DE102006020593A1

DE102006020593A1 - A mask for electroplating the outer surface of a body made of an electrically conductive material and method for producing the mask

Info

Publication number: DE102006020593A1
Application number: DE102006020593A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Bergmann; Christoper Rotsch; Franz Gessler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-15
Also published as: WO2007124728A3; EP2027311B1; WO2007124728A2; ATE513070T1; JP2009535507A; EP2027311A2

Abstract

A mask (1) for the electroplating of the outer surface of a body, for example a piston for an internal combustion engine, with a process chamber (3), by means of which the outer surface to be coated is covered, and into which feed openings (7) and discharge openings for an electrolyte containing the layer material open is proposed. At the front, the process chamber (3) can be closed by the outer surface to be coated and on the rear side it is closed by a sheet-like anode which is connected via an electrode to the plus pole of a DC voltage source, with the body being able to be connected to the minus pole of the DC voltage source. Uniform distribution of the electrolyte and thus the layer material to be applied is obtained by the mask (1) consisting of a rubbery elastic, yielding polymer and by a rigid piping system which opens via feed openings (7) and discharge openings into the process chamber (3) and has connections (4, 5) for a vacuum pump and connections (6, 10) connected to a container for the electrolyte being cast into the mask (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske zum galvanischen Beschichten der Außenfläche eines, aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Körper, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung der Maske nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.The The invention relates to a mask for electroplating the outer surface of a, from an electrically conductive Material existing body, according to the preamble of claim 1 and a method for the production the mask according to the preamble of claim 9.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 40 934 A1 ist eine Vorrichtung zur galvanischen Oberflächenbehandlung eines rotationssymmetrischen Werkstücks bekannt, die zwei Spannteile aufweist, die relativ zueinander beweglich sind, und zwischen denen ein Mittelteil eingespannt ist, über das die elektrolytische Prozessflüssigkeit in die Prozesskammer ein- und daraus wieder abgeführt wird. Die Prozesskammer wird gebildet von zwei Zwischenringen, zwischen denen eine Elektrode eingespannt ist, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der zu beschichtenden Oberfläche, sodass sich zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Innenfläche der Elektrode die Prozesskammer ergibt, wobei die Zwischenringe von den beiden Spannteilen zusammengehalten werden. Nachteilig ist hierbei, dass sowohl die Zwischenringe als auch die Elektrode aus Metall bestehen, sodass aufwändige Maßnahmen zum Abdichten der Prozesskammer erforderlich sind, um zu verhindern, dass der sehr aggressive Elektrolyt aus der Prozesskammer austritt. Zudem ist die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur galvanischen Oberflächenbehandlung sehr kompliziert aufgebaut, was zu einer nicht unerhebliche Verteuerung des Beschichtungsprozesses führt.From the publication DE 101 40 934 A1 a device for galvanic surface treatment of a rotationally symmetrical workpiece is known, which has two clamping parts which are movable relative to each other, and between which a central part is clamped, via which the electrolytic process liquid in the process chamber and is discharged therefrom again. The process chamber is formed by two intermediate rings, between which an electrode is clamped whose inner diameter is greater than the outer diameter of the surface to be coated, so that the process chamber results between the surface to be coated and the inner surface of the electrode, wherein the intermediate rings of the two clamping parts held together. The disadvantage here is that both the intermediate rings and the electrode are made of metal, so that complex measures for sealing the process chamber are required to prevent the very aggressive electrolyte from leaking from the process chamber. In addition, the known from the prior art device for galvanic surface treatment is very complicated, resulting in a significant increase in the cost of the coating process.

Diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird diese Aufgabe mit den in den Kennzeichen des Hauptanspruches und des Nebenanspruches 9 stehenden Merkmalen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.To avoid these disadvantages of the prior art is an object of the invention. This object is achieved with the in the characteristics of the main claim and the independent claim 9 standing features. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Dadurch dass die Maske zum Beschichten eines Körpers, von der gemeinsam mit der zu beschichtenden Außenfläche des Körpers die Prozesskammer gebildet wird, aus einem elastisch nachgiebigen Polymer besteht, ist gewährleistet, dass die Prozesskammer gut abgedichtet ist, und dass die Gefahr, dass Elektrolytflüssigkeit aus der Prozesskammer austritt, minimal ist. Zudem kann die erfindungsgemäße Maske unter Verwendung eines vorgefertigten Rohrsystems sehr einfach unter Anwendung eines Kunststoffgießverfahrens hergestellt werden.Thereby that the mask for coating a body, shared with the the outer surface of the to be coated body the process chamber is formed from an elastically yielding Polymer is guaranteed that the process chamber is well sealed, and that the danger that electrolyte fluid exiting the process chamber is minimal. In addition, the mask according to the invention using a pre-fabricated pipe system very easy Application of a plastic casting process getting produced.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigenSome embodiments The invention will be described below with reference to the drawings. Show it

