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Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Verfahren zum Reinigen von Oberflächen metalli- scher Werkstücke, insbesondere von Oberflächen im Bereich von Schweissnähten, unter Verwen- dung einer Elektrode, wobei zwischen der Elektrode und dem Werkstück eine Isolierschicht ange- ordnet ist und zwischen dem Werkstück und der Elektrode eine Spannung angelegt wird und die Isolierschicht mit einem Elektrolyt getränkt wird.
Die Erfindung betrifft weiters eine Elektrode zur elektrochemischen Reinigung von Oberflächen metallischer Werkstücke, insbesondere von Oberflächen im Bereich von Schweissnähten, mit einem Anschluss zur Verbindung mit einer elektrischen Spannungsquelle und einer Isolierschicht zur Tränkung mit einem Elektrolyten.
Metalloberflächen werden während ihrer Verarbeitung häufig verunreinigt, was aus Korrosions- gründen aber auch aus ästhetischen Gründen vermieden werden sollte. Problematisch dabei sind vorwiegend Verunreinigungen, welche beim Schweissen von Metallbauteilen durch die während des Schweissvorganges auftretende Wärme entstehen. Dabei handelt es sich um Oxidschichten, Schla- cken oder andere Schweissrückstände, welche sich auch bei Schweissvorgängen unter Schutzgas- atmosphäre nicht völlig verhindern lassen.
Zur Entfernung derartiger Verunreinigungen werden die Werkstücke häufig in einem gesonder- ten Arbeitsgang gereinigt, was durch mechanische Einwirkung, chemische Verfahren oder elektro- chemische Verfahren geschehen kann. Rein mechanische Reinigungsverfahren sind sehr aufwän- dig und führen zu unerwünschten Kratzern auch auf jenen Oberflächen, die nicht verunreinigt waren. Derartige zerkratzte Oberflächenbereiche sind wiederum durch eine erhöhte Korrosionsan- fälligkeit ausgezeichnet und machen häufig eine weitere Nachbearbeitung erforderlich. Schonen- der, aber häufig nicht so wirkungsvoll sind dabei chemische Verfahren (beispielsweise Beizen), bei welchen die Verunreinigungen mit bestimmten Lösungsmitteln entfernt werden.
Optimale Reinigungsergebnisse, insbesondere bei Verunreinigungen, welche nach Schweiss- vorgängen auf Metalloberflächen auftreten, wurden durch elektrochemische Reinigungsverfahren erzielt, bei denen durch Bildung einer elektrochemischen Zelle oder einer Elektrolysezelle unter gleichzeitiger mechanischer Einwirkung die Verunreinigungen rasch und schonend entfernt werden können. Dabei wird das zu reinigende Werkstück an einen Pol einer Spannungsquelle angeschlos- sen, während die Elektrode (Reinigungselektrode) mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden wird. Die Elektrode ist mit einer Isolierschicht versehen, sodass kein Kurzschluss zwi- schen dem Werkstück und der Elektrode erzeugt werden kann.
Zur Bildung einer elektrochemi- schen Zelle oder einer Elektrolysezelle wird die Isolierschicht, welche in der Regel aus einem Gewebe, beispielsweise einem Glasfasergewebe, besteht, mit einem flüssigen Elektrolyt getränkt.
Durch das Einwirken des Elektrolyten und des elektrischen Stromes wird die Oberfläche des Werk- stückes im Bereich zwischen der Elektrode und der darunterliegenden Oberfläche des Werkstü- ckes galvanisch gereinigt. Der Elektrolyt kann dabei manuell auf die Isolierschicht der Elektrode aufgebracht werden oder durch eine entsprechende Zuleitung auch kontinuierlich zur Elektrode geleitet werden.
