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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung,
die bei der Durchführung
einer Galvanisierbehandlung an der inneren Umfangsfläche eines
zu behandelnden Gegenstandes verwendet wird, der eine zylindrische
Gestalt aufweist, wie etwa ein Zylinderblock, und betrifft ferner
eine Galvanisierbehandlungsvorrichtung, die bei der Durchführung einer
Hochgeschwindigkeits-Galvanisierbehandlung an
der inneren Umfangsfläche
eines zu behandelnden Gegenstandes verwendet wird, der eine zylindrische Gestalt
aufweist, wie etwa ein Zylinderblock.
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Für gewöhnlich wird
vor dem Galvanisieren eine Galvanisiervorbehandlung durchgeführt, beispielsweise
durch elektrolytisches Ätzen,
um die Haftung der Belagschicht auf einem Grundmaterial zu verbessern. Bei
der Vorbehandlung durch elektrolytisches Ätzen steigt mit den Zustandswerten
Flüssigkeitstemperatur, Strömungsrate
und Strommenge auch das Ausmaß der Ätzung.
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Als
Beispiel für
das herkömmliche
elektrolytische Ätzen
sei ein Verfahren zur Galvanisiervorbehandlung genannt, das in dem
japanischen Patent mit der vorläufigen Veröffentlichungsnr.
11-1795 offenbart ist, bei dem elektrolytisches Ätzen in
einer Vorbehandlungsflüssigkeit
durchgeführt
wird, wobei eine siliziumhaltige Aluminiumlegierung als Anode dient.
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Wenn
jedoch die Innenfläche
eines zu behandelnden, zylindrischen Gegenstandes, wie etwa ein
Zylinderblock, einer Vorbehandlung unterzogen wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit
der Vorbehandlungsflüssigkeit
zwischen der Innenfläche
der Zylinderbohrung und einer Kathode instabil, so dass die Strömungsrate, einer
der zuvor beschriebenen Zustandswerte, ungleichmäßig ist. Somit variiert das Ätzausmaß in Abhängigkeit
von dem zu behandelnden Bereich. Darüber hinaus ist, bei einem Zylinderblock
für einen
Mehr-Zylinder-Motor, die Flüssigkeitstemperatur,
einer der vorstehend beschriebenen Zustandswerte, zwischen den Zylindern
ungleichmäßig, so
dass Abweichungen im Ätzausmaß auftreten
können.
Der Grund dafür
besteht darin, dass, sogar wenn die Flüssigkeitstemperatur der Vorbehandlungsflüssigkeit
in einem Vorbehandlungsflüssigkeitsbehälter konstant
gehalten wird, die dem Zylinderblock zugeführte Spannung die Flüssigkeitstemperatur
erhöht.
Ein weiterer Grund besteht darin, dass, da die äußere Gestalt der Zylinder unterschiedlich
ist, ein Unterschied in der Flüssigkeitstemperatur
zwischen den Zylindern auftritt.
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Wenn
die Galvanisierbehandlung in diesem Zustand durchgeführt wird,
hat eine Belagschicht, die in einem Bereich ausgeformt ist, in dem
das Ätzausmaß gering
ist, eine geringere Haftung als die, die in einem Bereich ausgeformt
ist, in dem das Ätzausmaß hoch ist,
so dass die Haftung der Belagschicht in diesen Bereichen ebenfalls
unterschiedlich ist. Daher war es bislang schwierig, einen Zylinderblock
durch elektrolytisches Ätzen
einer Galvanisiervorbehandlung zu unterziehen.
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Andererseits
wird üblicherweise,
wenn ein zu behandelnder, zylindrischer Gegenstand, wie etwa ein Zylinderblock,
einer galvanischen Oberflächenbehandlung
unterzogen wird, das Hochgeschwindigkeits-Galvanisieren manchmal
durch Erhöhen
der Stromdichte oder durch Verringern eines Anode-Kathode-Abstands zwischen
der Elektrode und dem zu behandelnden Gegenstand durchgeführt, um
die Produktivität
zu steigern.
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Zunächst wird
der Fall erläutert,
in dem die Stromdichte erhöht
wird. Wenn beispielsweise SiC in Form von Ni-P-SiC oder Ni-SiC als
Belagschicht abgeschieden wird, ist, sofern die Strömung der
Galvanisierflüssigkeit
ungleichmäßig ist,
die Abscheidung von SiC ebenfalls ungleichmäßig, so dass hinsichtlich der
Verschleißbeständigkeit
der Zylinder ein Problem auftritt. Ferner kann bei einer hohen Stromdichte
eine anormale Abscheidung der Belagschicht, die als "verbrannte Auflage" bezeichnet wird,
in einem Bereich auftreten, in dem die Galvanisierflüssigkeit
langsam fließt.
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Des
weiteren neigt, wenn der Anode-Kathode-Abstand zwischen der Elektrode
und dem zu behandelnden Gegenstand gering ist, die Strömung der
Galvanisierflüssigkeit
in einem Spalt zwischen dem zu behandelnden Gegenstand und der Anode
dazu, ungleichmäßig zu sein,
so dass eine fehlerhafte Belagschicht, wie etwa eine verbrannte
Auflage, entsteht und somit keine gute Galvanisierbehandlung durchgeführt werden kann.