1 eine perspektivische Darstellung einer Maske zum Beschichten eines Körpers, 1 a perspective view of a mask for coating a body,

2 einen Schnitt durch die Maske entlang der Ebene II in 1, 2 a section through the mask along the plane II in 1 .

3 eine erste Ausgestaltung eines in der Maske angeordneten Rohrsystems zum Durchleiten des zum Beschichten erforderlichen Elektrolyten, 3 a first embodiment of a pipe system arranged in the mask for passing the electrolyte required for coating,

4 eine zweite Ausgestaltung des Rohrsystems mit im Querschnitt ovalen Zu- und Ablauföffnungen und 4 a second embodiment of the pipe system with in cross-section oval inlet and outlet openings and

5 eine dritte Ausgestaltung des Rohrsystems mit im Querschnitt schlitzförmigen Zu- und Ablauföffnungen. 5 a third embodiment of the pipe system with slot-shaped in cross-section inlet and outlet openings.

1 zeigt die perspektivische Darstellung einer Maske 1 zum Beschichten eines Körpers aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, wobei das vorliegende Ausführungsbeispiel der Maske 1 der Beschichtung des Kolbenschaftes dient. Zu diesem Zweck weist die Maske 1 eine im Schnitt kreissegmentförmige, vorderseitige Ausnehmung 2 auf, über die die Maske 1 an den in der Figur nicht dargestellten Kolben derart angelegt wird, dass eine entsprechend geformte Prozesskammer 3 genau den Bereich des Kolbenschaftes überdeckt, der beschichtet werden soll. Da ein Kolben in der Regel zwei Kolbenschäfte aufweist, wird je eine Maske 1 an die zu beschichtenden Kolbenschäfte angelegt. 1 shows the perspective view of a mask 1 for coating a body of an electrically conductive material, such as a piston for an internal combustion engine, wherein the present embodiment of the mask 1 the coating of the piston skirt is used. For this purpose, the mask points 1 a sectionally circular segment-shaped, front-side recess 2 on top of that the mask 1 is applied to the piston, not shown in the figure such that a correspondingly shaped process chamber 3 exactly covers the area of the piston skirt which is to be coated. Since a piston usually has two piston shafts, one mask each 1 applied to the piston shafts to be coated.

Dargestellt sind in 1 noch Anschlüsse 4 und 5, über die ein in der Maske 1 angeordnetes und in 3 dargestelltes Rohrsystem 8 an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Zudem sind in 1 die weiteren Anschlüsse 6 und 10 eingezeichnet, die das Rohrsystem 8 mit einem Elektrolytbehälter verbinden. Außerdem zeigt 1 in die Prozesskammer 3 mündende Zulauföffnungen 7, über die ein Elektrolyt in die Prozesskammer 3 eingeleitet wird.Shown in 1 still connections 4 and 5 , about the one in the mask 1 arranged and in 3 illustrated pipe system 8th connected to a vacuum pump. In addition, in 1 the other connections 6 and 10 plotted the pipe system 8th connect to an electrolyte container. Also shows 1 in the process chamber 3 opening inlet openings 7 , via which an electrolyte enters the process chamber 3 is initiated.

