DE19539760C2

DE19539760C2 - Verfahren zur Steuerung des Wasserflusses in einem Spülsystem einer Anlage für die Galvano- und Oberflächentechnik

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Publication number: DE19539760C2
Application number: DE1995139760
Authority: DE
Original assignee: MANZ GALVANOTECHNIK GmbH
Current assignee: MANZ GALVANOTECHNIK GmbH
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2015-10-27
Also published as: DE19539760A1

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 technologischen 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 Recyclingsytemen 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 Automatisierungsmöglichkeiten 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%ige Durchmischung zwischen dem einen 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 unnötig 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.

Es ist die Aufgabe, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

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, sowie 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 exemplarisch auf eine Galvano-Trommelanlage.

Zur individuellen Steuerung der Wasserzufuhr in Spül- und/oder Abwasserkreisläufe mittels Pumpen, Magnetventilen oder über Kaskaden ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Menge der Wasserdosierung für Spülprozesse und das Aufgüllen 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 × 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 Badkonsistenz 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 Verfahren; dem Fachmann bekannte und geläufige Konstruktionsmerkmale wurden zeichnerisch nicht berücksichtigt.

Ein Beispiel für den prinzipiellen Aufbau einer Galvanoanlage ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Der Transport von Chargen wie Gestellen [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 Prozeßbädern [1], [5] und [9] zuzuführen ist, meistens unterschiedlich.

Die jeweils erforderliche Spülqualität ist abhängig von dem benötigten 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	10 000-15 000.

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 direkten Verhältnis zu

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 der 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 tatsächlichen Wasserbedarf gesteuert werden. Das Umsetzen von Spülwasser aus den Spülen [4, 8 und 10] in vorgeschaltete Bäder erfolgt durch Pumpen oder mittels Kaskadentechnik. Entscheidend 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 Anfahren 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 Wasser in das Spülsystem, da das Dreiwegeventil [14a] noch geschlossen ist. Erst wenn eine Trommel [20] die Spülstufen durchläuft, wird in Abhängigkeit von den 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 der 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 werden.

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

14

a 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

1. Verfahren zur Steuerung des Wasserflusses in einem Spülsystem einer Anlage für die Galvano- und Oberflächentechnik, bei dem für jede Charge mit einem bestimmten Warensortiment die Verschleppungsmenge aus der Warenoberfläche, der Warenform und der Eigenverschleppung des Warenträgers vor Einlauf der Charge in die Anlage ermittelt wird und als für diese Charge gültiger Bezugswert in ein Steuersystem eingegeben wird, die Abfolge der Charge durch die Anlage von der Steuerung verfolgt wird und die Frisch- oder Spülwasserzufuhr für jede Spülstation prozeßgruppenspezifisch entsprechend dem Spülkriterium der Prozeßgruppe nach dem gespeicherten Bezugswert gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warenoberfläche aus dem Galvanisierstrom abgeleitet wird.