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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Elektroplattieren mit bewegtem Elektrolyten.
Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt, bei welcher der Elektrolyt zur rascheren Erzeugung der Metallschicht mittels eines konstruktiv aufwendigen Rührwerkzeuges in Bewegung versetzt wird. Der wesentliche Nachteil der bekannten Ausführung besteht jedoch darin, dass sie sich nur zur Behandlung einfach geformter Gegenstände eignet, die in den Elektrolyten zur Gänze eingetaucht werden müssen, was die Anwendung relativ grosser Behandlungsbehälter erforderlich macht.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung der einleitend angegebenen Art zu schaffen, die konstruktiv einfachen und kompakten Aufbau hat, es aber trotzdem ermöglicht, Gegenstände beliebiger Form und Abmessungen zu behandeln, insbesondere sperrige und/oder nicht demontierbare, die Kathode bildende Gegenstände. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine innerhalb einer Abstützung angeordnete Anode, wobei die Abstützung relativ zu dem zu behandelnden, die Kathode bildenden Gegenstand bewegbar ist und mit diesem über Dichtungen aus Isoliermaterial in Gleitberührung steht, welche gemeinsam mit der Abstützung einen für den Elektrolyten bestimmten Raum begrenzen, der über Ein- und Auslässe der Abstützung an einen Strömungskreis zur Aufrechterhaltung einer Zirkulationsströmung des Elektrolyten anschliessbar ist.
Um die Behandlung von Gegenständen mit gekrümmter bzw. gewölbter Oberfläche zu erleichtern bestehen bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Anode und ihre Abstützung aus flexiblem Material.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Anodenabstützung zur Erzielung einer Plattierung in Form eines Bandes auf einem Rohr durch ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse gebildet, das an seinen Enden mit dem zu behandelnden Rohr über Dichtungen in Gleitberührung steht, und es ist im Gehäuse zumindest eine Anode mit einer der Breite des herzustellenden Bandes entsprechenden Breite vorgesehen, die sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckt, wobei sich vom Gehäuse eine weitere Dichtung zu beiden Seiten der Anode bis zum Rohr erstreckt, welche mit der Anode und deren Abstützung den Raum für die Zirkulationsströmung des Elektrolyten begrenzt. Zweckmässig ist dabei eine Einrichtung vorgesehen, mit welcher das zu beschichtende Rohr um seine Achse in Drehung versetzbar ist.
Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen
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Linie VI-VI in Fig. 5. Fig. 7 ist ein Querschnitt durch einen Teil einer andern Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Fig. 8 bis 11 zeigen zwei weitere Varianten der erfindungsgemässen Vorrichtung, u. zw. die Fig. 8 und 9 Schnitte nach den Linien VIII-VIII in Fig. 9 bzw. IX-IX in Fig. 8 durch eine dieser Varianten in etwas verschiedenen Massstäben und die Fig. 10 und 11 eine zweite Variante, wobei Fig. 11 eine Ansicht und Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 11 in grösserem Massstab zeigen.
Um die Geschwindigkeit des elektrolytischen Niederschlages auf leitende Substrate erheblich zu steigern und gleichzeitig zumindest dieselbe Qualität der Beschichtung zu erzielen wie bei der üblichen Elektrokristallisation, wird die Anode in einem Abstand von mindestens 0, 1 mm, im allgemeinen von 1 bis 50 mm von dem Gegenstand angeordnet, der die Kathode bildet und den metallischen Überzug erhalten soll ;
ferner wird die Kathode mit einer Stromdichte beaufschlagt, die das 10 bis 100fache der bei den üblichen Verfahren angewendeten Stromdichten beträgt, und es wird dem im Raum zwischen der Anode und der Kathode befindlichen Elektrolyt eine Geschwindigkeit von mindestens etwa 100 m/min erteilt, wobei der Elektrolyt leitende oder nichtleitende Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger als 200 p in Suspension enthält, deren Konzentration weniger als 200 g/l beträgt.
Bei dieser Vorgangsweise tritt mit der Steigerung der Stromdichte keine Verminderung des Faraday'schen Wirkungsgrades ein, und es ist auch möglich, eine grosse Erhöhung der Niederschlagsgeschwindigkeit bei ausgezeichneter Qualität der Beschichtung zu erreichen.