2 zeigt einen Schnitt durch die Maske 1 entlang der Schnittebene II in 1, der verdeutlicht, dass die Prozesskammer 3 als ein in die Rückwand 9 der vorderseitigen Ausnehmung 2 eingebrachtes Fenster ausgebildet ist, dessen unterer Sims die Zulauföffnungen 7 aufweist. Rückseitig wird die Prozesskammer 3 von einer im Schnitt kreissegmentförmigen, flächigen Anode 11 abgeschlossen, wobei eine auf der Rückseite der Prozesskammer 3 zwischen Rückwand 9 und Anode 11 angeordnete, umlaufende Dichtung 12 die Prozesskammer 3 gegen eine rückseitige Ausnehmung 13 der Maske 1 abdichtet. Auf der Vorderseite der Prozesskammer 3 ist eine ebensolche, umlaufende Dichtung 14 angeordnet, sodass sich eine geschlossene Prozesskammer 3 ergibt, wenn die Maske 1 am Kolben anliegt. 2 shows a section through the mask 1 along the cutting plane II in 1 that illustrates that the process chamber 3 as one in the back wall 9 the front recess 2 introduced window is formed, whose lower ledge the inlet openings 7 having. The back side is the process chamber 3 from a sectionally circular segment-shaped, flat anode 11 completed, with one on the back of the process chamber 3 between the back wall 9 and anode 11 arranged, circumferential seal 12 the process chamber 3 against a rear recess 13 the mask 1 seals. On the front of the process chamber 3 is a similar, circumferential seal 14 arranged so that a closed process chamber 3 results when the mask 1 abuts the piston.

Eingesetzt wird die Anode 11 in die rückseitige Ausnehmung 13, indem sie mit Hilfe eines Verschlussstückes 15 aus einem formstabilen Kunststoff in ihre endgültige, in 2 gezeigte Position gedrückt und darin fixiert wird. Als Elektrode weist die Anode 11 einen rückseitig angeschweißten Gewindebolzen 16 auf, an der der positive Pol einer in der Figur nicht dargestellten Gleichspannungsquelle anliegt, wobei im Rahmen des Beschichtens eines an der Prozesskammer 3 anliegenden Kolbenschaftes der negative Pol der Gleichspannungsquelle an den Kolben gelegt wird.The anode is used 11 in the back recess 13 by using a stopper 15 from a dimensionally stable plastic in their final, in 2 shown position is fixed and fixed therein. The anode is the electrode 11 a back-welded threaded bolt 16 on, on which the positive pole of a DC voltage source, not shown in the figure is applied, wherein in the context of coating one at the process chamber 3 adjacent piston stem of the negative pole of the DC voltage source is applied to the piston.

In der Maske 1 ist eines der in den 3, 4 und 5 dargestellten Rohrsysteme 8, 20 angeordnet, wobei des Rohrsystem 8 außer über die Anschlüsse 4 und 5 noch über den weiteren Anschluss 17 mit der in der Figur nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. Zudem ist das Rohrsystem 8 außer über die Anschlüsse 6 und 10 zudem noch über den Anschluss 18 mit dem Elektrolytbehälter verbunden. Dargestellt sind in 3 auch in die Prozesskammer 3 mündende und in den 1 und 2 nicht dargestellte Ablauföffnungen 19.In the mask 1 is one of the in the 3 . 4 and 5 illustrated piping systems 8th . 20 arranged, being the pipe system 8th except over the connections 4 and 5 still over the further connection 17 is connected to the vacuum pump, not shown in the figure. In addition, the pipe system 8th except over the connections 6 and 10 also still on the connection 18 connected to the electrolyte container. Shown in 3 also in the process chamber 3 opening and in the 1 and 2 drain holes not shown 19 ,

Liegt ein zu beschichtender Kolbenschaft an der Prozesskammer 3 an, um mit Eisen beschichtet zu werden, werden zunächst an die Anode 11 über deren Elektrode 16 der Pluspol der Gleichspannungsquelle und an den Kolben der Minuspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Anschließend wird von der Vakuumpumpe über die Anschlüsse 4, 5 und 17 in dem Rohrsystem 8 und in der Prozesskammer 3 ein Unterdruck erzeugt, der bewirkt, dass über die Anschlüsse 6, 10 und 18 aus dem in den Figuren nicht dargestellten Elektrolytbehälter ein eisenhaltiger Elektrolyt abgesaugt und über die Zuflussöffnungen 7 in die Prozesskammer 3 eingeleitet wird. Der eisenhaltige Elektrolyt fließt an dem zu beschichtenden Kolbenschaft vorbei, wobei die an der Anode 11 und am Kolben anliegende Gleichspannung bewirkt, dass aus dem Elektrolyten das Eisen abgeschieden und auf den Kolbenschaft aufgetragen wird. Über die Ablauföffnungen 19 wird der Elektrolyt anschließend aus der Prozesskammer 3 und über die Anschlüsse 4, 5 und 17 aus dem gesamten Rohrsystem 8 abgepumpt.If a piston stem to be coated is located on the process chamber 3 To be coated with iron, first to the anode 11 via its electrode 16 the positive pole of the DC voltage source and connected to the piston of the negative pole of the DC voltage source. Subsequently, by the vacuum pump via the connections 4 . 5 and 17 in the pipe system 8th and in the process chamber 3 creates a negative pressure that causes over the connections 6 . 10 and 18 sucked out of the electrolyte container, not shown in the figures, an iron-containing electrolyte and the inflow openings 7 in the process chamber 3 is initiated. The iron-containing electrolyte flows past the piston skirt to be coated, with those at the anode 11 and DC voltage applied to the piston causes the iron to be separated from the electrolyte and applied to the piston skirt. About the drainage holes 19 the electrolyte is then removed from the process chamber 3 and over the connections 4 . 5 and 17 from the entire pipe system 8th pumped out.