Die DE 200 19 118 U1beschreibt ein Gerät zur lokalisierten Reinigung von Metalloberflächen, insbesondere im Bereich von Schweissnähten, umfassend eine Zelle aus korrosionsbeständigem Material, von der eine verwendete Dekapiersäure in der Arbeitsposition zurückgehalten wird. Zur Verbesserung der Reinigungswirkung wird die im Inneren dieser Zelle befindliche Dekapiersäure in Schwingung versetzt. Zu diesem Zweck wird am Ende der Sonotrode ein Generator für Ultra- schallwellen aufgesetzt. Abgesehen davon, dass die Verwendung derartiger Säuren zum Beizen der Metalloberfläche besondere Sicherheitsvorkehrungen erfordert, ist auch der Aufbau des Reini- gungsgeräts besonders aufwändig und kompliziert.
Darüber hinaus ist die Abdichtung gegenüber der zu reinigenden Oberfläche häufig aufgrund einer Rauigkeit der Oberfläche schwierig bzw. nicht möglich.
Eine Vorrichtung zum elektrochemischen Reinigen von Metalloberflächen dieser Art ist bei- spielsweise in der DE 298 23 753 U1 beschrieben. Dabei wird eine Kombination einer mikroabrasi- ven Behandlung und einer elektrochemischen Behandlung zur möglichst wirkungsvollen Beseiti- gung von Verunreinigungen bei gleichzeitiger Schonung angrenzender, nicht verunreinigter Berei- che, beschrieben.
Eine andere Vorrichtung zur Reinigung von Metallen nach deren Bearbeitung mit hohen Tem- peraturen ist aus der WO 97/12081 A1 bekannt, wobei die Isolierschicht, welche das Ende der
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Elektrode umgibt, aus Poiyetheretherketon besteht, sodass Verbrennungen der isoiierschicht durch unerwünscht hohe Ströme zwischen Elektrode und Werkstück vermieden werden.
Die US 6 315 885 B1 zeigt ein weiteres Verfahren zur elektrochemischen Reinigung von Werkstücken, bei dem der verwendete Elektrolyt in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt wird und somit die Reinigungswirkung verbessert wird. Dabei wird die Reinigung in einem Reini- gungsbehälter durchgeführt, indem das Werkstück in den Elektrolyt getaucht wird. Dieses Verfah- ren ist besonders aufwändig und für grosse Werkstücke wie z.B. Teile von Autokarosserien nicht geeignet.
Weiters beschreibt die DE 33 43 396 A1 ein Verfahren zum Dekontaminieren metallischer Komponenten einer kemtechnischen Anlage wobei eine mit Elektrolytflüssigkeit gefüllte trogförmi- ge Elektrode längs der zu reinigenden Komponente bewegt wird. Dabei liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, möglichst geringe Mengen an zu beseitigenden Abfällen zu produzieren, was durch eine Führung des Elektrolyts in einem Kreislauf über einen Filter erzielt wird. Auf die konkre- te Ausführung der Elektrode wird mit Ausnahme der Umschliessung eines mit der Elektrolytflüssig- keit getränkten Schwammkörpers nicht eingegangen.
Zudem haben die bekannten elektrochemischen Reinigungsverfahren allesamt den Nachteil, dass die Dauer des Reinigungsvorganges für eine optimale Reinigungswirkung relativ lang ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein obengenanntes elektrochemi- sches Reinigungsverfahren zu schaffen, durch das einerseits eine verbesserte Reinigungswirkung und andererseits eine Beschleunigung des Reinigungsvorganges bei gleichzeitig möglichst gerin- gem Verschleiss der Elektrode erzielt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer eingangs erwähnten Elekt- rode zur elektrochemischen Reinigung von Metalloberflächen, mit der eine verbesserte Reini- gungswirkung bei gleichzeitiger Beschleunigung des Reinigungsvorganges und möglichst gerin- gem Verschleiss der Elektrode erzielt werden kann.
Nachteile bekannter Reinigungsverfahren bzw. Reinigungselektroden sollen vermieden bzw. zumindest reduziert werden.