Darüber
hinaus wurde bislang eine Anode verwendet, in der lösbare Nickelpellets
in einem lattenförmigen
Titankorb aufgenommen sind. Da jedoch die äußere Umfangsfläche dieser
Anode eine Wellenform aufweist, wird die Stärke der Belagschicht, die an
der inneren Umfangsfläche
des zu behandelnden Gegenstandes ausgeformt wird, aufgrund der wellenförmigen Gestalt
der äußeren Umfangsfläche der
Anode ungleichmäßig ausgebildet,
wenn der Anode-Kathode-Abstand nur 1 bis 5 mm beträgt. Folglich
kann keine gute Galvanisierbehandlung vorgenommen werden.
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Ein
ungünstiger
Einfluss, der durch die ungleichmäßige Strömung der Galvanisierflüssigkeit
verursacht wird, tritt leichter auf, wenn der Anode-Kathode-Abstand,
das heißt der
Abstand zwischen der Anode und der Innenfläche des zu behandelnden Gegenstandes,
gering ist. Folglich ist eine gleichmäßige Strömung der Galvanisierflüssigkeit äußerst wichtig.
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Ein
Beispiel für
die Bereitstellung einer gleichmäßigen Strömung der
Galvanisierflüssigkeit
ist in dem
japanischen Patent
mit der Veröffentlichungsnr.
8-16278 offenbart. Dieser Stand der Technik ist jedoch
zur Verwendung bei einer Hochgeschwindigkeits-Galvanisierung nach wie vor unzureichend
und es ist eine erhöhte Gleichmäßigkeit
der Galvanisierflüssigkeit
erforderlich. Wenn ein Mehr-Zylinder-Zylinderblock galvanisiert wird,
müssen
die Zylinder so gebaut sein, dass sie einander nicht beeinträchtigen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme
zu lösen,
und es ist demgemäß Aufgabe
der Erfindung, eine Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung, die einen
zu behandelnden, zylindrischen Gegenstand, wie etwa einen Zylinderblock,
gleichmäßig ätzen kann,
und die auch bei einem Mehr-Zylinder-Zylinderblock verwendbar ist, ohne dass
Abweichungen zwischen den Zylindern auftreten, sowie eine Galvanisierbehandlungsvorrichtung
bereitzustellen, die bewirken kann, dass eine Galvanisierflüssigkeit
zwischen einer Anode und einem zu behandelnden Gegenstand fließt, und
die auch bei einem Mehr-Zylinder-Zylinderblock verwendbar ist.
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Zur
Lösung
der vorstehenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Galvanisierbehandlungsvorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 4 bereit. Bei der erfindungsgemäßen Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung
ist eine zylindrische Kathode in einer Fixiereinrichtung angeordnet,
in der ein hohler Abschnitt ausgeformt ist, und auf der ein zu behandelnder,
zylindrischer Gegenstand befestigbar ist, so dass die Kathode in dem
zu behandelnden Gegenstand angeordnet ist, wobei eine untere Kathode
oder ein unterer Abschnitt der Kathode so ausgeführt ist, dass er einen kleineren
Durchmesser als eine obere Kathode oder ein oberer Kathodenabschnitt
aufweist, wodurch der Rauminhalt eines unteren Hohlraums, der zwischen
dem unteren Kathodenabschnitt und der Fixiereinrichtung ausgeformt
ist, größer ist
als der eines oberen Hohlraums, der zwischen dem oberen Kathodenabschnitt
und dem zu behandelnden Gegenstand ausgeformt ist.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung kann, da eine
Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeit
mit einer gleichmäßigen Strömungsge schwindigkeit
in den zu behandelnden Gegenstand fließt, die gesamte Innenfläche des
zu behandelnden Gegenstands gleichmäßiges geätzt werden, wodurch die Haftung
der Belagschicht verbessert und somit die schlechte Haftung verringert
wird.
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Bei
der Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist die Kathode außerdem so konfiguriert, dass
sie in eine obere und eine untere Kathode teilbar ist.
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Daher
kann, wenn an der Kathode Wartungsarbeiten durchgeführt werden,
nur die obere Kathode oder nur die untere Kathode bequem ausgetauscht
werden. Des weiteren kann ein Zylinderblock mit unterschiedlichem
Bohrungsdurchmesser einer Vorbehandlung unterzogen werden.
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Ferner
sind bei der Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung gemäß einer
anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung mehrere hohle Abschnitte in der Fixiereinrichtung
und mehrere Kathoden bereitgestellt und in jedem Zylinder ist ein
Thermometer angeordnet.
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Dadurch
kann, sogar bei einem Mehr-Zylinder-Motor, die Temperatur der in
jedem der Zylinder enthaltenen Vorbehandlungsflüssigkeit erfasst und die Flüssigkeitstemperatur,
durch geeignetes Regeln des Stromwertes und der Strömungsrate
der Vorbehandlungsflüssigkeit
in Abhängigkeit
von der Temperatur, konstant gehalten werden. Daher gibt es keine
Abweichungen des Ätzausmaßes zwischen
den Zylindern und die Haftung der Belagschicht ist verbessert, so
dass die vorliegende Erfindung auch bei einem Mehr-Zylinder-Zylinderblock
verwendbar ist.
