Ausreichend Strom zum Galvanisieren - das Labornetzgerät

Entscheidend für ein gutes Ergebnis beim Galvanisieren ist micht zuletzt die passende Stromstärke. Labornetzgeräte sind relativ günstige, regelbare Konstantstromquellen, die sich sehr gut dafür eignen. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie den benötigten Strombedarf beim Galvanisieren errechnen. Außerdem finden Sie am Ende einige Hinweise auf mögliche Fehlerquellen.

Ich halte Labornetzgeräte für eine kostengünstige Spannungsquelle für das Galvanisieren. Insbesondere dann, wenn es darum geht, größere Objekte zu Galvanisieren. Warum ich das denke, möchte ich mit einem Blick auf die praktischen Alternativen einmal verdeutlichen:

Für das Galvanisieren benötigen Sie nur eine geringe Spannung von Ein bis Zwei Volt. In den meisten Fällen werden Sie deshalb mit einer Batterie als Stromquelle ganz gute Ergebnisse erzielen. Anders sieht es aus, wenn Sie großflächige Gegenstände galvanisieren möchten oder dickere Schichten erzielen wollen. Denn die benötigte Stromstärke ist von der Größe der Fläche abhängig. Möchten Sie zum Beispiel Galvanoplastiken erstellen, werden Sie deshalb mit einer Haushalts-Batterie nicht sehr weit kommen.

Inhaltsverzeichnis

Der Strombedarf

Die Frage nach der geeigneten Stromquelle für das Galvanisieren hängt natürlich zunächst davon ab, welche Stromstärke Sie benötigen:

Für die Galvanisierung mit Kupfer brauchen Sie pro cm² etwa 20mA (0,02A). ( Das große A ist das Zeichen für die Einheit Ampere, mit der die Stromstärke bezeichnet wird.) Für die Oberfläche des zu galvanisierenden Gegenstandes nehme ich einfach mal 300 cm². Das ist etwa die Fläche einer DIN A5 Seite.

Damit kommen Sie bei 300 cm² auf 6 Ampere

( 0,02 A / cm² * 300 cm² = 6 A )

Diese Stromstärke muss Ihre Spannungsversorgung hergeben, ob Batterie oder Netzgerät. Und zwar so lange, bis der Metallüberzug die gewünschte Schichtdicke erreicht hat. Sonst wird das nix mit dem Galvanisieren einer so großen Fläche.

Ein herkömmliches, linear geregeltes Netzteil hat damit schon richtig zu tun und wandelt dabei technisch bedingt sehr viel mehr Energie um als eigentlich benötigt wird. Diesen nicht verwertbaren Teil nennt man Verlustleistung, die sich als Wärmeentwicklung bemerkbar macht. Und wie Sie gleich sehen werden, scheint man mit herkömmlichen Mitteln beim Galvanisieren mit hohen Strömen um diese Verlustleistung nicht herum zu kommen.

Galvanisieren mit der Autobatterie

Die Idee eines Lesers war es, eine sehr viel stärkere Batterie, zum Beispiel eine Autobatterie, zu verwenden. Zugegeben, keine wirkliche Konstantstromquelle, denn irgendwann wäre auch die Autobatterie leer. Aber immerhin können Starterbatterien kurzfristig mehrere Hundert Ampere liefern und wirklich viel Energie speichern. Das könnte unter Umständen auch für unsere Zwecke ausreichen.

Die gespeicherte Energiemenge, die Kapazität, einer Autobatterie wird in Amperestunden (Ah) auf dem Typenschild angegeben. Dabei bedeutet h die Zeit in Stunden. Wie lange eine Autobatterie die geforderte Stromstärke liefern kann, lässt sich mit einer einfachen Formel berechnen:

Kapazität Q * Nennspannung V / entnommene Leistung P

Die entnommene elektrische Leistung P ist das Produkt aus Spannung (V) und Stromstärke (A). Steht da zum Beispiel 36Ah, bedeutet das, die Batterie kann 36 Stunden lang einen Strom von 1 Ampere oder eben 6 Stunden lang einen durchschnittlichen Strom von 6 Ampere liefern:

36 Ah * 12V / 12V * 6A = 6h

da die Stromentnahme während der gesamten Dauer konstant bleibt, kann man auch verkürzt rechnen:

36Ah / 6A = 6h

Nach etwa sechs Stunden müssen Sie die Autobatterie also wieder aufladen um weiter galvanisieren zu können.

