jeweils
erforderliche Spülwassermenge, die den Spülbädern nach den Prozeßbäder [1], [5] und [9]
zuzuführen ist, meistens unterschiedlich.
Die jeweils erforderliche Spülqualität ist abhängig von dem benötigtem Verdünnungsfaktor
bzw. von der zulässigen Restkonzentration. Dem Fachmann ist bekannt, daß nach einer
chemischen Entfettung die Restkonzentration wesentlich höher liegen darf als beispielweise
nach einem Nickelbad.
Verdünnungsfaktoren für einige Elektrolyte die nach dem Stand der Technik einzuhalten sind:
Entfettungen | |
150-200 | |
Verzinkung | 1000-2000 |
Glanzvernicklung | 5000-7000 und |
Glanzchrom | 10000-15000 |
Um die dafür benötigte Menge an Spülwasser drastisch zu reduzieren werden in bekannter
Weise Mehrfachspülen, in unterschiedlichen Konfigurationen, eingesetzt. Bestehen bleibt aber
die Tatsache, daß letztlich die benötigte Frischwassermenge von der Verschleppung an
Chemikalien in das Spülwassersystem abhängt, und daß diese Verschleppungsmenge in einem
direktem Verhältnis zur
- 1. Warenoberfläche,
- 2. der Warenform, wie zum Beispiel schöpfende Teile, und
- 3. bei Trommelanlagen zu der Eigenverschleppung der Trommel steht.
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen aus den drei vorgenannten Einflußgrößen einen
Bezugswert zu ermitteln der chargenspezifisch angewendet werden kann und den Wasserfluß
in einem Spülsystem mittels Datenverarbeitung steuert. Mengenabhängige Bezugswerte bei
der Trommelgalvanisierung können beispielweise aus einer Wägevorrichtung automatisch in
ein Steuersystem übertragen werden.
Die erste Prozeßgruppe besteht aus dem Prozeßbad [1] und den Spülbädern [2] bis [4], die
zweite Prozeßgruppe aus dem Prozeßbad [5] und den Spülbädern [6] bis [8] und die dritte
Prozeßstufe aus dem Prozeßbad [9] und dem Spülbad [10] mit Brausevorrichtung [22]. Sie
stellen den prinzipiellen Aufbau bekannter Spülsysteme dar die in mannigfaltiger Weise
variierbar, kombinierbar und in der Anzahl der Spülstationen erweiterbar sind.
Die Zuleitung von Frischwasser in die Spülbäder [4], [8] und [10] erfolgt über die
Magnetventile [14, 15 16] die in Abhängigkeit vom tatsächlichem Wasserbedarf gesteuert
werden. Das Umsetzen von Spülwasser aus den Spülen [4, 8 und 10] in vorgeschaltete Bäder
erfolgt durch Pumpen oder mittels Kaskadentechnik. Entscheident dabei ist, daß die
Magnetventile und Pumpen erst dann in Aktion gesetzt werden wenn eine Charge die
entsprechende Badstation erreicht; und die Wasserzufuhr bedarfsspezifisch begrenzt wird.
Wenn man bedenkt, daß in der Praxis beim Betrieb von Trommelanlagen beim Anfähren einer
Anlage zu Betriebsbeginn die letzte Prozeßstufe erst nach ca. 2 Stunden erreicht wird und bei
Betriebsende die erste Prozeßstufe bis zum Auslauf der Schicht nicht mehr beschickt wird ist
leicht zu erkennen wie wichtig es ist, die Wasserzufuhr auch für diese Betriebsphasen
bedarfsspezifisch zu steuern um Ressourcen zu sparen und die Betriebskosten zu senken.
In Fig. 2 ist nur eine Prozeßgruppe dargestellt um das erfindungsgemäße Prinzip der
Wasserdosiereinrichtung für Spülsysteme und das Weiterleiten von angereichertem
Spülwasser aus der Standspüle [2] in das Prozeßbad [1] in weiteren Einzelheiten zu
beschreiben. Bei Betriebsbeginn wird das Ventil [13] geöffnet, es fließt aber noch kein
Walser in das Spülsystem da das Dreiwegeventil [14a] noch geschlossen ist. Erst wenn eine
Trommel [20] die Spülstufen durchläuft wird in Abhängigkeit der in der Steuerung
abgelegten Bezugsdaten die vorbestimmte Menge an Frischwasser dem Spülbad [4] direkt
und/oder über die Brausevorrichtung [22] zugegeben. Der Transport von Spülwasser aus dem
Spülbad [4] in das Spülbad [3] und aus [3] in das Spülbad [2] erfolgt bei diesem Beispiel
mittels den Pumpen [23] bzw. [24] die ebenfalls bedarfsabhängig von den in dem
Datenspeicher [11] abgelegten Daten über das Steuerwerk [12] gesteuert werden. Als
Datenspeicher und Steuergerät bieten sich beispielweise SPS-Steuerungen oder PC an.