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Vorzugsweise
ist der Anode der erfindungsgemäßen Galvanisierbehandlungsvorrichtung
eine Galvanisierflüssigkeit
von einem Galvanisierflüssigkeitsbehälter zuführbar, wobei
in der Anode ein hohler Abschnitt für die zugeführte Galvanisierflüssigkeit
ausgeformt ist, so dass in einem Zustand, in dem ein elektrischer Strom
in einem zu behandelnden, zylindrischen Gegenstand und der Anode
fließt,
sich die Flüssigkeit
in den zu behandelnden Gegenstand über ein oberes Ende der Anode
ergießt,
und zwischen der Außenfläche der Anode
und der Innenfläche
des zu behandelnden Gegenstandes fließt, ferner zwischen der Außenfläche der Anode
und der Innenfläche
einer Auslasseinrichtung fließt
und zu dem Galvanisierflüssigkeitsbehälter zurückgeführt wird,
wodurch die Innenfläche
des zu behandelnden Gegenstandes galvanisiert wird.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Galvanisierbehandlungsvorrichtung wird, da ein Anode-Kathode-Abstand
zwischen der Außenfläche der
Anode und der Innenfläche
der Auslasseinrichtung größer ausgeführt ist
als ein Anode-Kathode-Abstand zwischen der Außenfläche der Anode und der Innenfläche des
zu behandelnden Gegenstandes, in der Auslasseinrichtung ein Puffereffekt
erzeugt, so dass die Galvanisierflüssigkeit gleichmäßig in den
zu behandelnden Gegenstand strömt.
Dadurch können,
wenn ein Hochgeschwindigkeits-Galvanisieren durchgeführt wird,
eine fehlerhafte Abscheidung, wie etwa eine verbrannte Auflage,
verhindert und eine verkürzte
Behandlungsdauer sowie reduzierte Behandlungskosten erzielt werden.
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Die
vorstehend beschriebene Galvanisierbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise
so ausgeführt, dass
sie die Auslasseinrichtung, in der ein hohler Abschnitt ausgeformt
und an der, auf einer oberen Stirnfläche, ein zu behandelnder, zylindrischer
Gegenstand befestigbar ist, die zylindrische Anode, welche so angeordnet
ist, dass ihr oberes Ende über
die obere Stirnfläche
der Auslasseinrichtung hinausragt, und den Galvanisierflüssigkeitsbehälter umfasst,
welcher mit der Anode und der Auslasseinrichtung über Rohre
verbunden ist, wobei der zu behandelnde, zylindrische Gegenstand
auf der oberen Stirnfläche
der Auslasseinrichtung befestigt und der obere Abschnitt der Anode
in dem zu behandelnden Gegenstand angeordnet ist.
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Darüber hinaus
wird bei der Galvanisierbehandlungsvorrichtung gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung als Anode eine unlösliche Anode verwendet.
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Wenn
die unlösliche
Anode verwendet wird, kann der Anode-Kathode-Abstand weiter verringert
werden, so dass die Galvanisierbehandlungsdauer weiter verkürzt werden
kann. Wenn beispielsweise ein Zylinderblock als zu behandelnder
Gegenstand verwendet wird, kann der Anode-Kathode-Abstand erfindungsgemäß auf 1
bis 5 mm verringert werden, obgleich der herkömmliche Anode-Kathode-Abstand
5 mm und mehr betragen muss.
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Bei
der Galvanisierbehandlungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist die Anode ferner so konfiguriert, dass
sie in eine obere Anode und eine untere Anode teilbar ist.
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Daher
kann, wenn an der Elektrode Wartungsarbeiten durchgeführt werden,
nur die obere Anode oder nur die untere Anode bequem ausgetauscht
werden.
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Bei
der Galvanisierbehandlungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der
vorliegenden Erfindung sind weiterhin mehrere hohle Abschnitte in
der Auslasseinrichtung und mehrere Anoden bereitgestellt, wodurch
die Galvanisierbehandlung auch an einem Mehr-Zylinder-Motor durchgeführt werden
kann.
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Wie
vorstehend in bezug auf die erfindungsgemäße Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung
beschrieben, wird durch den in der Fixiereinrichtung ausgeformten,
unteren Hohlraum ein Puffereffekt erzeugt, so dass die Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeit
gleichmäßig in den
zu behandelnden Gegenstand fließt.
Daher können,
wenn ein Hochgeschwindigkeits-Galvanisieren durchgeführt wird,
eine fehlerhaftes Abscheidung, wie etwa eine verbrannte Auflage,
verhindert und eine verkürzte
Behandlungsdauer sowie reduzierte Behandlungskosten erzielt werden.
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1 ist
eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung;
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2 ist
eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Galvanisierbehandlungsvorrichtung,
bei der der Durchmesser einer unteren Anode kleiner ist als der
einer oberen Anode; und
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3 ist
eine Schnittansicht einer Galvanisierbehandlungsvorrichtung, die
eine Anode mit unteren und oberen Abschnitten gleichen Durchmessers
verwendet.
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Zunächst wird
eine Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf die
begleitende Zeichnung beschrieben.
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Eine
Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung 1 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt,
eine Fixiereinrichtung 3, in der ein hohler Abschnitt ausgeformt
ist, eine zylindrische Kathode 10, die in der Fixiereinrichtung 3 so
angeordnet ist, dass ihr oberes Ende 6 über eine obere Stirnfläche 8 der
Fixiereinrichtung 3 hinausragt, einen Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15,
der mit der Fixiereinrichtung 3 und der Kathode 10 über Rohre 12 bzw. 13 verbunden
ist, Stromquellen 19 und 20, die mit einem Zylinderblock 17,
der ein zu behandelnder Gegenstand ist, bzw. der Kathode 10 verbunden
sind, und ein Thermometer 25, das in einem Kurbelgehäuseabschnitt 23 des
Zylinderblocks 17 angeordnet ist.
