EnviroFALK setzen neue Maßstäbe in der Abtrennung von Metallhydroxiden
Elektrochemische Metallbearbeitung (ECM)
Die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM) ermöglicht eine schnelle und exakte Bearbeitung von Präzisionsteilen, die mit herkömmlichen Methoden nicht erreicht werden können. Das Fertigungsverfahren wird häufig angewendet für schwer zerspanbare Werkstoffe, komplizierte Formen oder für Werkstücke mit innenliegenden, schwer zugänglichen Bohrungsverschneidungen. Dabei werden Metalloberflächen mittels elektrochemischen Abtragens, ohne Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug, durch Formgebung, Entgraten und Polieren bearbeitet.
Insbesondere für hochwertige Bauteile, wie zum Beispiel Turbinenschaufeln, Einspritzdüsen, Spritzgussformen oder medizinische Implantate wird das ECM-Verfahren eingesetzt. Des Weiteren entfällt bei der Technologie eine Temperaturbelastung des Grundwerkstoffs und damit auch die Gefahr einer Änderung der mechanischen Eigenschaften, was bei vielen harten Werkstoffen gewährleistet sein muss.
Bearbeitungsverfahren mit Herausforderung
Das elektrochemische Metallabtragen wird neben dem Funkenerodieren für die schnelle und belastungsarme Technologie für die Herstellung von komplexen und genauen Geometrien eingesetzt. ECM setzt voraus, dass das zu bearbeitende Material elektrisch leitend ist und unter Einwirkung von Strom in einem Elektrolyten – einer elektrisch leitenden Lösung aus meist Natriumnitrat oder Natriumchlorid in Wasser – aufgelöst werden kann. Die Auflösung erfolgt, indem das Werkstück in einem Stromkreis – Gleichstrom oder Pulsstrom – als Anode und ein Werkzeug als Kathode geschaltet wird. Wie bei der Funkenerosion ist es hierbei möglich, durch den Einsatz von Formelektroden Konturen in das Werkstück zu ätzen. Der hauptsächliche Stromfluss erfolgt an den Stellen mit dem geringsten Abstand von 0,05 mm bis 1 mm zwischen den beiden Elektroden, dem so genannten Arbeitsspalt, wodurch die Oberflächenkontur die Form der Kathode erhält. Alternativ kann eine drahtförmige Kathode in drei Achsrichtungen über die Oberfläche geführt und so die Form erzeugt werden. Der elektrochemische Abtrag ist schnell und erfolgt mit einer Geschwindigkeit bis zu einem Millimeter pro Minute auf dem gesamten Werkstück.
Wichtige Kriterien für die Prozesssicherheit sind die Überwachung und Regelung der zentralen Parameter Spannung, Temperatur und Elektrolytqualität – in erster Linie der Zusammensetzung. Nur durch die Aufrechthaltung einer konstanten Elektrolytqualität mit optimalem pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur und Reinheitsgrad ist ein effizienter Abtrag der Werkstückoberfläche möglich. Da beim elektrochemischen Abtrag Metall vom Werkstück in Lösung geht, ändert sich aber während der Bearbeitung die Zusammensetzung des Elektrolyten. Das Lösungsvermögen der Metallionen im Arbeitselektrolyten ist allerdings beschränkt und es bildet sich bei den verwendeten Elektrolyten ein Schlamm aus Metallhydroxid. Das als Metallhydroxidschlamm sich absetzende, abgetragene Material muss aus der Elektrolytlösung entfernt werden. Dafür kommen verschiedene Verfahren in Betracht.
Entfernen von Metallhydroxid – ein neuer Ansatz
Mit zu der am meisten eingesetzten Methode zum Entfernen von Metallhydroxid aus Lösungen zählt die klassische Filtration über eine Kammerfilterpresse. In der Regel liegt der Hydroxidschlamm sehr fein und als dünnflüssige Masse mit einem hohen Wasseranteil vor. Eine Kammerfilterpresse muss daher bei hoher Beaufschlagung einer täglichen intensiven Reinigung unterzogen werden. Die Reinigung wird durch zusätzliches Personal oder den Anlagenbediener der ECM-Maschine vorgenommen, wodurch ein täglicher Produktionsstillstand von bis zu einer Stunde verursacht wird.
Die Prozesswasserexperten von EnviroFALK sind seit nahezu 25 Jahren unter anderem im Bereich Pflege von Reinigungsmedien und -anlagen tätig. Mit der eigens entwickelten Ultrafiltrationsanlage hat sich das Unternehmen auf die Bedürfnisse von Kunden mit ECM-Maschinen eingestellt. Nach Ansicht von Magnus Häbel, Key Market Manager von EnviroFALK, garantiert die Ultrafiltration eine konstant hohe Elektrolytqualität als Grundvoraussetzung für einen stabilen und effizienten ECM-Prozess. Was die Anwender darüber hinaus sehr schätzen, ist der enorm reduzierte Reinigungsaufwand der Kammerfilterpresse und die einfache Entsorgung der Hydroxidfilterkuchen.
