DE10107674C2 - Gekapselter, mehrstufiger Prozeßreaktor in der Galvanotechnik - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Pro­ zeßreaktor für die Galvanotechnik. In der Galvano­ technik werden Werkstücke durch Anlegen eines Stromes elektrochemisch beschichtet. Hierzu sind verschieden­ ste Vorbehandlungs-, Behandlungs- und Nachbehand­ lungsprozeßschritte erforderlich. Diese Prozeßschrit­ te werden in einem als offenes oder geschlossenes Be­ hältnis ausgeführten Verfahrensraum durchgeführt, in dem sich feste Einbauten, wie beispielsweise Flüssig­ keitszu- und abläufe, Flüssigkeitsdüsen wie Sprühre­ gister, oder Gasdüsen befinden. In einer herkömmlich gestalteten Prozeßkette wird nunmehr zuerst das zu beschichtende Werkstück auf einen Warenträger in dem Verfahrensraum positioniert. Anschließend wird die Prozeßflüssigkeit des ersten Prozeßschrittes, bei­ spielsweise ein Elektrolyt, ein Reinigungsmittel oder eine Suspension, in den Verfahrensraum gepumpt. Nach der Prozeßverweilzeit wird der Verfahrensraum ent­ leert und es erfolgt ein weiterer Prozeßschritt, bei­ spielsweise Spülen des Werkstückes. Anschließend wird das Werkstück in den nächsten Verfahrensraum trans­ portiert, um dort im nächsten Prozeßschritt weiter behandelt zu werden.

Wenn Prozeßschritte in dem selben Behältnis hinter­ einander durchgeführt werden, so muß bei der zwischen den aufeinanderfolgenden Prozeßschritten zu erfolgen­ den Spülung des Bauteiles zusätzlich auch noch die gesamte Oberfläche des Verfahrensraumes mit seinen Einbauten, wie beispielsweise Elektroden, Spritzregi­ ster und dergleichen, gespült werden.

Dies hat zur Folge, daß bei der bisherigen Verfah­ rensraumgestaltung nur chemisch verträgliche Prozesse in einem Verfahrensraum hintereinander durchgeführt werden können. Die Verunreinigung des Folgeprozesses, beispielsweise ein zweiter Galvanisierschritt, ist jedoch sehr hoch, da nicht nur das Werkstück, sondern auch der gesamte Verfahrensraum mit Einbauten von den Prozeßflüssigkeiten benetzt werden. Bei einer Spülung sind daher nicht nur das Werkstück sondern auch die Verfahrenswandungen und Einbauten mitzuspülen. Dies bedeutet, daß die zu spülende Oberfläche ein Vielfa­ ches der eigentlich zu behandelnden Werkstückoberflä­ che ist, so daß ein erhöhter Spülaufwand resultiert.

Weiterhin sind Prozesse, die mit löslichen Elektroden bzw. mit Elektrodensäcken ablaufen nur sehr ungenü­ gend zu spülen.

Aus diesen Gründen kann man zwar derzeit inkompatible Prozeßschritte räumlich trennen und in verschiedenen Verfahrensräumen durchführen. Dies führt jedoch wie­ derum zu erhöhten Materialkosten, Transportkosten, logistischen Problemen, aufwendigen Transportsteue­ rungen und langen Prozeßzeiten.

Die WO 90/05 801 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken, die einen Behälter als Prozessraum aufweist, der das zu behandelnde Werk­ stück aufnimmt. In dem Prozessraum kann das Werkstück mit einem Medium behandelt werden, das über eine Zu­ leitung dem Behälter zugeführt und über eine Ablei­ tung von dem Behälter wieder zurück zu der Quelle des Mediums geführt wird.