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Die
Fixiereinrichtung 3 ist von einer Seitenplatte 27,
die eine zylindrische Gestalt aufweist, und einer Bodenplatte 28 umgeben,
wobei der hohle Abschnitt durch die Seitenplatte 27 und
die Bodenplatte 28 gebildet wird. Der Durchmesser des hohlen
Abschnitts ist ungefähr
gleich dem Durchmesser eines hohlen Abschnitts einer Zylinderbohrung 30 des
Zylinderblocks 17 ausgeführt, wobei ein Dichtelement 31 auf
der oberen Stirnfläche 8 der
Seitenplatte 27 angeordnet ist. Als Dichtelement 31 wird
bevorzugt ein Material verwendet, das Elastizität besitzt, so dass es seine
Dichtwirkung in bezug auf den Zylinderblock 17 aufrechterhalten
kann. Es ist außerdem
ein Einlassanschluss 33 am unteren Abschnitt der Fixiereinrichtung 3 bereitgestellt,
wobei die Fixiereinrichtung 3 mit dem Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 über den
Einlassanschluss 33 durch das Rohr 12 verbunden
ist. An einer Stelle im Verlauf des Rohres 12 ist eine
Pumpe 34 angeordnet, die eine in dem Vorbehand lungsflüssigkeitsbehälter 15 befindliche
Vorbehandlungsflüssigkeit 37 unter
Druck fördern
kann.
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Die
Kathode 10, die eine zylindrische Gestalt aufweist, deren
Inneres hohl ist, ist vertikal angeordnet, so dass sie durch die
hohlen Abschnitte des Zylinderblockes 17 und der Fixiereinrichtung 3 tritt.
Die Kathode 10 ist in zwei Abschnitte geteilt, einen unteren
und einen oberen, welche voneinander abnehmbar ausgeführt sind.
Ein oberes Ende 40a einer unteren Kathode 40,
welche im unteren Bereich angeordnet ist, hat eine Höhe, die
in etwa der Höhe
der oberen Stirnfläche 8 der
Fixiereinrichtung 3 entspricht, wobei das obere Ende 6 einer oberen
Kathode 41, die im oberen Bereich angeordnet ist, in einer
Höhe angebracht
ist, die in etwa der Höhe einer
Kante 23a des Kurbelgehäuseabschnitts 23 des
Zylinderblockes 17 entspricht. Der Durchmesser der unteren
Kathode 40 ist kleiner ausgeführt als der Durchmesser der
oberen Kathode 41. Obgleich der Durchmesser der unteren
Kathode 40 nur geringfügig
kleiner als der der oberen Kathode 41 sein muss, sollte
der Größenunterschied
zwischen den Durchmessern bevorzugt beispielsweise 5 mm und mehr
betragen. Wie in 1 gezeigt, ist der Durchmesser
der unteren Kathode 40 an deren oberem Abschnitt auf einen
Durchmesser erweitert, der ungefähr
dem Durchmesser der oberen Kathode 41 an deren unterem
Ende entspricht.
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Daher
hat ein oberer Hohlraum 44, der zwischen der äußeren Umfangsfläche der
oberen Kathode 41 und der Innenfläche der Zylinderbohrung 30 ausgeformt
ist, einen geringeren Rauminhalt als ein unterer Hohlraum 45,
der zwischen der äußeren Umfangsfläche der
unteren Kathode 40 und der inneren Seitenfläche der Fixiereinrichtung 3 ausgeformt
ist. Am unteren Ende der unteren Kathode 40 ist ein Auslassanschluss 48 bereitgestellt.
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Wie
vorstehend beschrieben ist das Rohr 12, das sich vom Einlassanschluss 33 der
Fixiereinrichtung 3 erstreckt, mit dem Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 über die
Pumpe 34 verbunden, wobei der Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 auch
mit dem Auslassanschluss 48 der unteren Kathode 40 über das
Rohr 13 verbunden ist. Demzufolge wird dem unteren Hohlraum 45 der
Fixiereinrichtung 3 die Vorbehandlungsflüssigkeit 37 aus
dem Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 zugeführt und
steigt in den oberen Hohlraum 44 auf. Danach fließt die Vorbehandlungsflüssigkeit 37 über das
obere Ende 6 der oberen Kathode 41 in die obere
Kathode 41 und über
den Auslassanschluss 48 der unteren Kathode 40 in
den Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 zurück.
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Ein
zu behandelnder Gegenstand, der durch die vorstehend beschriebene
Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung 1 behandelt werden
kann, ist ein zylindrisches Teil, in dem ein hohler Abschnitt ausgeformt ist,
wie etwa ein Zylinderblock 17, wie in 1 gezeigt,
wobei die Galvanisiervorbehandlung an der Innenfläche des
hohlen Abschnitts durchgeführt
wird.
