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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung
von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung
der Vorrichtung.
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Um
Oberflächen
von Werkstücken
zu veredeln, ist es zum Beispiel möglich, elektrochemische Schichten
auf diese aufzubringen. Hierzu werden die Werkstücke im Allgemeinen in einer
galvanischen Anlage in Bäder
eingebracht. Im Bad wird das Werkstück mit einer Kathode kontaktiert.
Weiterhin befindet sich im Bad eine Anode. Durch Stromfluss scheiden
sich Metallionen auf der Oberfläche
des Werkstücks
ab. Um das Werkstück
vollständig
beschichten zu können,
ist es insbesondere bei elektrochemisch aufgebrachten Schichten
erforderlich, das Werkstück
vollständig
in das Bad einzutauchen oder bei nur teilweisem Eintauchen das Werkstück nach einer
definierten Beschichtungszeit umzudrehen und mit den vorher nicht
eingetauchten Flächen
einzutauchen. Ebenso können
metallische Oberflächen
durch gezieltes Bestromen und speziell geformte Elektroden elektrochemisch
feinbearbeitet werden. Hierbei wird zur Formung des Werkstücks gezielt
Material abgetragen.
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Wenn
hohe Anforderungen an die Schichtqualität und an die Toleranz der Schichtdicke
gestellt werden, so werden zum Beispiel Elektroden, Hilfselektroden
oder bauteilgerechte Abblendungen eingesetzt, um die Qualität der Beschichtung
zu erhöhen.
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Wenn
jedoch nur geringe Stückzahlen
von unterschiedlichen Werkstückgeometrien
beschichtet oder feinbearbeitet werden sollen, macht dies einen häufigen Wechsel
der Formelektroden bzw. der bauteilgerechten Abblendungen erforderlich.
Dies führt zu
hohen Stillstandszeiten der Anlage und damit verbundenen hohen Kosten
der Beschichtung. Alternativ ist es möglich, eine Abblendung oder
eine Formelektrode zu verwenden, die entweder nur für eine der zu
beschichtenden Werkstückgeometrien
idealerweise angepasst ist oder eine solche zu verwenden, die einen
Mittelwert der zu beschichtenden Werkstückgeometrien darstellt. In
diesem Fall ist jedoch eine schlechtere Qualität der Oberflächenbeschichtung hinzunehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäß ausgebildete
Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken umfasst
mindestens eine Badelektrode und mindestens eine Kontaktelektrode,
sowie ein Becken zur Aufnahme einer Elektrolytlösung. Die mindestens eine Badelektrode
und die mindestens eine Kontaktelektrode weisen jeweils eine Oberfläche auf,
die mit dem zu beschichtenden Werkstück kontaktierbar ist. Mindestens
eine der Elektroden weist weiterhin Vertiefungen auf, die die jeweilige
Oberfläche
unterbrechen. Die mindestens eine Elektrode, die die Vertiefungen
aufweist, ist am Boden der Vertiefungen elektrisch leitfähig und
an ihrer Oberfläche
elektrisch isoliert. Mindestens eine Kontaktelektrode ist zumindest an
ihrer Oberfläche
elektrisch leitfähig.
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Unter
elektrochemischer Behandlung von Werkstücken wird gemäß der vorliegenden
Erfindung sowohl eine elektrochemische Beschichtung des Werkstücks, im
Allgemeinen eine galvanische Beschichtung, als auch eine elektrochemische
Feinbearbeitung, bei der Material elektrochemisch vom Werkstück abgetragen
erzielt wird, verstanden.
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Zur
Bearbeitung wird das Werkstück
zwischen der mindestens einen Badelektrode und der mindestens einen
Kontaktelektrode hindurchgeführt. Hierbei
berühren
sowohl die Badelektrode als auch die Kontaktelektrode mit ihrer
Oberfläche
das Werkstück.
Aufgrund der leitenden Oberfläche
der weiteren Elektrode weist das Werkstück die gleiche Polarität wie diese
Elektrode auf. Zur Beschichtung ist die Elektrode mit der elektrisch
leitfähigen
Oberfläche vorzugsweise
als Kathode geschaltet. Die Elektrode mit den Vertiefungen ist vorzugsweise
als Anode geschaltet. Durch die Vertiefungen ist der Abstand zwischen
der elektrisch leitenden Fläche
am Boden der Vertiefung und dem Werkstück immer gleich groß. Hierdurch
lässt sich
eine gleichmäßige Schicht
auch für
unterschiedliche Werkstückgeometrien
erzeugen.