Hergestellt wird zunächst das Rohrsystem 8 aus einem gegenüber dem verwendeten Elektrolyten beständigen Sintermaterial, wie beispielsweise aus einem Polyamid-Feinpulver mit einer Schmelztemperatur von über 180 °C. Anschließend wird das Rohrsystem 8 in eine Gießform für die Maske 1 eingelegt und mit einem Polymer, insbesondere mit einem gummiartig elastisch nachgiebigen und gegenüber dem verwendeten Elektrolyten beständigen Polyamid oder Polyimid umgossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu ein gut gießbarer Silikonkautschuk mit hoher Einreißfestigkeit und hoher Weiterreißfestigkeit verwendet.First, the pipe system is made 8th from a sintering material which is resistant to the electrolyte used, for example from a polyamide fine powder having a melting temperature of more than 180 ° C. Subsequently, the pipe system 8th in a mold for the mask 1 inserted and encapsulated with a polymer, in particular with a rubbery elastically resilient and resistant to the electrolyte used polyamide or polyimide. In the present embodiment, a readily castable silicone rubber with high tear strength and high tear strength is used for this purpose.

Die in 4 dargestellte Ausgestaltung des in die Maske 1 eingegossenen Rohrsystems 20 weist in die Prozesskammer 3 mündende Zulauföffnungen 21 und Ablauföffnungen 22 auf, die einen ovalen Querschnitt haben, wodurch das Fließverhalten des Elektrolyten verbessert und damit eine gleichmäßigere Verteilung des Elektrolyten und damit der Eisenbeschichtung auf dem Kolbenschaft erreicht wird.In the 4 illustrated embodiment of the mask 1 cast-in pipe system 20 points into the process chamber 3 opening inlet openings 21 and drain holes 22 which have an oval cross-section, whereby the flow behavior of the electrolyte is improved and thus a more even distribution of the electrolyte and thus the iron coating is achieved on the piston skirt.

Eine weitere Verbesserung des Fließverhaltens und der Verteilung des Elektrolyten und der Eisenbeschichtung auf dem Kolbenschaft ergibt sich, wenn gemäß 5 der Elektrolyt über eine einzige schlitzförmige Zulauföffnung 23 in die Prozesskammer 3 eingeleitet und über eine ebenso schlitzförmigen Ablauföffnung 24 aus der Prozesskammer 3 wieder abgepumpt wird. Die Länge der Zulauföffnung 23 und der Ablauföffnung 24 entspricht dabei näherungsweise der Breite der Prozesskammer 3.A further improvement of the flow behavior and the distribution of the electrolyte and the iron coating on the piston skirt results when according to 5 the electrolyte via a single slot-shaped inlet opening 23 in the process chamber 3 initiated and via a likewise slot-shaped drain opening 24 from the process chamber 3 is pumped out again. The length of the inlet opening 23 and the drain hole 24 This corresponds approximately to the width of the process chamber 3 ,

IIII: Schnittebenecutting plane
11: Maskemask
22: vorderseitige Ausnehmungfront recess
33: Prozesskammerprocess chamber
4, 5, 64, 5, 6: Anschlussconnection
77: Zulauföffnunginlet opening
88th: Rohrsystempipe system
99: Rückwandrear wall
1010: Anschlussconnection
1111: Anodeanode
1212: Dichtungpoetry
1313: rückseitige Ausnehmungrear recess
1414: Dichtungpoetry
1515: Verschlussstückclosing piece
1616: Gewindebolzen, ElektrodeThreaded bolts, electrode
17, 1817 18: Anschlussconnection
1919: Ablauföffnungdrain hole
2020: Rohrsystempipe system
2121: Zulauföffnunginlet opening
2222: Ablauföffnungdrain hole
2323: Zulauföffnunginlet opening
2424: Ablauföffnungdrain hole