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Wie
in 1 gezeigt, wird der Zylinderblock 17 an
der Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung 1 in einem vertikal
umgekehrten Zustand angebracht. Das heißt, wenn sich der Zylinderblock 17 in
einem Zustand befindet, in dem er in einem Fahrzeug montiert ist,
befindet sich der Kurbelgehäuseabschnitt 23,
dessen unterer Abschnitt sich nach außen ausdehnt, unten und ein
Zylinderkopf oben, wobei die Zylinderbohrung 30, in der
ein Kolben (nicht gezeigt) verschieblich aufgenommen wird, im Zylinderkopf
ausgeformt ist. Daher befindet sich, wenn der Zylinderblock 17 umgedreht
ist, der Kurbelgehäuseabschnitt 23 oben
und eine Zylinderkopfstirnfläche
unten. Die Zylinderkopfstirnfläche
des Zylinderblockes 17 wird in Kontakt mit dem Dichtelement 31 gebracht,
das auf der Fixiereinrichtung 3 angeordnet ist, wobei die
untere Stirnfläche
des Kurbelgehäuseabschnitts 23 in
Kontakt mit einem Dichtelement 50 gebracht wird, wodurch
sowohl das obere als auch das untere Ende des Zylinderblockes 17 abgedichtet
ist.
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Es
folgt eine Beschreibung der Strömung
und des Verhaltens der Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeit 37 in
der Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung 1 mit der vorstehend
beschriebenen Bauweise.
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Zunächst wird
die Vorbehandlungsflüssigkeit 37 aus
dem Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 durch
die Antriebskraft der Pumpe 34 über das Rohr 12 dem
unteren Hohlraum 45 der Fixiereinrichtung 3 zugeführt. Dann
steigt die Vorbehandlungsflüssigkeit 37 von
dem unteren Hohlraum 45 in den oberen Hohlraum 44 auf.
Da der untere Hohlraum 45 einen größeren Rauminhalt als der obere
Hohlraum 45 hat, erfüllt der
untere Hohlraum 45 die Rolle eines sogenannten Puffers.
Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit
der Vorbehandlungsflüssigkeit 37,
die entlang dem oberen Hohlraum 44 emporsteigt, vereinheitlicht,
so dass die gesamte Innenfläche
der Zylinderbohrung 30 gleichmäßig einem elektrolytischen Ätzen unterzogen
wird. Als nächstes
fließt
die Vorbehandlungsflüssigkeit 37 über und
strömt
durch eine im oberen Ende 6 der oberen Kathode ausgeformte Öffnung in
die obere Kathode 41, und wird dann über den Auslaßanschluß 48 der
unteren Kathode 40 über
das Rohr 13 dem Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeitsbehälter 15 zugeführt.
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Als
nächstes
wird eine Galvanisierbehandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Eine
Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wie in 2 gezeigt,
eine Auslasseinrichtung 103, in der ein hohler Abschnitt 105 ausgeformt ist,
eine zylindrische Anode 110, die in dem hohlen Abschnitt 105 der
Auslasseinrichtung 103 so angeordnet ist, dass ein oberes
Ende 106 derselben über
eine obere Stirnfläche 108 der
Auslasseinrichtung 103 hinausragt, einen Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115,
der mit der Auslasseinrichtung 103 und der Anode 110 über Rohre 112 bzw. 113 verbunden
ist, und Stromquellen 119 und 120, die mit einem
Zylinderblock 117, der der zu behandelnde Gegenstand ist,
bzw. der Anode 110 verbunden sind.
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Die
Auslasseinrichtung 103 ist von einer Seitenplatte 122,
die eine zylindrische Gestalt aufweist, und einer Bodenplatte 123 umgeben,
wobei ein dünnes
Dichtmaterial 125 auf der oberen Stirnfläche 108 der
Seitenplatte 122 angeordnet ist. Als Dichtmaterial 125 wird
bevorzugt ein Material verwendet, das Elastizität besitzt, so dass es seine
Dichtwirkung in bezug auf den Zylinderblock 117 aufrechterhalten
kann. Es ist außerdem ein
Galvanisierflüssigkeitsauslassanschluss 126 am
unteren Abschnitt der Auslasseinrichtung 103 bereitgestellt,
wobei die Auslasseinrichtung 103 mit dem Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115 über den
Galvanisierflüssigkeitsauslassanschluss 126 durch
das Rohr 112 verbunden ist.
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Die
Anode 110, die eine zylindrische Gestalt aufweist, deren
Inneres hohl ist, ist vertikal angeordnet, so dass sie durch einen
hohlen Abschnitt 128 des Zylinderblockes 117 und
den hohlen Abschnitt 105 der Auslasseinrichtung 103 tritt.
Die Anode 110, die eine unlösliche Anode ist, ist in zwei
Abschnitte geteilt, einen unteren und einen oberen, welche voneinander
abnehmbar ausgeführt
sind. Ein oberes Ende 130a einer unteren Anode 130,
welche im unteren Bereich angeordnet ist, hat eine Höhe, die
in etwa der Höhe
der oberen Stirnfläche 108 der
Auslasseinrichtung 103 entspricht, wobei das obere Ende 106 einer
oberen Anode 131, die im oberen Bereich angeordnet ist,
in einer Höhe
angebracht ist, die in etwa der Höhe einer Kante 133a eines
Kurbelgehäuseabschnitts 133 des
Zylinderblockes 117 entspricht, der ein zu behandelnder
Gegenstand ist. Der Durchmesser der unteren Anode 130 ist
kleiner ausgeführt
als der Durchmesser der oberen Anode 131. Obgleich der
Durchmesser der unteren Anode 130 nur geringfügig kleiner
als der der oberen Anode 131 sein muss, sollte der Größenunterschied
zwischen den Durchmessern bevorzugt beispielsweise 10 mm und mehr betragen.