Die DE 26 43 910 A1 offenbart ebenfalls eine Anlage zur Flüssigkeitsbehandlung von Oberflächen. Diese be­ sitzt eine Behandlungskammer, die mit mindestens zwei Vorratsbehältern über Leitungen verbunden ist. Auf diese Weise kann die zu behandelnde Oberfläche eines in den Behälter eingebrachten Werkstückes nacheinan­ der mit mindestens zwei Flüssigkeiten in Kontakt ge­ bracht werden. Diese Anlage eignet sich zur galvani­ schen Metallabscheidung zur Herstellung von Metal­ lüberzügen bzw. die anodische Oxidation von Alumini­ um-Werkstoffen, da aufeinanderfolgend die Behandlung des Werkstückes mit mehreren Bädern möglich ist.

Die DE 44 23 630 A1 offenbart ebenfalls eine Vorrich­ tung zur galvanotechnischen Behandlung von Gegenstän­ den mit Behandlungsflüssigkeiten. Diese Vorrichtung weist einen Behandlungsbehälter sowie einen Gestell­ raum in dem Behandlungsbehälter zur Aufnahme der zu behandelnden Werkstücke auf. Die Behandlungsflüssig­ keiten werden über Düsenstöcke auf die Werkstücke aufgesprüht. Vor den Düsenstöcken, die ihrerseits be­ wegbar sind, sind zum Gestellraum hin Abteilwände an­ geordnet, die Schlitze für den Durchtritt der Behand­ lungsflüssigkeit aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ei­ nen Prozeßreaktor und ein Verfahren für die Galvano­ technik zur Verfügung zu stellen, mit denen Oberflä­ chenbehandlungen auf einfache, kostengünstige und un­ aufwendige Weise durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Prozeßreaktor nach An­ spruch 1 sowie das Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Prozeßreaktors und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gege­ ben.

Durch die erfindungsgemäße flexible Unterteilung des Verfahrensraumes werden die zu spülenden Verfahrens­ raumwandungen bzw. die Benetzung von kontaminierten Oberflächen in Folgeprozessen reduziert und somit der Spülaufwand reduziert. Durch eine solche Kapselung der Verfahrensraumwandung können chemisch unverträg­ liche Prozesse hintereinander in demselben Verfah­ rensraum durchgeführt werden. Die Verkürzung des Spülvorganges hat weiterhin eine Minimierung der Durchlaufzeit des Gesamtprozesses zur Folge sowie ei­ ne Reduktion der eingesetzten Spülmittelmenge.

Weiterhin können chemisch unverträgliche Prozesse nunmehr hintereinander im selben Behältnis durchge­ führt werden, da die kontaminierten Oberflächen von­ einander getrennt und schwer zu spülende Einbauten abgekapselt werden. Durch die Minimierung der zu spü­ lenden Oberflächen wird eine wesentliche Verbesserung der Spülleistung erzielt.

Dadurch, daß Umsetzprozesse in andere Verfahrensräume bzw. Behältnisse wegfallen, wird weiterhin die Durch­ lauf- bzw. Prozeßzeit minimiert. Auch dies hat eine Senkung der laufenden Kosten zur Folge.

Eine entsprechende Kostenreduktion erfolgt auch aus den reduzierten Abwassermengen der Spülprozesse.

Zuletzt ist noch zu erwähnen, daß die benötigte Anla­ genfläche durch den Wegfall zusätzlicher Behältnisse reduziert wird, was ebenfalls die Investitionskosten verringert und zu einer Verbesserung der Prozeßinte­ gration führt.

Erfindungsgemäß werden die Außenwandungen mit Einbau­ ten, z. B. lösliche Anoden, des Verfahrensraumes (Be­ hältnisses) durch Einschieben von Zwischenwandungen vom Verfahrensraum des Folgeprozesses, z. B. Spülen abgekapselt. Somit erfolgt der nachgeschaltete Teil­ prozeß in einem Verfahrensraum mit neuer, sauberer Außenwandung.

Dies führt dazu, daß die eigentlichen Verfahrensraum­ wandungen und Einbauten des vorgeschalteten Prozesses nicht mit der Prozeßflüssigkeit des Folgeprozesses in Kontakt kommt.