Ob das eine Lösung ist hängt davon ab, was Sie erreichen wollen: Wenn Sie dickere Schichten erzielen möchten, kann das Galvanisieren schon mal einige -zig Stunden dauern und in diesem Fall reicht ganz offensichtlich auch eine starke Autobatterie nicht aus.

Galvanisieren oder heizen?

Ein wirkliches Problem aber ist die Stromregelung. Und hier kommt wieder (noch eine zusätzliche) Verlustleistung in‘s Spiel: Damit Sie die benötigte Stromstärke erhalten, müssen Sie einen Vorwiderstand in den Galvanisier-Stromkreis einbauen. Die gesamte nicht benötigte Energie wird in diesem Widerstand in Wärme umgewandelt. Und bei einigen Ampere ist das ( I² * R = 36 * 2 = 72Watt) ‚ne ganze Menge.

Die Wärmeverluste treten bei dieser Art der Stromregelung immer auf. Ganz gleich, ob Sie den Strom aus einer Batterie oder aus dem Netz beziehen. Und das gilt übrigens auch, wenn Sie das Ganze mit einer Transistorschaltung oder mit einem Spannungsregler-IC(kann man auch als Stromregler zweckentfremden ) aufbauen. Spannungs-/Stromregler dieser Art belasten die Spannungsquelle immer mit der gesamten Leistung: Die nicht benötigte Energie wird ganz einfach „verbraten“, in Wärme gewandelt.

Und eine wirklich preiswerte Bastellösung ist es auch nicht. Bei so hohen Leistungen kommen eigentlich nur Drahtwiderstände in Frage. Ein entsprechender 100 Watt-Widerstand kostet so etwa ab 10 Euro. Wenn Sie Ihre Berechnungen für eine andere Flächengröße anstellen, brauchen Sie natürlich einen anderen Widerstand. Auf die Dauer wird das also kostspielig.

Etwas sinnvoller erscheint da die Investition in einen regelbaren Widerstand, ein Drahtpoti, das diese Leistungen verkraftet. Der Widerstand ist damit in einem bestimmten Bereich, zum Beispiel von 0 bis 100 oder von 0 bis 1000 Ohm einstellbar. Je größer der Regelbereich, umso ungenauer wird die Einstellung. Kostenpunkt: etwa 20 Euro.

Mit sehr geringer Verlustleistung und Wärmeentwicklung kommt hingegen ein Labornetzgerät aus. Das entnimmt dem Netz nur einen sehr geringen Eigenverbrauch und zusätzlich genau so viel Leistung, wie Sie zum Galvanisieren benötigen. Und das ist nicht etwa ein Werbegag. Es gibt tatsächlich Techniken (PWM, Phasenanschnittsteuerung), die bewirken, dass nur genau so viel Energie wie benötigt aus der Netzspannung gewandelt wird.

Also: Wenn Sie hin und wieder umfangreiche und leistungshungrige Galvanisierarbeiten durchführen möchte, mag es reichen, mit einer Autobatterie oder einem starken herkömmlichen Netzteil zu arbeiten und sich an entsprechend dimensionierten Vorwiderständen die Finger zu verbrennen. Für häufigere Galvanisierarbeiten und wenn man an reproduzierbaren Ergebnissen, und einfacher Bedienung interessiert ist, ist man mit einem Labornetzgerät gut beraten.