Als Anode 110 kann bevorzugt beispielsweise eine Anode,
bei der die Oberfläche
eines aus Titan bestehenden, zylindrischen Grundmaterials mit Platin überzogen
ist, eine Anode aus galvanisiertem Material, bei der ein dünnes Blech
aus Platin mit einem aus Titan bestehenden, zylindrischen Grundmaterial
verbunden ist, oder eine Anode verwendet werden, bei der die Oberfläche eines
aus Titan bestehenden, zylindrischen Grundmaterials mit einer Iridiumoxidschicht überzogen
ist.
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Daher
ist ein Anode-Kathode-Abstand, der ein Spalt (Abstand) zwischen
der äußeren Umfangsfläche der
oberen Anode 131 und der Innenfläche des Zylinderblocks 117 ist,
kleiner ausgeführt
als ein Anode-Kathode-Abstand, der ein Spalt (Abstand) zwischen
der äußeren Umfangsfläche der
unteren Anode 130 und der Innenfläche der Auslasseinrichtung 103 ist.
Die obere Anode 131 ist beispielsweise in einem Zustand
angeordnet, in dem sie von der Innenfläche einer Zylinderbohrung im
Zylinderblock 117 durch einen Spalt von 1 bis 5 mm abgesetzt
ist, welcher dazwischen ausgeformt und im wesentlichen parallel
zur Innenfläche
der Zylinderbohrung ist. Es ist ferner ein Galvanisierflüssigkeitseinlassanschluss 135 am
unteren Ende der unteren Anode 130 bereitgestellt.
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Wie
vorstehend beschrieben ist das Rohr 112, das sich vom Galvanisierflüssigkeitsauslassanschluss 126 der
Auslasseinrichtung 103 erstreckt, mit dem Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115 verbunden,
wobei der Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115 außerdem mit
dem unteren Ende der unteren Anode 130 über die Pumpe 136 durch
das Rohr 113 verbunden ist. Demzufolge wird der Anode 110 Galvanisierflüssigkeit 138 aus
dem Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115 zugeführt, wobei
die Galvanisierflüssigkeit 138,
nachdem an der Innenfläche
des Zylinderblockes 117 eine Galvanisierbehandlung durchgeführt wurde,
in den Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115 zurückfließt.
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Ein
zu behandelnder Gegenstand, der durch die vorstehend beschriebene
Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101 behandelt werden
kann, ist ein zylindrisches Teil, wie etwa ein Zylinderblock 117,
wie in 2 gezeigt, wobei die Galvanisierbehandlung an
der Innenfläche
des zylindrischen Teils durchgeführt
wird.
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Wie
in 2 gezeigt, wird der Zylinderblock 117 an
der Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101 in einem vertikal
umgekehrten Zustand angebracht. Das heißt, wenn sich der Zylinderblock 117 in
einem Zustand befindet, in dem er in einem Fahrzeug montiert ist,
befindet sich der Kurbelgehäuseabschnitt 133,
dessen unterer Abschnitt sich nach außen ausdehnt, unten und ein
Zylinderkopf oben, wobei die Zylinderbohrung, in der ein Kolben
(nicht gezeigt) verschieblich aufgenommen wird, im Zylinderkopf
ausgeformt ist. Daher befindet sich, wenn der Zylinderblock 117 umgedreht
ist, der Kurbelgehäuseabschnitt 133 oben
und der Zylinderkopfabschnitt unten. Eine Zylinderkopfstirnfläche des
Zylinderblockes 117 wird in Kontakt mit dem Dichtmaterial 125 gebracht,
das auf der oberen Stirnfläche 108 der
Auslasseinrichtung 103 angeordnet ist, wobei die untere
Stirnfläche
des Kurbelgehäuseabschnitts 133 in
Kontakt mit einem Dichtelement 140 gebracht wird, wodurch
sowohl das obere als auch das untere Ende des Zylinderblockes 117 abgedichtet
ist. Die vorstehend beschriebene obere Anode 131 ist in
einer Höhe
angeordnet, die der der Innenfläche
der Zylinderbohrung entspricht.
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Es
folgt eine Beschreibung der Strömung
und des Verhaltens der Galvanisierflüssigkeit 138 in der
Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101 mit der vorstehend
beschriebenen Bauweise. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine
Hochgeschwindigkeits-Galvanisierbehandlung
mittels einer Hochgeschwindigkeits-Galvanisiereinrichtung bei einer
hohen Stromdichte von 100 (A/dm2) und mehr
durchgeführt.
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Zunächst wird
bewirkt, dass die Galvanisierflüssigkeit 138 von
dem Galvanisierflüssigkeitsbehälter 115 durch
die Antriebskraft der Pumpe 136 durch das Rohr 113 zur
unteren Anode 130 fließt.
Da in der unteren und oberen Anode 130 und 131 hohle
Abschnitte ausgeformt sind, steigt die Galvanisierflüssigkeit 138 vom Inneren
der unteren Anode 130 ins Innere der oberen Anode 131 und
ergießt
sich ins Innere des Kurbelgehäuseabschnitts 133 des
Zylinderblocks 117 durch eine am oberen Ende 106 der
oberen Anode 131 bereitgestellte Öffnung. Die Galvanisierflüssigkeit 138 sammelt
sich vorübergehend
im Kurbelgehäuseabschnitt 133,
so dass das Innere des Kurbelgehäuseabschnitts 133 die
Rolle eines sogenannten Puffereffekts erfüllt. Dadurch wird die Strömung der
Galvanisierflüssigkeit 138 vereinheitlicht.