In verfahrensmässiger Hinsicht wird die erfindungsgemässe Aufgabe dadurch gelöst, dass die Elektrode während des Reinigungsvorganges in Schwingungen mit Frequenzen, vorzugsweise im Ultraschallbereich, versetzt wird. Durch die schwingungsbedingte mechanische Wirkung auf die Elektrode bzw. die Weiterleitung der Schwingung von der Elektrode auf den Elektrolyten und somit auf die Metalloberfläche wird eine wesentliche Beschleunigung des Reinigungsvorganges und eine Verbesserung der Reinigungswirkung erzielt. Dadurch, dass zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstückes die mit dem Elektrolyt versehene Isolierschicht angeordnet ist, kommt es zu keiner direkten mechanischen Einwirkung der Elektrodenfläche auf die Metalloberfläche und somit zu keiner unerwünschten Beschädigung der Metalloberfläche.
Wenn die Elektrode in Schwingungen im Frequenzbereich über 20 kHz, vorzugsweise zwi- schen 100 kHz und 2 MHz, versetzt wird, können optimale Ergebnisse erzielt werden und gleich- zeitig der Aufwand für die Erzeugung der Schwingung gering gehalten werden.
Vorteile können weiters dadurch erzielt werden, dass die Schwingungsamplitude verändert werden kann. Somit kann durch Änderung der Schwingungsamplitude, beispielsweise durch Ände- rung der Versorgungsspannung eines elektromagnetischen oder piezoelektrischen Schwingungs- gebers, die Reinigungswirkung an die jeweiligen Gegebenheiten, wie z. B. an den Grad der Verun- reinigung, manuell oder automatisch angepasst werden.
Gelöst wird die erfindungsgemässe Aufgabe auch durch eine Elektrode zur elektrochemischen Reinigung von Oberflächen metallischer Werkstücke, insbesondere von Oberflächen im Bereich von Schweissnähten, mit einem Anschluss zur Verbindung mit einer elektrischen Spannungsquelle und einer Isolierschicht zur Tränkung mit einem Elektrolyten, bei der eine Einrichtung zur Erzeu- gung einer Schwingung vorgesehen ist. Durch die Schwingungseinrichtung wird die Reinigungs- wirkung wesentlich verbessert und eine Beschleunigung des Reinigungsvorganges erzielt, ohne dass der Verschleiss der Elektrode erhöht wird.
Dabei wird die Schwingungseinrichtung vorzugsweise durch einen Ultraschallgeber gebildet.
Derartige Schwingungseinrichtungen sind relativ kostengünstig und robust. Weiters kann mit Ultraschallgebern wie z.B. Piezokristallen ein optimales Ergebnis geliefert werden.
Die Schwingungseinrichtung kann direkt in der Elektrode angeordnet sein, einen Teil der Elekt-
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rode bilden oder auch an der Aussenseite der Elektrode befestigt sein. Die letztgenannte Ausfüh- rungsform eignet sich besonders zur Nachrüstung bestehender Elektroden.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Griff vorgesehen, welcher schwingungs- gedämpft gelagert ist oder mit einer schwingungsdämpfenden Schicht versehen ist. Dadurch kann eine bequeme Handhabung der Reinigungselektrode erzielt werden, da die von der Schwingungs- einrichtung ausgehenden Schwingungen nicht bzw. nur zu einem sehr geringen Teil an die Hand der bedienenden Person weitergeleitet werden. Dabei können verschiedene elastische Materialien, insbesondere Kunststoffe mit energieabsorbierender Wirkung, zur Anwendung kommen.
Zusätzlich zur vorhandenen Isolierschicht kann eine Schicht aus elastischem Material vorgese- hen sein, welche den direkten Kontakt zwischen der Elektrodenoberfläche und dem Werkstück verhindert und somit die Elektrode aber auch die Werkstückoberfläche schont.
Wenn eine Schicht aus Kohlenstoff vorgesehen ist, können die Spannungsverluste und der Verschleiss an der Elektrode minimiert werden. Dadurch wird eine erhöhte Leistung für den eigentli- chen Reinigungsprozess erzielt. Anstelle einer Kohlenstoffbeschichtung können auch andere Beschichtungen aus speziellen Materialien an der Elektrode vorgesehen sein, wodurch der Ver- schleiss der Elektrode herabgesetzt werden kann.