Sicherheitshinweise

Der hier verwendete Kupfer-Elektrolyt besteht aus Kupfersulfat, gelöst in Wasser und 10-prozentiger Schwefelsäure. Schwefelsäure ist stark ätzend. Kupfersulfat ist giftig. Deshalb sollten Sie einige Ratschläge und Hinweise beim Umgang mit diesen Chemikalien beherzigen:

Die Spannungsversorgung

Galvanisieren Sie größere Gegenstände, brauchen Sie mehr Strom. Batterien eignen sich dafür nicht mehr. Sie benötigen dafür also ein Kleinnetzteil. Die im Handel erhältlichen Geräte sollten alle Sicherheitsvorschriften erfüllen. Wenn Sie zuviel mit Flüssigkeiten herumgepantscht haben, legen Sie zunächst alles wieder trocken. Schwefelsäure ist ein guter elektrischer Leiter!

Einige Worte zum Verchromen

Nach dem Erscheinen der Artikelserie erhielt ich eine Email mit der Frage eines Lesers, was es denn beim Verchromen zu beachten gäbe. Der beste Tipp, den ich damals geben konnte gilt auch heute noch für mich: Lassen Sie’s einfach. Es gibt Seiten im Internet, die hierzu Anleitungen verbreiten. Ich halte nichts davon, weil:

Schon das Einatmen der Dämpfe und Aerosole von Chromelektrolyten ist richtig fies giftig. Sie brauchen extrem hohe Ströme zum Verchromen. Der Verchromungsprozess, oder vielmehr sein Ergebnis, wird durch mehrere verschiedene Parameter gesteuert, wie Bewegung, Stromstärke, Temperatur und weitere zusätzliche Chemikalien. Schlicht und ergreifend ist das ohne die entsprechende technische Ausstattung nicht zu schaffen und im nicht-professionellen Bereich sowieso völlig unwirtschaftlich.

Und wenn Sie nicht wirklich an guten Ergebnissen interessiert wären, könnten Sie auch gleich irgend einen Chrom-Sprühlack verwenden. Und lassen Sie sich da nicht über den Nuckel ziehen: solche Sprühlacke sind ganz normale Kunstharzlacke, Verchromen kann man damit nicht.

Ich behaupte, selbst wenn Sie Ihre zu verchromenden Teile zum erstbesten Galvanisierbetrieb in der Nähe geben, fahren Sie immer noch günstiger. Teuer ist übrigens nicht das Verchromen an sich, sondern vielmehr die Vorarbeit. Für ein wirklich gutes Ergebnis müssen die Oberflächen absolut glatt sein. Wieviel Vorarbeit dazu erforderlich ist, hängt natürlich vom Zustand ab. Durch Rost entstandene Unebenheiten müssen ausgeglichen werden. Das erfordert unter Umständen sogar sehr aufwendige manuelle Handarbeit.

Ich würde Ihnen empfehlen: erkundigen Sie sich beim Galvanisierbetrieb vor Ort oder im Internet, welche Kosten sie durch Übernahme dieser Vorarbeiten einsparen können. Gute Betriebe werden Sie beraten, denn auch diese Vorarbeiten sind nicht ganz ohne Gesundheitsrisiken.

Chemisches Galvanisieren

Es gibt das stromlose Galvanisieren, bei dem durch Einsatz chemischer Mittel auf eine äußere Spannungsquelle verzichtet werden kann. Es laufen „im Innern“ allerdings die selben elektrochemischen Vorgänge wie beim herkömmlichen Galvanisieren ab. Für den Hobbybereich halte ich die stromlosen Verfahren allerdings kaum für geeignet. Zum einen sind die benötigten Chemikalien derart giftig, dass einem schon beim Aussprechen Ihrer Bezeichnungen übel wird, zum anderen dürfte die Beschaffung, Lagerung und Entsorgung usw. für Laien schwierig sein.

FAQ

Wie kann ich die Dicke der Metallschicht messen?

Die Dicke der Metallschicht bewegt sich im Bereich von wenigen Tausendstel Millimetern. Da ist im Hobby-Bereich nichts mit Messen! In der Industrie wird mit einem „Elcometer“ das Induktionsverhalten der aufgetragenen Metallschicht bestimmt, was einen Rückschluss auf die Schichtdicke gestattet. Diese Geräte arbeiten sehr genau, sind aber für sonst nix zu gebrauchen. Wirklich gute Geräte kosten mehrere Hundert Euro.

Wie kann ich das Galvanisieren beschleunigen?