Danach fließt
die Galvanisierflüssigkeit 138 zwischen
der oberen Anode 131 und der Innenfläche der Zylinderbohrung nach
unten. Wie vorstehend beschrieben ist der Anode-Kathode-Abstand an der unteren Anode 130 größer als
der an der oberen Anode 131, so dass die Galvanisierflüssigkeit 138,
aufgrund des Puffereffekts, zwischen der unteren Anode 130 und
der Auslasseinrichtung 103 gleichmäßig und ruhig fließt. Ein
synergistischer Effekt, der durch die zwei Puffereffekte verursacht
wird, kann eine gleichmäßige Strömung der
Galvanisierflüssigkeit 138 vom
Inneren des Kurbelgehäuseabschnitts
zur Auslasseinrichtung 103 aufrechterhalten. Durch Erhöhen des
Anode-Kathode-Abstands zwischen
der Auslasseinrichtung 103 und der unteren Anode 130 wird
eine gegenseitige Beeinflussung der Zylinder des Zylinderblockes 117 beseitigt, so
dass diese Vorrichtung auch bei einem Mehr-Zylinder-Motor verwendet
werden kann.
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Als
nächstes
wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
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Beispiel 1
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Nachdem
die Galvanisiervorbehandlung an der Innenfläche des Zylinderblockes 17 unter
Verwendung der in 1 gezeigten Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung 1 durchgeführt wurde,
wurde die Galvanisierbehandlung unter Verwendung einer nicht dargestellten
Galvanisierbehandlungsvorrichtung durchgeführt. Die in der Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung 1 angeordnete
Kathode 10 besteht aus der zylindrischen oberen Kathode 41 und
der unteren Kathode 40, die, wie vorstehend beschrieben,
einen kleineren Durchmesser als die obere Kathode 41 hat,
wobei diese oberen und unteren Kathoden 41 und 40 voneinander
trennbar sind.
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Bezugnehmend
auf die Bedingungen der Galvanisiervorbehandlungsflüssigkeit 37 betrug
die Strömungsrate
10 Liter/Minute, die Konzentration an Phosphorsäure 300 g/Liter und die Flüssigkeitstemperatur 65°C. Des weiteren
betrug die Dichte des Stromes, den man zwischen der Kathode 10 und
dem Zylinderblock 17 fließen ließ, 50 A/dm2.
Das Thermometer 25 wurde in jedem Zylinder des Zylinderblockes 17 angeordnet. Die
Vorbehandlung wurde an der Innenfläche des Zylinderblockes 17 durchgeführt, wobei
die Strommenge und die Strömungsrate
der Vorbehandlungsflüssigkeit
angemessen geregelt wurden, so dass die Temperatur der Vorbehandlungsflüssigkeit 37 in
jedem Zylinder konstant gehalten wurde. Dann wurde eine Galvanisierbehandlung
durchgeführt,
um eine Ni-SiC- oder Ni-P-SiC-Belagschicht an der Innenfläche des
Zylinderblockes 17 zu formen.
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Dadurch
wurde jeder Zylinder in einem beinahe gleichen Ausmaß geätzt und
Abweichungen in der Haftung der Belagschicht zwischen den Zylindern
wurden ebenfalls beseitigt.
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Beispiel 2
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Die
Innenfläche
des Zylinderblocks 117 wurde bei verschiedenen Stromdichten
unter Verwendung der in den 2 bzw. 3 gezeigten
Galvanisierbehandlungsvorrichtungen 101 und 151 galvanisiert.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 2 die Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101,
bei der der Durchmesser der unteren Anode 130 kleiner ist
als der der oberen Anode 131.
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Im
Gegensatz dazu, ist in 3 als Vergleichsbeispiel eine
Galvanisierbehandlungsvorrichtung 151 gezeigt, die eine
untere Anode 153 aufweist, deren Durchmesser beinahe gleich
dem Durchmesser der oberen Anode 131 ist. Die gesamte Bauweise
der in 3 gezeigten Galvanisierbehandlungsvorrichtung 151 entspricht
der in 2 gezeigten Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101,
mit Ausnahme der unteren Anode 153.
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Bezugnehmend
auf die Galvanisierbehandlungsbedingungen wurde die durchschnittliche
Strömungsgeschwindigkeit
der Galvanisierflüssigkeit
138 in
beiden Vorrichtungen
101 und
151 konstant gehalten,
sie betrug 1,7 m/s, wobei sowohl der Anode-Kathode-Abstand der oberen Anode
131 in
der in
2 gezeigten Vorrichtung
101 als auch
die Anode-Kathode-Abstände
der oberen Anode
131 und der unteren Anode
153 der
in
3 gezeigten Vorrichtung
151 5 mm betrugen.