Vorteilhafterweise kann es sich bei den Zwischenwan­ dungen um einzelne Platten, Zylinder oder eckige For­ men handeln. Die Zwischenwandungen können auch so ge­ staltet sein, daß Elektroden, Sprühregister, Flüssig­ keitseinläufe, Flüssigkeitsdüsen, Gasdüsen und der­ gleichen als weitere Einbauten an oder in den Zwi­ schenwandungen angebracht bzw. eingearbeitet sind.

Dies ermöglicht eine optimale und flexible Prozeßge­ staltung sämtlicher aufeinanderfolgender und in je­ weils neu abgekapselten Verfahrensräumen durchgeführ­ ter Prozeßschritte. Zusätzlich können auch Bodenein­ schubplatten unterhalb des Werkstückes in das Behält­ nis eingeführt werden, um auch dort eine Abkapselung der Außenwandung des vorhergehenden Prozesses von dem Verfahrensraum des folgenden Prozesses zu erzielen.

Es ist jedoch festzustellen, daß insgesamt die Anzahl der aufeinanderfolgenden Raumunterteilungen, d. h. der Zwischenwandungen nicht begrenzt ist. So ist es mög­ lich, ein Behältnis lediglich mit einer Zwischenwan­ dung auszustatten oder auch eine Vielzahl von Zwi­ schenwandungen vorzusehen, die jeweils aufeinander­ folgend in das Behältnis eingeführt und zu einer er­ neuten Abkapselung des Werkstücks von der Wandung des vorhergehenden Prozesses führen.

Im folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemä­ ßer Prozeßreaktoren und Verfahren gegeben.

Fig. 1 zeigt in ihren drei Teilbildern A, B und C den herkömmlichen Prozeßablauf. Nach dem Stand der Tech­ nik (s. Fig. 1A) wird ein Werkstück 1 in einen Behäl­ ter 2 mit einer Verfahrensaußenraumwandung über einen Träger 8 eingeführt und in einer bestimmten Position festgehalten. Der Träger 8 ist dabei über eine Befe­ stigung 11, beispielsweise einen Stab zwischen dem Werkstück 1 und dem Träger 8, mit dem Werkstück 1 verbunden. Auf der Innenseite der Außenwandung des Behältnisses befindet sich eine als Anode geschaltete Elektrode 4 und zwischen dieser Elektrode 4 und dem Werkstück 1 eine Elektrolytflüssigkeit 3. Die Elek­ trolytflüssigkeit 3 wird durch einen am unteren Teil des Reaktors 2 angebrachten siphonartigen Flüssig­ keitsein/- und auslaß 10 in den Behälter 2 einge­ bracht und fließt über Überläufe 9 wieder aus dem Be­ hälter aus.

Im Betrieb wird nun das Werkstück 1 über einen Drehantrieb 5 gedreht, so daß eine gleichmäßige Gal­ vanisierung erfolgt. Das Werkstück ist dabei über ei­ ne Stromdurchführung in dem Drehantrieb 5 als Kathode geschaltet.

Fig. 1B zeigt den nächsten Schritt in dem Prozeßab­ lauf, wie er herkömmlicherweise durchgeführt wird. Hier ist zu sehen, daß über den Flüssigkeits­ ein/auslaß 10 nunmehr die Elektrolytflüssigkeit aus­ läuft und anschließend über Sprühdüsen 7 in dem Trä­ ger 8 eine Spülflüssigkeit 6 sowohl auf die Elektrode 4, die Außenwandung 2 als auch auf das Werkstück 1 gesprüht wird. Folglich sind sämtliche mit dem Elek­ trolyten in Berührung gelangten Flächen zu spülen. Hier wie im folgenden werden für ähnliche Bauelemente ähnliche Bezugszeichen wie in den jeweils vorherge­ henden Figuren verwendet.

Fig. 1C zeigt nun den nächsten Galvanisierschritt. Wiederum wurde eine Flüssigkeit über den Flüssig­ keitsein/auslaß 10 in den Behälter 2 eingebracht, so daß der nächste Galvanisierschritt an dem Werkstück 1 erfolgen kann.