Gar nicht! Die Masse des abgeschiedenen Metalls ist proportional zur Menge der elektrischen Ladung, die durch den Elektrolyten geleitet wird. Sie müssten also die Stromstärke und damit die Stromdichte erhöhen. Das führt zu Problemen. (s. nächste Frage)

Die beim Galvanisieren aufgebrachte Metallschicht lässt sich wieder abwischen. Was läuft falsch?

Vermutlich haben Sie einen zu hohen Strom eingestellt. Eine zu hohe Stromdichte führt beim Galvanisieren sehr oft zu rauhen oder verschlammten Oberflächen. Oder Ihr Kupferbad ist nicht richtig angesetzt. Unter bestimmten Bedingungen setzt sich Kupfersulfat gerne in kristalliner Form ab.

Wie kann ich beim Galvanisieren den Strom konstant halten?

Solange Sie nicht wirklich große Oberflächen galvanisieren, brauchen Sie sich um die Regelung der Stromstärke keine Sorgen zu machen. Werden größere Flächen galvanisiert, braucht man höhere Stromstärken. Hier sollte schon eine Regelung vorhanden sein. Eine Stromregelung macht vor allem bei Galvanisierungsprozessen Sinn, die entweder einen veränderlichen Stromverlauf erfordern, oder bei denen die Leitfähigkeit der Oberfläche durch das abgeschiedene Material verändert wird (Eloxieren). Im Hobbybreich genügt es zur Kontrolle der Stromstärke ein Multimeter als Strommesser in den Stromkreis zu schalten.

In Winkeln aufeinander treffender Flächen scheint das Metall nicht abgelagert zu werden. Woran liegt das und wie lässt sich das verhindern?

Das hat vor allem zwei Ursachen: Beim Galvanisieren bildet sich nach dem Einschalten der Spannung im Elektrolyten ein elektrisches Feld auf. Dieses Feld kann man sich als eine mehr oder weniger große Anzahl von Linien zwischen Anode und Kathode vorstellen. Die im Elektrolyten gelösten Metallionen bewegen sich entlang dieser Feldlinien zur Kathode hin und werden dort abgeschieden. Entscheidend für eine gleichmäßige Metallschicht ist also eine möglichst gleichmäßige Dichteverteilung der Feldlinien. Zurück liegende oder verdeckte Bereiche weisen aber weniger Feldlinien pro Flächeneinheit auf als andere. Demnach gelangen dort auch weniger Metallionen hin. Bei hervorstehenden Ecken und Kanten verhält es sich genau anders herum. Hier ist das elektrische Feld sehr dicht, weshalb dort auch mehr Metall abgeschieden wird. Man sollte also schon bei der Konstruktion oder bei der Wahl des Gegenstandes scharfkantige Ecken und hervorstehende Spitzen nach Möglichkeit ebenso vermeiden wie kantige Vertiefungen. Man kann außerdem versuchen, durch die geeignete Platzierung mehrerer kleiner verbundener Elektroden diese Störungen im elektrischen Feld auszugleichen. Eine weitere Ursache kann ein durch die angelegte Spannung verursachtes Ladungsträgergefälle bzw. eine ungleichmäßige Verteilung der Ladungsträger im Elektrolyten sein, was die elektrochemischen Eigenschaften auf lokal sehr eng begrenztem Raum verändern kann. Vorhersehbare Ergebnisse, gerade beim Galvanisieren feiner Strukturen, wird man nur nach sehr viel Herumexperimentieren erhalten.

Ich brauche den Elektrolyten nicht mehr, wie kann ich ihn umweltfreundlich entsorgen?

Elektrolyte gehören unter keinen Umständen in die Kanalisation, sondern als Sondermüll zum Entsorgungsbetrieb Ihres Vertrauens. Auskünfte erhalten Sie von Ihrer Stadt- oder Gemeindeverwaltung. Mixen Sie zur Entsorgung bestimmte Chemikalien nicht willkürlich zusammen, sondern in getrennten und auffällig gekennzeichneten Behältern und lagern diese bis zur endgültigen Entsorgung an einem sicheren, für Kinder unzugänglichen Ort.

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