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Um
Material vom Werkstück
abzutragen werden die Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche vorzugsweise
als Kathode und die Elektrode mit den Vertiefungen als Anode geschaltet.
Ein definierter Abtrag vom Werkstück ergibt sich durch den konstanten
Abstand zwischen der leitenden Fläche am Boden der Vertiefungen
und dem Werkstück.
Auch kann durch gezielte Strukturierung der Elektroden eine Oberflächentopographie
eingestellt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Elektrode mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche die
Kontaktelektrode und die mindestens eine Elektrode mit den Vertiefungen
die Badelektrode.
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In
einer Ausführungsform
weist auch die mindestens eine Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche Vertiefungen
auf, die die Oberfläche
der mindestens einen Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche unterbrechen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die mindestens eine Badelektrode und die mindestens eine Kontaktelektrode
in Form von Walzen ausgebildet. Vorteil der Ausbildung in Form von
Walzen ist es, dass zu beschichtende Werkstücke zwischen diesen hindurchgeführt werden
können.
So ist es zum Beispiel möglich,
flache Werkstücke
zwischen jeweils zwei Walzen hindurchzuführen. Besonders geeignet sind
die als Walzen ausgebildeten mindestens eine Kontaktelektrode und
mindestens eine Badelektrode, wenn das zu beschichtende Werkstück rotationssymmetrisch
ist. In diesem Fall wird das zu beschichtende Werkstück von der
mindestens einen Kontaktelektrode und der mindestens einen Badelektrode
berührt.
Die mindestens eine Badelektrode und die mindestens eine Kontaktelektrode
rotieren, so dass auch das Werkstück rotiert wird. Hierdurch
lassen sich eine gleichmäßige Beschichtung
oder ein strukturierter Abtrag über
das gesamte rotationssymmetrisch ausgebildete Werkstück erzielen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung sind die Vertiefungen, die die Oberfläche der
mindestens einen Badelektrode und gegebenenfalls der mindestens
einen Kontaktelektrode unterbrechen, Nuten. In einer bevorzugten
Ausführungsform
verlaufen die Nuten schräg
auf der Oberfläche
der mindestens einen Badelektrode und der mindestens einen Kontaktelektrode.
Durch die schräg
verlaufenden Nuten wirken die Elektroden wie Gewinde, durch die
das zu beschichtende Bauteil bei Rotation in axialer Richtung bewegt
wird. Ein automatisierter Betrieb ist möglich, ohne dass ein zusätzlicher
Antrieb zur Förderung
des zu beschichtenden Bauteiles erforderlich ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist eine Elektrode in Form eines Anschlags ausgebildet. Mindestens
eine weitere Elektrode ist in Form einer Walze ausgebildet und derart
gelagert, dass das Werkstück
zur Bearbeitung zwischen den Elektroden gehalten wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform
sind die Vertiefungen zum Beispiel Sackbohrungen oder Langlöcher, die
in die Oberfläche
der Elektroden eingebracht sind. Weiterhin ist es zum Beispiel möglich, dass
zur Erzeugung der Vertiefungen Noppen auf den Körper der Elektroden oder Scheibensegmente auf
eine Spindel aufgebracht sind. Die Noppen werden vorzugsweise in
den Körper
eingeschraubt.
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Wenn
die Elektroden Nuten umfassen, so ist es zum Beispiel möglich, dass
die mindestens eine vorzugsweise als Badelektrode ausgebildete Elektrode
mit den Vertiefungen einen Körper
mit einer elektrisch leitfähigen
Oberfläche
umfasst, der mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist, oder
auf den isolierende Rippen aufgebracht sind. Wenn der Körper mit
einer isolierenden Beschichtung versehen ist, werden die Nuten aus
der Beschichtung abgetragen, so dass in den Bereichen, in denen
die Beschichtung abgetragen ist, der Körper mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche freiliegt.
Wenn isolierende Rippen aufgebracht werden, so werden diese vorzugsweise in
einem gleichmäßigen Abstand
auf den Körper
mit der elektrisch leitfähigen
Oberfläche
aufgebracht. Durch die isolierenden Rippen werden dann jeweils die
Nuten begrenzt.