Die Isolierschicht zum Tränken mit dem Elektrolyten ist vorzugsweise aus einem Gewebe, wie z. B. einem Glasfasergewebe, gebildet. Die Isolierschicht muss porös sein, sodass eine Aufnahme eines flüssigen oder pastösen Elektrolyten möglich ist.
Alternativ dazu kann die Isolierschicht auch aus Noppen oder dgl. aus Kunststoff gebildet sein, durch die die Elektrodenoberfläche in einem sicheren und definierten Abstand von der Werkstück- oberfläche gehalten wird und zwischen denen Raum für die Einbringung eines flüssigen oder pastösen Elektrolyten zur Bildung einer elektrochemischen Zelle frei ist. Die Noppen oder dgl. aus Kunststoff können dabei mit der Elektrodenoberfläche verklebt sein oder beispielsweise über ein Trägergewebe an der Elektrodenoberfläche angebracht sein.
Vorzugsweise ist eine Leitung zur Förderung des Elektrolyten vorgesehen, sodass der Elektro- lyt kontinuierlich zur Elektrode gefördert werden kann und somit der Reinigungsvorgang ohne Unterbrechung vollzogen werden kann.
Dabei kann die Förderleitung auch eine Einrichtung zur Dosierung des Elektrolyten enthalten, sodass eine automatische oder manuelle Anpassung der geförderten Elektrolytmenge an die jeweiligen Bedingungen, wie z. B. an den Grad der Verunreinigung, erfolgen kann.
Darüberhinaus kann zumindest eine weitere Leitung zur Förderung von Zusatzkomponenten zum Elektrolyten vorgesehen sein. Diese Mischung des Elektrolyten mit Zusatzkomponenten kann aber auch vor der Förderung erfolgen, sodass nur eine Leitung zur Förderung des Elektrolyten notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung wird an Hand der beigefügten Abbildungen, weiche verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, näher erläutert.
Darin zeigen Fig. 1 : Prinzipskizze einer Elektrode zur elektrochemischen Reinigung von Oberflächen metallischer Werkstücke; Fig. 2 : Querschnitt durch eine Elektrode zur elektrochemischen Reinigung von Oberflä- chen metallischer Werkstücke gemäss einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 bis 5 : weitereAusführungsformen der Erfindung; Fig. 6: ein Detail einer an einem Werkstück aufliegenden Elektrode mit einer Isolierschicht in
Form von Kunststoffnoppen; und Fig. 7 : schematische Ansicht einer mit einem Griff versehenen Reinigungselektrode im
Querschnitt.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Elektrode 1 zur elektrochemischen Reinigung von Oberflä- chen metallischer Werkstücke 2. Zwischen dem Werkstück 2 und dem metallischen Elektrodenkör- per 3 wird über entsprechende Leitungen 4 eine Spannungsquelle 5 angeschlossen. Dabei kann die vom Elektrodenkörper 3 ausgehende Leitung 4 innerhalb eines Anschlussstückes 6 zur Verbin- dung des Elektrodenkörpers 3 mit einem Griff angeordnet sein. Der Elektrodenkörper 3 der Elekt- rode 1 ist mit einer Isolierschicht 7 zumindest teilweise umhüllt. Diese Isolierschicht 7, welche beispielsweise durch ein Glasfasergewebe gebildet sein kann, wird ein Kurzschluss zwischen dem
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Elektrodenkörper 3 und der Oberfläche des metallischen Werkstückes 2 verhindert.