Die Zirkulationsgeschwindigkeiten des Elektrolyten, mit denen gute Resultate erzielt werden, liegen zwischen 100 und 2000 m/min ; es sind aber auch höhere Geschwindigkeiten möglich.
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zu behandelnden Kathodenfläche zu gewährleisten und mit der Anode und der Kathode einen vom
Elektrolyt durchflossenen Hohlraum zu bilden, und anderseits mit zweiten Teilchen aus Isoliermaterial, in denen Ein- und Auslasskanäle für den Elektrolyt zu bzw. aus dem Hohlraum ausgebildet sind.
Das Material, aus dem die Anschlagdichtung hergestellt sind, muss ein Gleiten der Vorrichtung auf der Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes gestatten, ohne Spuren zu hinterlassen, die das Haften des metallischen Niederschlages beeinträchtigen konnten. Ein solches Material ist z. B. in Stickstoff expandiertes Polyäthylen mit geschlossenen Zellen, vorzugsweise das unter der Bezeichnung PLASTAZOTE erhältliche Material.
Die in Fig. l und 2 gezeigte Vorrichtung ist speziell für die Behandlung grösserer ebener Flächen --S--geeignet, die sperrigen und/oder nicht demontierbaren Gegenständen angehören und abschnittweise behandelt werden sollen, um einen an gewissen Stellen schadhaften metallischen Überzug auszubessern oder auf der ganzen Fläche eine Schutzschicht aufzubringen.
Die Kathode-l-ist in diesem Falle der Gegenstand selbst mit seiner Oberfläche --S--, und die
Anode --2-- ist im Innern einer Abstützung --21-- aus Isoliermaterial angeordnet, u. zw. in Gestalt einer rechteckigen Schachtel, die auf jener Seite offen ist, auf der sie gegen die Oberfläche --S-- zur Anlage gebracht wird. Wie ersichtlich, liegt die Anode an derjenigen Innenfläche der Abstützung --21--, die ihrer offenen Seite gegenüberliegt.
Der dichte Abschluss zwischen den Seitenwänden der Abstützung - 21-und der Oberfläche-S-wird durch Dichtungen --22-- aus in Stickstoff expandiertem Polyäthylen mit geschlossenen Zellen gewährleistet, und eine nicht gezeigte Pumpe bewirkt den Fluss der Elektrolyten - zwischen den Elektroden --1 und 2-im Sinne der Pfeile --F4 -- durch die Leitungen --23 und 24--. Es versteht sich, dass die Abmessungen der Seitenwände der Abstützung --21--, die Dicke der Anode und die der Dichtungen --22-- so gewählt sind, dass der Abstand zwischen den Elektroden den vorstehend genannten Bedingungen entspricht. Die Anschlüsse der Elektroden an die nicht dargestellte Stromquelle sind schematisch angedeutet.
Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Vorrichtung ist, analog der soeben beschriebenen für lokale Anwendungen ausgebildet, jedoch für den Fall, dass die zu behandelnden Oberflächen-S-gekrümmt sind.
Damit sich die erfindungsgemässe Vorrichtung der Krümmung solcher Oberflächen anpassen kann, ist die Anode-2-z. B. als flexible Metallfolie ausgeführt, die an ihrer inaktiven Seite mit einer Abstützung - aus Isoliermaterial verbunden ist. Auch hier ist zwischen den beiden Elektroden eine Dichtung - analog den Dichtungen --22-- vorgesehen, deren Dicke so gewählt ist, dass die Elektroden einen den vorstehend genannten Bedingungen entsprechenden Abstand voneinander haben. Der von einer nicht dargestellten Pumpe bewirkte Elektrolytfluss durch den Raum zwischen den Elektroden passiert Anschlüsse - 27 und 28-im Sinne der Pfeile-Fg". Die Anschlüsse für den elektrischen Strom sind, wie beim vorstehenden Beispiel, schematisch eingezeichnet.
Für die Beschichtung von Bandmaterial, Drähten, Winkeleisen u. ähnl. Gegenständen, die von kontinuierlich arbeitenden Herstellungsvorrichtungen geliefert werden, erhält die erfindungsgemässe
Vorrichtung eine rohrförmige Anode, welche den die Kathode bildenden und elektrolytisch zu beschichten- den Gegenstand komplementär umgibt, so dass die Anode einen Hohlraum bildet, durch den sich der zu behandelnde Gegenstand hindurchbewegt, wobei die Anode mit einer Abstützung aus Isoliermaterial verbunden ist, die erste Teile mit Anschlägen aufweist, um die Abstände der Anode von der Kathode zu gewährleisten, sowie zweite Teile, in denen nahe den Enden der rohrförmigen Anode Einlass- und
Auslasskanäle für den Elektrolyt ausgebildet sind.