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Wenn
die Vertiefungen in der vorzugsweise als Kontaktelektrode ausgebildeten
Elektrode mit der leitfähigen
Oberfläche
Nuten sind, so umfasst diese Elektrode vorzugsweise mindestens einen
Körper, der
mit einer elektrisch leitfähigen
Beschichtung versehen ist oder auf den elektrisch leitfähige Rippen aufgebracht
sind. Durch die elektrisch leitfähige
Beschichtung wird gewährleistet,
dass das Bauteil bei Berührung
mit der Elektrode mit der leitfähigen
Oberfläche
genauso geschaltet wird wie diese Elektrode. Die Nuten werden ebenso
wie bei der Elektrode mit den Vertiefungen ausgebildet. Hierzu wird
bei dem Auftrag einer Beschichtung die Beschichtung wieder entfernt,
so dass der unterhalb der Nuten liegende Körper freigelegt wird. Alternativ
ist es möglich,
dass auf den Körper
die Rippen, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sind,
aufgebracht werden. Der Körper
der Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche kann
aus einem elektrisch leitfähigen oder
einem elektrisch nicht leitfähigen
Material gefertigt sein. Vorteilhaft ist ein ganz oder teilweise
leitfähiger
Körper
zur elektrischen Kontaktierung des Werkstücks.
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Das
Aufbringen der isolierenden Rippen auf den Körper mit der elektrisch leitfähigen Oberfläche der
Elektrode mit den Vertiefungen oder das Aufbringen der elektrisch
leitfähigen
Rippen auf den Körper der
Elektrode mit der leitfähigen
Oberfläche,
wenn diese Vertiefungen aufweist, kann durch jedes beliebige kraftschlüssige oder
formschlüssige
Verfahren erfolgen. So ist es zum Beispiel möglich, die Rippen und den Körper mit
Nut und Feder zu versehen und die Rippen auf den Körper aufzustecken.
Weiterhin ist es auch möglich,
die Rippen auf den Körper
aufzuschrauben. Weitere Befestigungsmöglichkeiten sind aber auch
Aufkleben, Schweißen
oder Löten. Auch
jedes andere Befestigungsverfahren, mit dem die Rippen auf dem Körper befestigt
werden können, ist
einsetzbar.
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Wenn
anstelle der Nuten Langlöcher
oder Bohrungen als Vertiefungen in die Elektroden eingebracht werden,
so ist es zum Beispiel möglich,
dass die Elektrode mit den Vertiefungen einen Körper mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfasst,
auf den eine gelochte, isolierende Platte aufgebracht ist. Entsprechend
wird bei der Elektrode mit der leitfähigen Oberfläche auf
einen Körper
eine gelochte elektrisch leitfähige
Platte aufgebracht. Bei Einsatz von Walzen als Badelektrode bzw.
Kontaktelektrode ist es bevorzugt, wenn die gelochte, isolierende
Platte der Elektrode mit den Vertiefungen bzw. die gelochte elektrisch
leitfähige
Platte der Elektrode mit leitfähiger
Oberfläche
in Form eines Rohres ausgebildet ist, in den der walzenförmig ausgebildete
Körper
der Elektrode mit den Vertiefungen bzw. der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche eingebracht
wird. Um den Körper
mit dem Rohr zu verbinden entspricht der Außendurchmesser des Körpers vorzugsweise
dem Innendurchmesser des Rohres. Die Befestigung des Rohres auf
dem walzenförmigen
Körper
der Badelektrode bzw. der Kontaktelektrode kann zum Beispiel durch
Aufschrumpfen, Schweißen,
Löten,
Aufschrauben oder jedes beliebige andere Befestigungsverfahren erfolgen.
Besonders bevorzugt wird das Rohr mittels eines Stecksystems zum
einfachen Wechseln bei Verschleiß auf dem walzenförmigen Körper der Elektrode
befestigt.
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Als
elektrisch leitfähiges
Material für
die Oberfläche
des Körpers,
der die Elektrode mit Vertiefungen bildet bzw. für die elektrisch leitfähigen Rippen
der Elektrode mit leitfähiger
Oberfläche
oder die gelochte, elektrisch leitfähige Platte der Elektrode mit leitfähiger Oberfläche, eignen
sich zum Beispiel korrosionsbeständige
Stähle,
Titan oder leitfähig
beschichtetes Material.
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Geeignete
Materialien für
die isolierenden Rippen, die auf den Körper der Elektrode mit den
Vertiefungen aufgebracht sind oder die gelochte, isolierende Platte,
die auf den Körper
der Elektrode mit den Vertiefungen aufgebracht ist, sind zum Beispiel hochbeständige Kunststoffe,
wie Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid
(PVDF), Glas oder Keramiken. Bevorzugt werden die isolierenden Rippen
oder die gelochte isolierende Platte aus einem beständigen Kunststoff,
zum Beispiel Polyvinylchlorid (PVC), Polytetrafluorethylen (PTFE),
Polyvinylidenfluorid (PVDF), modifiziertem Polypropylen (PP) oder
modifiziertem Polyethylen (PE) gefertigt.