Darüber
hinaus wurden drei Stromdichten, 100, 120 und 150 (A/dm
2),
verwendet. Tabelle 1
Stromdichte
(A/dm2) | Vorliegende
Erfindung | Vergleichsbeispiel |
100 | – | – |
120 | – | X |
150 | – | X |
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Die
Kreismarkierung steht für
einen zufriedenstellenden Zylinderblock, ohne fehlerhafte Abscheidung, wie
etwa eine verbrannte Auflage, und die Kreuzmarkierung für einen
Zylinderblock, bei dem eine fehlerhafte Abscheidung aufgetreten
ist. Der Ausdruck "verbrannte
Auflage" bezeichnet
eine fehlerhafte Abscheidung, etwa dahingehend dass aufgrund eines
Mangels an zugeführten
Ni-Ionen Wasserstoff erzeugt wird, so dass die nähere Umgebung der Kathode alkalisch
wird, wodurch Ni(OH)x entsteht, das den Bereich schwarz färbt. Dieser
Fehler tritt vor allem in einem Bereich auf, in dem die Strömung der
Galvanisierflüssigkeit 138 stagniert.
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Gemäß Tabelle
1 führt
die Verwendung der erfindungsgemäßen Galvanisierbehandlungsvorrichtung 101 zu
einem guten Ergebnis, ohne dass bei einer der Stromdichten von 100
bis 150 (A/dm2) eine verbrannte Auflage
entsteht. Eine derartige Anode 110 ermöglichte ein Hochgeschwindigkeits-Galvanisieren
und konnte das Auftreten verbrannter Auflagen eindämmen, wodurch
eine zufriedenstellende Galvanisierbehandlung des Zylinderblockes 117 ermöglicht wurde.
Im Gegensatz dazu, führte
die Verwendung der Galvanisierbehandlungsvorrichtung 151 gemäß dem Vergleichsbeispiel
bei hohen Stromdichten von 120 und 150 (A/dm2)
zu einer verbrannten Auflage. Diese verbrannte Auflage trat in einem
Bereich auf, in dem die Strömung
der Galvanisierflüssigkeit 138 ungleichmäßig war
und eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit
hatte, wobei, ebenfalls bei dem Vergleichsbeispiel, aufgrund der
ungleichmäßigen Strömung der
Galvanisierflüssigkeit 138,
das Eutektoid von SiC ebenfalls ungleichmäßig war.
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Gemäß Beispiel
2 floss, durch Verkleinern des Durchmessers der unteren Anode 153,
die Galvanisierflüssigkeit 138 sogar
bei einem Anode-Kathode-Abstand von 1 bis 5 mm gleichmäßig. Darüber hinaus
führte die
Verwendung einer flachen, unlöslichen
Anode, bei der die äußere Umfangsfläche der
Anode 110 keine Unregelmäßigkeiten aufwies, wie etwa
eine Wellenform, zu einem konstanten Anode-Kathode-Abstand zwischen jedem
Abschnitt der Anode 110 und des Zylinderblocks 117.
Somit konnte eine gute Belagschicht mit gleichmäßiger Schichtstärke und
ohne verbrannte Auflage erreicht werden.
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Beispiel 3
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Als
nächstes
wurde der Zylinderblock
117 unter Verwendung der Anode
mit der in
2 gezeigten Form galvanisiert,
wobei lediglich die Anode durch eine unlösliche Anode oder einen Titankorb
ersetzt wurde. Bezugnehmend auf die Behandlungsbedingungen der Galvanisierbehandlung
wurde die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit
der Galvanisierflüssigkeit
138 in
beiden Fällen
konstant gehalten, sie betrug 1,7 m/s. Das Ergebnis ist in Tabelle
2 gezeigt. Tabelle 2
Stromdichte
(A/dm2) | Vorliegende
Erfindung (unlösliche Anode) | Vergleichsbeispiel
(Titankorb) |
100 | – | – |
120 | – | X |
150 | – | X |
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Bei
der unlöslichen
Anode trat keine fehlerhafter Abscheidung auf, wie etwa eine verbrannte
Auflage, und es konnte eine zufriedenstellende Galvanisierbehandlung
bei jeder der Stromdichten von 100 bis 150 (A/dm2)
durchgeführt
werden. Bei dem Titankorb jedoch trat bei Stromdichten von 120 bis
150 (A/dm2) eine fehlerhafte Abscheidung
auf, wie etwa eine verbrannte Auflage. Darüber hinaus kann, da die äußere Umfangsfläche des
Titankorbes eine Wellenform aufweist und die Maßgenauigkeit daher schlecht
ist, ein geringer Anode-Kathode-Abstand einen Kurzschluss zwischen
der Anode und dem zu behandelnden Gegenstand bewirken. Folglich
muss der Anode-Kathode-Abstand größer als 5 mm sein.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele
beschränkt
und verschiedene Abwandlungen und Veränderungen können basierend auf dem technischen
Konzept der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
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Obgleich
beispielsweise die Kathode, die in obere und untere Abschnitte geteilt
ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung in bezug auf die Vorbehandlungsvorrichtung beschrieben
wurde, geschah dies für
den Fall, dass die Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung selbst vertikal
angeordnet ist. Falls die Galvanisiervorbehandlungsvorrichtung schräg oder im
wesentlichen horizontal angeordnet ist, ist eine in bezug auf die Strömungsrichtung
der Vorbehandlungsflüssigkeit
in der Kathode auf der stromabwärts
gerichteten Seite befindliche Kathode (die der unteren Kathode 40 entspricht)
integral mit einer Kathode auf der stromaufwärts gerichteten Seite (die
der oberen Kathode 41 entspricht) ausgeformt, so dass sie
einen kleineren Durchmesser als die Kathode auf der stromaufwärts gerichteten
Seite hat, wodurch die Effekte der vorliegenden Erfindung erzielt
werden können.