Bei der Ausführung nach den Fig. 6 und 7 ist die Anode von einem rohrartigen Gehäuse --28b-- aus Isoliermaterial abgestützt, das an seinen beiden Enden mit
Dichtungen --28a-- versehen ist, die z. B. aus den vorstehend angeführten Elastomeren bestehen oder als an sich bekannte Stopfbüchsen ausgebildet sein können. Die Dichtungen --28a-- übernehmen auch die
Rolle von Zentrierungselementen für die Kathode-l-bezüglich der Anode --2--, welche die Form eines innerhalb des Rohres --28b-- koaxial angeordneten Rohres hat. Wie bereits erwähnt, ist der Innendurch- messer der Anode so gewählt, dass der Abstand zwischen den Elektroden den erläuterten Bedingungen entspricht.
Die Länge der Anode --2-- ist kleiner als jene des Rohres --28b--, wodurch an den beiden
Enden des letzteren Hohlräume --29 und 30-- entstehen, in welche die Leitungen --6 und 8-- münden, über welche die Vorrichtung an einen nicht gezeigten Strömungskreis für den Elektrolyten angeschlossen ist.
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Bewegungsrichtung der Kathode-l-senkrechten Schnitt durch diese und durch eine entsprechende Anode --2--. Auch in diesem Falle wird die richtige Relativlage der Kathode zur Anode durch Dichtungselemente an den Enden der Vorrichtung gewährleistet, und die Abmessungen der Anode sind wieder so gewählt, dass vorbestimmte Abstände zwischen den Elektroden gewährleistet sind.
In gewissen Fällen ist es wichtig, auf Rohre Metallschichten in der Form von Bändern längs einer Erzeugenden oder in Wendelform aufbringen zu können. Zur Durchführung solcher Beschichtungsvorgänge erhält die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Anode von der Breite des Bandes und Einrichtungen zur Abdichtung, die mit der Anode und dem Rohr zusammenwirken, um einen Raum für den Fluss des Elektrolyten zu schaffen. Eine solche Vorrichtung ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt und so ausgebildet, dass auf ein Rohr --36-- zwei Metallschichten in Form von einander gegenüberliegenden Bändern aufgebracht werden können, die zwei Erzeugenden folgen.
Wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich ist, umfasst diese Vorrichtung im wesentlichen einen zylindrischen Körper --37-- aus Isoliermaterial, der an seinen beiden Enden das Rohr --36-- unter Zwischenschaltung von Dichtungen --38-- satt umschliesst und zusammen mit zwei ebenfalls aus Isoliermaterial bestehenden Platten --39-- einen geschlossenen Raum --40-- bildet, in dem die elektrolytische Beschichtung vor sich geht. Die beiden Anoden --2-- liegen in je einer Nut --41--, die in jeder der Platten --39-- ausgespart ist, wobei die Tiefe der Nuten und die Anodendicke so gewählt sind, dass die Bedingungen für den Abstand zwischen der Anode und dem Rohr erfüllt werden. Dichtungen --42--, z.
B. in Form eines nun, die in jeder der Nuten --41-- angeordnet sind und an der Wand des Rohres --36-anliegende Dichtungsschenkel --43-- aufweisen, bilden zwischen dem Rohr und den beiden Anoden zwei Kanäle, die vom Elektrolyt mit der angegebenen Geschwindigkeit durchflossen werden. Der Elektrolyt wird von einer nicht gezeigten Pumpe durch die Anschlüsse --44-- zugeführt und kehrt nach Durchfliessen der Räume zwischen den Anoden und dem Rohr über die Auslässe --45-- in das Reservoir zurück. Das Rohr - -36--, also die Kathode --1--, ist mittels Kontakten --46--, die als Schleifringe arbeiten, mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden, wogegen Stromleiter --47-- die Anoden --41-- mit dem positiven Pol verbinden.