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Der
Köper der
Elektrode mit leitfähiger
Oberfläche
kann elektrisch leitfähig
oder elektrisch nicht leitfähig
sein. Für
den Körper
der Elektrode mit leitfähiger
Oberfläche
eignen sich somit alle Materialien, die sich auch für den Körper der
Elektrode mit den Vertiefungen eignen sowie die Materialien, aus
denen die isolierenden Rippen oder die gelochte isolierende Platte
der Elektrode mit den Vertiefungen gefertigt sind.
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Um
Kurzschlüsse
zwischen den einzelnen Elektroden zu vermeiden, ist vorzugsweise
jeweils zwischen den einzelnen Elektroden mindestens ein Isolator
aufgenommen. Der Isolator kann zum Beispiel in Form einer Platte
zwischen zwei Elektroden positioniert sein oder in Röhrenform
ausgebildet sein und eine in Form einer Walze ausgebildete Elektrode umschließen. Bevorzugt
sind die Isolatoren mit Lippendichtungen versehen. Die Lippendichtungen
sind zum Beispiel berührungslos
in Form von Dichtungsspalten oder Labyrinthdichtungen oder mit einem
Federelement vorgespannt im Isolator positioniert. Der Aufbau der
Lippendichtungen entspricht dabei zum Beispiel dem Aufbau der Lippendichtungen,
wie diese beispielsweise in einem Wankelmotor eingesetzt werden.
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Als
Material für
die Isolatoren eignen sich die gleichen Materialien wie für die isolierenden
Rippen.
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Um
die Vorrichtung zur elektrischen Beschichtung von Werkstücken an
verschiedene Werkstückgeometrien
anpassen zu können,
ist vorzugsweise mindestens eine der Elektroden verschiebbar gelagert.
Um einen gleich bleibenden Abstand zwischen der Elektrode mit den
Vertiefungen und dem Werkstück
sicherzustellen, ist es bevorzugt, dass das Werkstück gegen
die elektrisch isolierende Oberfläche der Elektrode mit den Vertiefungen
gepresst wird. Wenn die Elektrode mit leitfähiger Oberfläche verschiebbar
gelagert ist, so wird vorzugsweise eine Druckkraft auf die Elektrode
mit leitfähiger
Oberfläche
ausgeübt,
so dass diese das Werkstück
gegen die Elektrode mit den Vertiefungen presst. Alternativ ist
es jedoch auch möglich,
die Druckkraft auf mindestens eine Elektrode mit den Vertiefungen
auszuüben,
wodurch das Werkstück
gegen die mindestens eine Elektrode mit leitfähiger Oberfläche und
gegebenenfalls weitere Elektrode mit den Vertiefungen gepresst wird.
Die Vorrichtung, mit der die Druckkraft auf die mindestens eine
Elektrode ausgeübt
wird, ist zum Beispiel eine Klemmeinrichtung, beispielsweise ein
Pneumatikzylinder oder eine Feder.
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Durch
das Pressen des zu beschichtenden Werkstückes gegen die Elektrode mit
den Vertiefungen und den dadurch hergestellten immer gleichen Abstand
zwischen der elektrisch leitfähigen
Oberfläche
der Elektrode mit den Vertiefungen und dem Werkstück ist die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Beschichtung von Werkstücken
mit beliebiger Geometrie einsetzbar. Insbesondere ist die Vorrichtung einsetzbar
zur Beschichtung von rotationssymmetrischen Bauteilen, wobei der
Durchmesserbereich der rotationssymmetrischen Werkstücke, die
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschichtet werden, von der Vorrichtung unabhängig ist. Ein Justieren der Elektroden
ist nicht notwendig, da das Werkstück gegen die isolierende Oberfläche der
Elektrode mit den Vertiefungen gepresst wird und so immer der gleiche Abstand
zwischen der elektrisch leitfähigen
Oberfläche
am Bo den der Vertiefungen der Elektrode und dem zu beschichtenden
Werkstück
eingestellt wird. Das Längenverhältnis der
als Walze ausgebildeten Eletrode zum Werkstück kann in weiten Bereichen variieren.