Claims

Mask ( 1 ) for electroplating the outer surface of a body made of an electrically conductive material, - with a front recess ( 2 ) which is shaped to be applied to the outer surface to be coated complementary to the outer surface, and - with a in the recess ( 2 ) introduced process chamber ( 3 ) - which has such a shaped lateral wall that the process chamber ( 3 ) completely covers the outer surface to be coated, - the inlet openings ( 7 . 21 . 23 ) and drain holes ( 19 . 22 . 24 ) for an electrolyte containing the layer material, - which is closable on the front side of the outer surface to be coated and - the back of a sheet-like anode ( 11 ), which is connected via an electrode ( 16 ) is connected to the positive pole of a DC voltage source, wherein the body is connectable to the negative pole of the DC voltage source, characterized in that - the mask ( 1 ) consists of an elastically yielding polymer which is moldable and resistant to the electrolyte by means of a casting process, and - that in the mask ( 1 ) a rigid pipe system ( 8th . 20 ) which is poured in via the inlet openings ( 7 . 21 . 23 ) and the drainage openings ( 19 . 22 . 24 ) into the process chamber ( 3 ), and the connections ( 4 . 5 . 17 ) for a vacuum pump and connections connected to a container for the electrolyte ( 6 . 10 . 18 ) having.

Mask according to claim 1, characterized in that It consists of a polyamide.

Mask according to claim 1, characterized in that It consists of a polyimide.

Mask according to claim 1, characterized in that it is made of silicone rubber.

Mask according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe system ( 8th ) consists of a sintered material.

Mask according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe system ( 8th ) is made of a polyamide-based fine powder.

Mask according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet openings ( 21 ) and the drainage openings ( 22 ) of the pipe system ( 20 ) have an at least approximately oval cross-section.

Mask according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pipe system via a slot-shaped inlet opening ( 23 ) and a slot-shaped drain opening ( 24 ) with the process chamber ( 3 ), the length of the openings ( 23 . 24 ) approximately the width of the process chamber ( 3 ) corresponds.

Method for producing a mask ( 1 ) for electroplating the outer surface of a body made of an electrically conductive material, - with a front recess ( 2 ) which is shaped to be applied to the outer surface to be coated complementary to the outer surface, and - with a in the recess ( 2 ) introduced process chamber ( 3 ) - which has such a shaped lateral wall that the process chamber ( 3 ) completely covers the outer surface to be coated, - the inlet openings ( 7 . 21 . 23 ) and drain holes ( 19 . 22 . 24 ) for an electrolyte containing the layer material, - which is closable on the front side of the outer surface to be coated and - the back of a sheet-like anode ( 11 ), which is connected via an electrode ( 16 ) is connected to the positive pole of a DC voltage source, wherein the body is connectable to the negative pole of the DC voltage source, characterized by the following method steps: - producing a pipe system ( 8th . 20 ) with inlet openings ( 7 . 21 . 23 ) and drain holes ( 19 . 22 . 24 ) for the process chamber ( 3 ), with connections ( 4 . 5 . 17 ) for a vacuum pump and with connections which can be connected to a container for the electrolyte, - insertion of the pipe system ( 8th . 20 ) in a mold for the mask ( 1 ), - casting around the pipe system ( 8th . 20 ) with an elastically yielding polymer such that the inlet openings ( 7 . 21 . 23 ) and the drainage openings ( 19 . 22 . 24 ) into the process chamber ( 3 ) and that the connections ( 4 . 5 . 17 ) for the vacuum pump and the terminals connected to the container for the electrolyte ( 6 . 10 . 18 ) from the mask ( 1 ) are led out.

Method according to claim 9, characterized in that the mask ( 1 ) is made of a polyamide.

Method according to claim 9, characterized in that the mask ( 1 ) is made of a polyimide.

Method according to claim 9, characterized in that the mask ( 1 ) is made of silicone rubber.

Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the pipe system ( 8th . 20 ) is made of a sintered material.

Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the pipe system ( 8th . 20 ) is made of a polyamide-based fine powder.