Fig. 2 zeigt nun eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der Erfindung. Im Unterschied zum in Fig. 1 er­ läuterten Stand der Technik weist der Träger 8 nun­ mehr Öffnungen 12 auf, über die eine Zwischenwandung 13 in den Behälter eingebracht bzw. aus dem Behälter entfernt werden kann. Diese Zwischenwandung 13 be­ sitzt in diesem Beispiel einen kreisförmigen Quer­ schnitt und in ihrem Inneren jeweils Sprühregister 14, die an eine Spülmittelleitung 15 angeschlossen sind.

Fig. 2A zeigt nun wiederum den ersten Galvanisier­ schritt, bei dem der Behälter 2 vollständig mit Elek­ trolyt 3 angefüllt ist.

Im nächsten Schritt, der in Fig. 2B dargestellt ist, wird der Elektrolyt über den Flüssigkeitsein/auslaß 10 ausgelassen und anschließend die Zwischenwandung 13 über die Öffnungen 12 in den Behälter 2 einge­ bracht. Die Zwischenwandung erstreckt sich dabei in vertikaler Richtung von dem Träger 8 bis zu dem si­ phonartig abgeschrägten Bereich am unteren Teil des Behälters 2. An dieser Stelle erfolgt eine Abdichtung nach unten. Über die Spülmittelleitung 15 und die Sprühregister 14 wird nunmehr das in der Mitte des Behälters 2 und in der Mitte der ihn umgebenden Zwi­ schenwandung 13 befindliche Werkstück mit Spülmittel besprüht. Dieses Spülmittel kann über einen extra Auslaß 16 aus dem von der Zwischenwandung 13 um­ schlossenen Bereich ausgelassen werden. Erfindungsge­ mäß muß hier nur noch das Werkstück 1 sowie der un­ terste Bereichs des Siphons mit dem Auslaß 10 gespült werden. Die anderen Außenwandungen des Behälters 2 sowie die Elektrode 4 sind durch die Zwischenwandung 13 von dem Werkstück 1 hermetisch abgetrennt.

In Fig. 2C ist ein weiterer Galvanisierschritt darge­ stellt. Hier ist gezeigt, wie nunmehr der Bereich in­ nerhalb der Zwischenwandung 13 mit einem Elektrolyten gefüllt wird, über den eine weitere Galvanisierung des Werkstückes 1 bewirkt werden kann. Es ist zu er­ kennen, daß nunmehr die Zwischenwandung 13 als Außen­ wandung des Verfahrensraumes dient.

Erfindungsgemäß ist es nun möglich, mehrere derartige Zwischenwandungen mit jeweils verringertem Durchmes­ ser ineinander anzuordnen, wobei jeweils vor dem nächsten Verfahrensschritt eine neue Zwischenwandung mit kleinerem Durchmesser eingeführt wird. Letztlich wird also der Verfahrensraum ständig durch eingeführ­ te Zwischenwände neu definiert.

Claims (17)

1. Prozeßreaktor für die Galvanotechnik mit einem nach oben offenen oder geschlossenen Behälter (2), gegebenenfalls weiteren Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) sowie einem Warenträger (8) zur Anordnung und Festlegung der Position eines zu behandelnden Werkstücks (1) zumindest teilweise in dem Behälter (2), gekennzeichnet durch
eine erste Zwischenwandung (13), die zwischen ei­ ner Ruhestellung zumindest teilweise außerhalb des Behälters (2) und einer Funktionsstellung zu­ mindest teilweise innerhalb des Behälters (2) be­ wegbar ist,
wobei die Zwischenwandung (13) in der Funktions­ stellung nicht jedoch in der Ruhestellung eine Trennwand zwischen dem Werkstück (1) einerseits und zumindest einem Teil der Außenwand des Behäl­ ters (2) und/oder der weiteren Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) andererseits bildet.

2. Prozeßreaktor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwandung (13) in der Funktionsstellung das Werkstück (1) vollständig von der Außenwand des Behälters (2) und/oder weiteren Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) trennt.

3. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine weitere Zwischenwandung,
die zwischen einer Ruhestellung zumindest teil­ weise außerhalb des Behälters (2) und einer Funk­ tionsstellung zumindest teilweise innerhalb des Behälters (2) bewegbar ist,
wobei die weitere Zwischenwandung in der Funktionsstellung nicht jedoch in der Ruhestel­ lung eine Trennwand zwischen dem Werkstück (1) einerseits und zumindest einem Teil der Außenwand des Behälters (2), einer anderen Zwischenwandung (13) und/oder der weiteren Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) andererseits bildet.

4. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder weiteren Zwischenwandungen (13) in der Ruhestellung außerhalb des Behälters (2) angeord­ net sind.

5. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite und/oder Unterseite des Behälters (2) Öffnungen (12) vorgesehen sind, durch die die mindestens eine der Zwischenwandungen (13) in den Behälter (2) einbringbar ist.

6. Prozeßreaktor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß für eine oder mehrere der Zwischenwandungen (13) eine eigene Öffnung vorgesehen ist.

7. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Zwischenwandungen (13) ein Hohlzylin­ der oder ein vieleckiger Hohlkörper sind, der in der Funktionsstellung das Werkstück (1) umgebend zwischen dem Werkstück (1) einerseits und der Au­ ßenwand des Behälters (2) und/oder den Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) angeordnet ist.

8. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Zwischenwandungen (13) zumindest eine Platte aufweisen, die in Funktionsstellung zwi­ schen einem Teil der Außenwand des Behälters (2) und/oder der Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) einerseits und dem Werkstück (1) andererseits angeordnet ist.

9. Prozeßreaktor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Platte in dem Behälter (2) seitlich neben und/oder unterhalb des Werkstücks (1) und/oder der Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) angeordnet ist.

10. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Zwischenwandungen (13) weitere Ein­ bauten (7, 9, 10, 12, 14) aufweisen.

11. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) eine in oder an dem Be­ hälter (2) angeordnete Elektrode (4), eine Spül­ vorrichtung zum Reinigen des Werkstücks (1), des Behälters (2) und/oder einer der Zwi­ schenwandungen (13), ein Sprühregister (14) zum Besprühen des Werkstücks (1), des Behälters (2) und/oder einer der Zwischenwandungen (13), ein Flüssigkeitseinlauf (10) zur Zufuhr einer Flüs­ sigkeit (3) in den Behälter (2) bzw. Flüssig­ keitsablauf (9, 10), Flüssigkeitsdüsen (7) zum Einleiten einer Flüssigkeit (6) in den Behälter (2) oder Gasdüsen zum Einleiten eines Gases in den Behälter (2) vorgesehen sind.

12. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an dem Behälter (2) und/oder einer der Zwischenwan­ dungen (13) eine Elektrode (4) angeordnet ist, wobei das Werkstück (1) und die Elektrode (4) über eine Spannungsquelle elektrisch miteinander verbindbar oder verbunden sind.

13. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters (2) eine Vorrichtung zum Spülen des Werkstücks (1) angeordnet ist.

14. Prozeßreaktor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Waren­ träger (8) ein Trägergestell oder eine Trommel ist.

15. Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werk­ stücks (1) mit mehreren aufeinanderfolgenden Pro­ zeßschritten unter Verwendung eines Prozeßreak­ tors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach mindestens einem der Prozeßschritte eine Zwischenwandung in eine Funktionsstellung zumin­ dest teilweise in den Behälter eingebracht wird, in der die Zwischenwandung eine Trennwand zwi­ schen dem Werkstück (1) einerseits und zumindest einem Teil der Außenwand des Behälters (2) und/oder weiterer Einbauten (7, 9, 10, 12, 14) in dem Behälter (2) andererseits bildet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß nach einem ersten Prozeßschritte eine erste Zwischenwandung (13) in den Behälter (2) eingeführt wird und anschließend an einen weite­ ren Prozeßschritt eine weitere Zwischenwandung in den von der ersten Zwischenwandung gebil­ deten Raum innerhalb des Behälters (2) eingeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Prozeßschritt einer der Schritte Galvanisieren, Reinigen oder Beschichten durchgeführt wird.