Vorzugsweise wird mindestens eine als Walze ausgebildete Elektrode
segmentiert, so dass der elektrisch aktive Bereich zu- und abgeschaltet werden
kann. Auf diese Weise ist es möglich,
eine Durchlaufanlage für
maßhaltige
Beschichtung mit aktiven Zonen für
eine Aktivierung und Beschichtung und stromlosen Zonen zur Vorbehandlung
oder zum Spülen
zu gestalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit walzenförmigen Badelektroden,
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2 eine
dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Anschlag
als Badelektrode.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäß ausgebildete
Vorrichtung 1 zur elektrochemischen Beschichtung von Werkstücken umfasst
ein Becken 3 zur Aufnahme einer Elektrolytlösung. Als
Elektrolytlösung
wird üblicherweise
eine Lösung
eines Metallsalzes eingesetzt, wobei die Metallionen des Metallsalzes
zur Beschichtung auf dem zu beschichtenden Werkstück abgeschieden
werden.
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Bei
der hier dargestellten Ausführungsform sind
im Becken 3 zur Aufnahme des Elektrolyten zwei als Badelektrode
geschaltete Elektroden 5 aufgenommen. Die Badelektroden 5 sind
in Form von Walzen ausgebildet, wobei an der Oberfläche der
Badelektroden 5 Nuten 7 ausgebildet sind, die
im Bezug zur Achse 9 der Badelektrode 5 schräg verlaufen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst weiterhin eine als Kathode geschaltete Kontaktelektrode 11,
die in der hier dargestellten Ausführungsform ebenfalls in Form
einer Walze ausgebildet ist und an ihrer Oberfläche Nuten 7 aufweist.
Die Kontaktelektrode 11 kann jedoch auch eine glatte Oberfläche ohne
Vertiefungen aufweisen.
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Auf
den Badelektroden 5 liegt ein zu beschichtendes Werkstück 13 auf.
Um einen Kurzschluss zu vermeiden, ist die Oberfläche 15 der
Badelektrode 5, die das Werkstück 13 kontaktiert,
elektrisch isolierend ausgeführt.
Der Boden 17 der Nuten 7 der Badelektrode 5 ist
aus einem elektrisch leitfähigen
Material gefertigt. Durch die isolierende Oberfläche 15 der Badelektrode 5 und
den elektrisch leitfähigen
Boden 17 wird gewährleistet,
dass der Abstand zwischen dem elektrisch leitfähigen Boden 17 der Nuten 7 der
Badelektrode 5 und dem Werkstück 13 gleich groß bleibt.
Hierdurch lässt
sich eine präzise Beschichtung
realisieren. Der Abstand zwischen der eigentlichen Badelektrode 5,
die durch die elektrisch leitfähigen
Böden 17 der
Nuten 7 repräsentiert
werden, entspricht der Tiefe der Nuten 7 in der Badelektrode 5.
Die Tiefe der Nuten 7 liegt vorzugsweise im Bereich von
50 μm bis
zu mehreren Millimeter, bevorzugt bis zu 5 mm.
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Der
Boden 17 der Nuten 7 der Badelektrode 5 ist
vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das elektrisch leitfähig ist,
sich aber nicht bei der elektrochemischen Beschichtung des Werkstückes 13 auflöst. Ein
geeignetes Material ist zum Beispiel platinbeschichtetes Titan.
Hierbei ist es einerseits möglich, den
Körper
der Badelektrode 5 aus dem elektrisch leitfähigen Material,
das sich bei der Beschichtung des Werkstückes 3 nicht auflöst, zu fertigen
oder auf einen Körper
aus einem beliebigen Werkstoff eine Beschichtung aus diesem Material
aufzutragen. Um die Nuten 7 herzustellen, ist es möglich, auf
die elektrisch leitfähige
Oberfläche
der Badelektrode 5 zum Beispiel Rippen aus einem isolierenden
Material auf zubringen. Dies kann zum Beispiel durch Aufstecken oder
Verschrauben erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, die Rippen zum Beispiel
aufzukleben oder partiell mit PTFE zu beschichten. Anstelle von
Rippen ist es jedoch auch möglich,
auf die elektrisch leitfähige
Oberfläche
des Körpers
der Badelektrode 5 eine Beschichtung aus einem elektrisch
isolierenden Material aufzutragen und anschließend zur Herstellung der Nuten 7 das
Beschichtungsmaterial an den entsprechenden Stellen zu entfernen.
Weiterhin ist es auch möglich,
zum Beispiel auf die elektrisch leitfähige Oberfläche eine Maske aufzulegen,
die derart ausgebildet ist, dass die Beschichtung nur an den Stellen
aufgetragen wird, an denen diese die Rippen zwischen den einzelnen
Nuten 7 bilden soll.
