Frequenzumrichter, regenerative Energien, Steuerungen und viele andere bequeme und darum heute selbstverständliche Elemente im betrieblichen Stromnetz verschmutzen den Spannungsverlauf. Diese Einrichtungen erzeugen Oberwellen, die den normalen Sinusverlauf der Netzspannung zum Teil so stark verzerren können, dass es zu diffusen Störungen und Ausfällen kommen kann. Christoph Fleig von plating electronics diskutiert in dieser Ausgabe des silberbird-Podcast die Hintergründe des Phänomens, wie man es messen kann und welche Möglichkeiten der Vermeidung es gibt.

Wenn man sich so wie ich schon lange im der Galvanikbusiness herumtreibt, reift schnell die Erkenntnis, dass wir Neuerungen nicht besonders aufgeschlossen gegenüber stehen. Sieht man sich Wissenschaft und Forschung an, so wird schnell klar warum das so ist: im Großen und Ganzen gilt unsere Branche seit den späten 60er Jahres des vergangenen Jahrhunderts als ausgeforscht. Warum sich dann noch mit Veränderung auseinandersetzten? Es geht doch. Und das schon über 60 Jahre lang.

Ich habe mich mit Lars Schmitt über dieses Thema unterhalten. Er hat mehrfach versucht, die Möglichkeiten der Digitalisierung auf die täglichen Problemstellungen der Beschichtungsindustrie anzuwenden. Aber er ist an der Unbeweglichkeit und dem Desinteresse der Branche gescheitert. Es wird Zeit, dass wir endlich aufwachen. Darum ist dieses Gespräch ein Muss für aufgeweckte Beschichter!

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 eingetaucht