Aus der Standspüle [2] wird in der Regel das überschüssige Wasser über die Pumpe [25] und
das Magnetventil [26] der Wasseraufbereitung zugeführt. Zum Auffüllen des Prozeßbades [1]
wird das mit Prozeßlösung angereicherte Spülwasser aus der Standspüle [2] verwendet. Beim
umpumpen der Flüssigkeit aus der Standspüle [2] in das Prozeßbad [1] bleibt das
Magnetventil [26] geschlossen und das Magnetventil [27] wird geöffnet. Die Anforderung
zum Auffüllen des Prozeßbades [1] kann entweder aus der Bezugs-Datenauswertung der
Datenabfolgen kommen oder von der Füllstand-Kontrollvorrichtung [28] die auch als
Überlaufsicherung fungiert und in das datentechnische Steuersystem einbezogen ist.
Sinngemäß wird der Spülwasserfluß in jeder Prozeßgruppe gesteuert. Die Anzahl und Art der
Spülstufen, die Anordnung der Spülbäder zueinander oder die Verwendung sogenannter
Spülbatterien die außerhalb der Produktionslinie installiert sind kann dabei beliebig variiert
werde.
Bezugszeichenliste
PB Prozeßbad, chemisch oder elektrolytisch
Sp Spülbäder, können beliebig variiert, kombiniert oder erweitert werden
1 bis 10 Behandlungsstationen als Teilansicht einer Produktionslinie
11 Datenspeicher
12 Steuergerät
13 Ventil
14 Ventil
14a Dreiwegeventil
15 Ventil
16 Ventil
17 Ventil
18 Ventil
19 Gestell-Charge
20 Trommel-Charge
21 Korb-Charge
22 Brausevorrichtung
23 Pumpe
24 Pumpe
25 Pumpe
26 Ventil
27 Ventil
28 Meß-, Steuer- und Regelvorrichtung für Füllstandkontrolle
Sp Spülbäder, können beliebig variiert, kombiniert oder erweitert werden
1 bis 10 Behandlungsstationen als Teilansicht einer Produktionslinie
11 Datenspeicher
12 Steuergerät
13 Ventil
14 Ventil
14a Dreiwegeventil
15 Ventil
16 Ventil
17 Ventil
18 Ventil
19 Gestell-Charge
20 Trommel-Charge
21 Korb-Charge
22 Brausevorrichtung
23 Pumpe
24 Pumpe
25 Pumpe
26 Ventil
27 Ventil
28 Meß-, Steuer- und Regelvorrichtung für Füllstandkontrolle
Claims (6)
1. Wasserdosiervorrichtung für Spülsysteme zur Reduzierung des Wasserverbrauchs bei
Anlagen für die Galvano- und Oberflächentechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spülwasserzufuhr für die einzelnen Spülstationen [2, 3, 4, 6, 7, 8 und 9] in Abhängigkeit von
der tatsächlich verschleppten Menge an Behandlungslösungen in die Spülstufen erfolgt, an die
Transportabfolgen der Chargen gebunden ist, den technologischen Bedarf in den
verschiedenen Prozeßgruppen berücksichtigt, der gesamten Frisch- und Spülwasserfluß
mittels Bezugswerten die sich aus den Verschleppungseigenschaften der Chargen ergeben
über ein datentechnisches Steuersystem [11 und 12] ganzheitlich optimiert wird, und
Prozeßbäder [1, 5, und 9] nach Bedarf aus den dazugehörenden Standspülen [2, 6 und 10]
aufgefüllt werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswerte zur
Steuerung des Frisch- und Spülwasserflusses von der Warenoberfläche und deren
Beschaffenheit abgeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswerte zur
Steuerung des Frisch- und Spülwasserflusses von dem für eine Charge bestimmten
Galvanisierstrom, evtl. auch noch unter Berücksichtigung der Galvanisierzeit, abgeleitet
werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Steuervorrichtung [11
und 12] die für jede Charge eingegebenen Bezugswerte während einer Produktionsabfolge
prozeßgruppenspezifisch zur Anwendung kommen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß die der Wasserführung dienenden
Dosiermengen immer nur dann bad- und chargenspezifisch in Anspruch genommen werden
wenn eine Charge in einem Spülbad abgesetzt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels automatisch
gesteuerter Ventile [14, 14a, 15, 16, 17 und 26], so wie den Pumpen [23, 24 und 25] der
Spülwasserfluß, die Spülwasserdosierung und die Frischwasserzufuhr individuell durch
chargenspezifische Bezugswerte gesteuert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995139760 DE19539760C2 (de) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Verfahren zur Steuerung des Wasserflusses in einem Spülsystem einer Anlage für die Galvano- und Oberflächentechnik |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995139760 DE19539760C2 (de) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Verfahren zur Steuerung des Wasserflusses in einem Spülsystem einer Anlage für die Galvano- und Oberflächentechnik |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19539760A1 true DE19539760A1 (de) | 1997-04-30 |
DE19539760C2 DE19539760C2 (de) | 1998-06-04 |
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ID=7775761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995139760 Expired - Fee Related DE19539760C2 (de) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | Verfahren zur Steuerung des Wasserflusses in einem Spülsystem einer Anlage für die Galvano- und Oberflächentechnik |
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Country | Link |
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