Für die prozessorientierte Umsetzung wird der belastete Elektrolyt aus dem Schmutztank der ECM-Anlage entnommen und im Kreislauf über die besonderen Kapillarmembranen der Ultrafiltration geführt. Dabei werden alle Verunreinigungen aus dem Elektrolyten entfernt. Der gereinigte Elektrolyt wird anschließend in den Sauberwassertank der ECM-Anlage zurück geleitet.
Die Ultrafiltrationsmembrane zur Reinigung der Elektrolytlösung verfügt über eine Porenweite von 0,03 µm. Ein Sterilfilter, wie er häufig in der Wasseraufbereitung eingesetzt wird, hat im Vergleich dazu eine Porenweite von 0,2 µm!
Je nach Prozessauslastung wird in regelmäßigen Intervallen eine Spülung der Ultrafiltrationsmembrane durchgeführt. Die Membrane wird vollautomatisch, nur mit dem Elektrolyten und mit Druckluft, gereinigt. Für diesen speziellen Reinigungsprozess werden keine Chemikalien eingesetzt. Dadurch ist eine mögliche Kontamination des Elektrolyten durch Fremdchemikalien ausgeschlossen.
Der bei der Membranreinigung anfallende Metallhydroxidschlamm ist bereits deutlich durch die Ultrafiltration aufkonzentriert, bevor er zur weiteren Sedimentation in einen dafür eigens entwickelten Spitzbodentank gespült wird. Im Spitzbodentank dickt sich der Schlamm weiter ein und wird anschließend über die Kammerfilterpresse abfiltriert. Die Kammerfilterpresse arbeitet im Bypass, wodurch der Metallhydroxid-Schlamm langsam und kontinuierlich aus dem Spitzbodentank entfernt wird. Diese Arbeitsweise steigert die Effizienz der Kammerfilterpresse und führt zu einem hervorragenden Filtrationsergebnis. Das dabei anfallende Filtrat wird anschließend in einem geschlossenen Kreislauf wieder in den ECM-Saubertank zurückgeführt. Der anfallende Metallhydroxidschlamm kann als stichfester Filterkuchen mühelos entsorgt werden, wobei das Reinigungsintervall von üblicherweise einmal pro Tag auf etwa einmal pro Woche verbessert wird.
Überzeugende Erfolgsbilanz
Im ECM-Prozess garantiert die Ultrafiltrationsanlage eine konstant hohe Elektrolytqualität. Auf diese Weise wird die Auslastung der ECM-Anlage deutlich erhöht. Ein weiteres Plus: Der tägliche und intensive Reinigungsaufwand der Kammerfilterpresse reduziert sich auf eine wöchentliche Reinigung von 15 Minuten. Dadurch werden unproduktive Stillstandzeiten auf ein Minimum reduziert. Darüber hinaus lassen sich die stichfesten Filterkuchen des anfallenden Metallhydroxids wesentlich einfacher und kostengünstiger entsorgen.
Ultrafiltrationsanlagen zur Aufbereitung von Elektrolyten für die elektrochemische Metallbearbeitung wrden in der Leistungsstufe 50 l/min, 100 l/min und 150 l/min angeboten. Sonderanfertigungen sind auf Kundenwunsch möglich.
EnviroFALK GmbH
Gutenbergstraße 7, D-56457 Westerburg
Ultrafiltration für die Elektrolytaufbereitung von ECM-Anlagen in der Leistungsstufe von 100 l/min
Magnus Häbel, Key Market Manager von EnviroFALK: Die Ultrafiltration garantiert eine konstant hohe Elektrolytqualität, die Grundvoraussetzung für einen stabilen und effizienten ECM-Prozess
EnviroFALK GmbH
Seit der Gründung der EnviroFALK GmbH im Jahr 1989 stand die Idee im Fokus, Rein- und Prozesswasseranlagen für Industrie und Gewerbe zu entwickeln. Das Unternehmen steht für branchenspezifische Verfahren und Anlagen der Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung. Das Produktangebot umfasst Lösungskonzepte für den Werkzeug- und Formenbau, die Metallindustrie, Optische Industrie, Glas-, Solar- und Grafische Industrie bis hin zu Medizintechnik, Gewerbliche Küche und Energieerzeugung. Die ressourcenschonende EnviroFALK-Kreislauftechnik, die das aufbereitete Wasser wieder in den Prozess zurückführt, zeigt den verantwortungsbewussten ökologischen und ökonomischen Umgang mit Wasser. Zu den speziellen Wasseraufbereitungsverfahren des Unternehmens mit Sitz in Westerburg gehören physikalische Verfahren wie Filtration, Ionenaustausch mit Harz-Regenerationsservice, Membrantechnologien wie Umkehrosmose und Ultrafiltration oder Elektrodeionisation (EDI) sowie chemisch-physikalische Verfahren.