Zur Biidung einer elektrochemischen Zelle wird nun die Isolierschicht 7 mit einem geeigneten Elektrolyten 8, beispielweise einer Polyphosphorsäurelösung, getränkt. Danach wird die Elektrode 1 auf das Werkstück 2 an den verunreinigten Stellen aufgelegt und bewegt. Die Verunreinigungen werden elektrochemisch entfernt und die Oberfläche des Werkstückes 2 weitestgehend geschont. Ein derartiger Reinigungsvorgang dauert jedoch durch oftmaliges Wiederholen des Reinigungsvorgan- ges und des Tränkens der Isolierschicht 7 im Elektrolyten 8 relativ lange.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Elektrode 1 zeigt Fig. 2 im Querschnitt. Dabei ist innerhalb des Elektrodenkörpers 3 eine Einrichtung 9 zur Erzeugung einer Schwingung, bei- spielsweise ein Ultraschallgeber, eingebaut. Die Schwingungseinrichtung 9 wird über entsprechen- de Verbindungskabel 10 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei können die Verbindungskabel 10 sowie die Verbindungsleitung 4 zum Anschluss einer elektrischen Spannungsquelle im entspre- chenden Verbindungsstück 6 zu einem allfälligen Griff verlaufend angeordnet sein. Durch die Schwingungseinrichtung 9 wird die Elektrode 1 in eine Schwingung, insbesondere eine Ultraschall- schwingung, versetzt, welche den Reinigungsprozess beschleunigt und unterstützt.
Gemäss Fig. 3 kann die Schwingungseinrichtung 9 auch am Elektrodenkörper 3 der Elektrode 1 angeordnet sein, was beispielsweise ein Nachrüsten bestehender Reinigungselektroden 1 möglich macht.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Elektrode 1, bei der ein Teil des Elektroden- körpers 3 durch die Schwingungseinrichtung 9 gebildet ist.
Bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 5 ist zwischen dem Elektrodenkörper 3 der Elektrode 1 und der Isolierschicht 7 eine Schicht 11 angeordnet, welche beispielsweise aus elastischem Material bestehen kann und die Oberfläche der Elektrode 1 sowie die Oberfläche des Werkstückes 2 vor direkter Einwirkung der Schwingungseinrichtung 9 schützt, wenn z. B. die Isolierschicht 7 beschädigt ist.
Fig. 7 zeigt eine Elektrode 1, welche über Verbindungsstück 6 mit einem Griff 12 verbunden ist.
Zur Vermeidung, dass von der Schwingungseinrichtung 9 ausgehende Schwingungen an den Griff 12 übertragen werden, ist der Griff 12 schwingungsgedämpft gelagert, indem eine schwingungs- dämpfende Schicht 13 zwischen dem Griff 12 und dem Verbindungsstück 6 angeordnet ist. Am hinteren Ende des Griffes 12 laufen die Anschlussleitungen 4,10 für den Elektrodenkörper 3 und die Schwingungseinrichtung 9 heraus. Ebenso kann durch den Griff 12 das Verbindungsstück 6 und dem Elektrodenkörper 3 eine Leitung 15 zur Förderung des Elektrolyten 8 zur Isolierschicht 7 angeordnet sein.
Das Detail gemäss Fig. 6 zeigt einen Teil der Oberfläche des Elektrodenkörpers 3 und der O- berfläche des Werkstückes 2. Bei dieser Ausführungsvariante ist die Isolierschicht 7 aus Noppen 14 oder dgl. aus Kunststoff gebildet, zwischen welchen Noppen der Elektrolyt 8 Raum findet. Dies stellt eine alternative Ausführungsform der Isolierschicht 7, wie die häufig verwendeten Gewebe- schichten, dar.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Elektroden 1 beschränkt. Insbesondere können verschiedenste Einrichtungen 9 zur Erzeugung einer Schwin- gung in der Elektrode 1 angeordnet oder an dieser platziert sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrochemisches Verfahren zum Reinigen von Oberflächen metallischer Werkstücke, insbesondere von Oberflächen im Bereich von Schweissnähten, unter Verwendung einer
Elektrode, wobei zwischen der Elektrode und dem Werkstück eine Isolierschicht angeord- net ist und zwischen dem Werkstück und der Elektrode eine Spannung angelegt wird und die Isolierschicht mit einem Elektrolyt getränkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die
Elektrode während des Reinigungsvorganges in Schwingungen mit Frequenzen vorzugs- weise im Ultraschallbereich, versetzt wird.