Um zu erreichen, dass die mit Hilfe der Anoden --41-- aufgebrachten Metallbänder Wendelform erhalten, genügt es, dem Rohr --36-- ausser seiner translatorischen Bewegung in seiner Achsenrichtung gemäss den Pfeilen-Fg oder F ?" gleichzeitig eine Drehung um seine Achse im Sinne des Pfeiles-Fg-zu erteilen ; die Länge der Anoden --2-- ist in diesem Falle naturgemäss entsprechend kleiner als nach Fig. 8.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 handelt es sich um eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, einen Teil eines Flansches --50-- behandeln zu können. Wie ersichtlich ist, weist diese Vorrichtung im wesentlichen einen gemäss Fig. 11 gekrümmt ausgebildeten Bauteil --51-- auf, der am Flansch entlang einem Teil seines Umfanges anliegt. Wie Fig. 10 zeigt, liegt die Vorrichtung an den Oberflächenteilen-Sg-des Flansches-50--, die eine Metallbeschichtung erhalten sollen. Der Bauteil - -51--, der aus Metall bestehen kann, z. B. aus Titan, trägt in seiner Mittelzone --51a-- eine Metall-
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geschlossenen Zellen bestehen. Gemäss Fig. 10 hat die Flanschfläche, welche die Metallschicht erhalten soll, die Form eines einspringenden Winkels --56--.
Um auf dieser Fläche die gewünschte gleichmässige Beschichtung zu erzielen, trägt die Anode --52-- eine Hilfsanode --57--, die in den einspringenden Winkel hineinragt und etwa nach Fig. 10 ausgebildet sein kann.
Beispielsweise ist eine Vorrichtung der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Art dazu verwendet worden, um einen Umfangsflansch von 4 m Durchmesser auf einer Wanne etwa kleineren Durchmessers zu behandeln. In diesem Falle betrug der Abstand zwischen der Anode --52-- und der zu behandelnden Fläche 10 mm.
Fig. 11 zeigt auch Rohrleitungen --58-- für die Zu-und Ableitung des Elektrolyten, sowie Mittel zum Festhalten der Vorrichtung in der gewünschten Lage, z. B. Schraubenbolzen
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Im allgemeinen sind die erfindungsgemässen Vorrichtungen aus Blechen und Rohren gefertigt ; diese Bestandteile können mit dem die Anode bildenden Material verbunden und nach entsprechender Formgebung durch Löten so zusammengefügt werden, dass sie die zu beschichtende Oberfläche unter Zwischenschaltung der Dichtung umfassen. In gewissen Fällen kann die so gebildete Einfassung einen Überzug erhalten, der die Rolle der Anode übernimmt. So z.
B. kann die Vernickelung einer Oberfläche mittels eines Bades, das Nickelsulfat und Borsäure enthält, innerhalb einer Einfassung aus Titanblechen und -rohren erfolgen, die durch Löten zusammengefügt werden und durch Elektrolyse eine Auskleidung aus Blei erhalten.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen vollführt der Elektrolyt einen geschlossenen Kreislauf, was erhebliche Ersparnisse mit sich bringt.
Wie die vorstehenden Darlegungen zeigen, ergeben sich aus der geschilderten Vorrichtung zahlreiche Vorteile, u. zw. insbesondere die Möglichkeit örtlicher Anwendungen, auch bei sehr begrenzter Grösse des Gegenstandes, die Lösung der Probleme, die sich aus den Angriffen des Luftsauerstoffs oder der Korrosion ergeben, weil es möglich ist, den Zeitaufwand für die Manipulation und die Einwirkung des Bades sehr zu verkürzen, die Möglichkeit, Beschichtungen in Blindlöcher kleinen Durchmessers oder in tiefen Höhlungen durchzuführen, und die Möglichkeit, auch bei grosser Schichtdicke und hoher Beschichtungsrate Beschichtungen von ausgezeichneter Qualität zu erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Elektroplattieren mit bewegtem Elektrolyten, g e k e n n z e i c h - net durch eine innerhalb einer Abstützung (21,25, 28b, 39,51) angeordnete Anode (2), wobei die Abstützung relativ zu dem zu behandelnden, die Kathode (1) bildenden Gegenstand bewegbar ist, und mit diesem über Dichtungen (22,26, 28a, 38,42, 55a, 55b) aus Isoliermaterial in Gleitberührung steht,
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