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Wenn
anstelle der Nuten 7 anders geformte Vertiefungen auf der
Badelektrode 5 ausgebildet werden sollen, so ist es zum
Beispiel möglich,
die Vertiefungen in eine Hülse
aus einem elektrisch nicht leitfähigen
Material einzubringen und diese Hülse auf den Körper mit
der elektrisch leitfähigen
Oberfläche
aufzuschieben. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, die Badelektrode 5 zum
Beispiel aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material zu fertigen,
in dieses Vertiefungen einzubringen, bevorzugt in Form von Nuten und
anschließend
den Boden 17 der Vertiefungen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung
zu versehen. In diesem Fall ist jedoch darauf zu achten, dass die
elektrisch leitfähige
Beschichtung jeweils mit einem Stromanschluss verbunden ist, um
eine Funktion der Vorrichtung 1 zur Beschichtung von Werkstücken 13 zu
gewährleisten.
Weiterhin ist es auch möglich,
auf einen Körper
aus einem elektrisch leitfähigen Material
Noppen aus einem elektrisch isolierenden Material oder mit einer
elektrisch isolierenden Beschichtung aufzubringen. Die Noppen können zum Beispiel
aufgeschraubt werden. Durch das Aufbringen der Noppen auf den elektrisch
leitfähigen
Körpern
erhält
die als Walze ausgebildete Badelektrode 5 ein Profil, das
beispielsweise einem „Mountainbike-Reifenprofil" ähnelt.
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Die
Kontaktelektrode 11 unterscheidet sich von der Badelektrode 5 lediglich
dadurch, dass der Boden 17 der Nuten 7 oder andersartig
geformten Vertiefungen sowohl elektrisch leitfähig als auch isolierend sein
kann und die Oberfläche 17,
die das Werkstück 13 kontaktiert,
aus einem elektrisch leitfähigen
Material gefertigt ist. Die Herstellung der Kontaktelektrode 11 erfolgt
dabei analog zur Herstellung der Badelektrode 5. Alternativ
ist es jedoch auch möglich,
die Kontaktelektrode 11 ohne Vertiefungen auszuführen.
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Um
eine gleichmäßige Beschichtung
sicherzustellen wird das Werkstück 13 in
der hier dargestellten Ausführungsform
mit Hilfe der Kontaktelektrode 11 gegen die Badelektroden 5 gepresst.
Ein Abheben des Werkstücks 13 von
den Badelektroden 5 wird auf diese Weise vermieden.
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Um
das zu beschichtende Werkstück 13 gegen
die Badelektroden 5 zu pressen, wirkt zum Beispiel eine
Klemmvorrichtung 19 auf die Kontaktelektrode 11.
Die Klemmvorrichtung 19 umfasst zum Beispiel einen Pneumatikzylinder
oder eine Feder, mit der die Kontaktelektrode 11 auf das
zu beschichtende Werkstück 13 gepresst
wird.
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Während der
Beschichtung des Werkstückes 13 rotieren
die Badelektroden 5 und die Kontaktelektrode 11 um
ihre Achse. Aufgrund der schräg verlaufenden
Nuten 7 wird das Werk stück in axialer Richtung durch
das Becken 3 bewegt. Ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung 1 zur
Beschichtung von Werkstücken 13 wird
so ermöglicht.
Soll das Bauteil ortsfest auf den Walzen liegen, kommt eine geeignete,
hier nicht dargestellte Stoppvorrichtung vorzugsweise temporär zum Einsatz.
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Der
Antrieb der als Walzen ausgebildeten Badelektroden 5 und
Kontaktelektrode 11 erfolgt zum Beispiel über einen
Zahnradantrieb oder einen Riemenantrieb, wobei die Badelektroden 5 und
die Kontaktelektrode 11 bevorzugt miteinander gekoppelt sind,
so dass eine aufeinander abgestimmte Rotationsbewegung erzeugt werden
kann. Bevorzugt wird der Antrieb, der in der Figur nicht dargestellt
ist, außerhalb
des Beckens 3 angeordnet. Hierzu durchbricht üblicherweise
mindestens eine Welle einer Badelektrode 5 oder der Kontaktelektrode 11 das
Becken 3. Eine Abdichtung der Welle 21 der Badelektrode 5 oder
der Kontaktelektrode 11 kann durch jedes beliebige Dichtelement
für eine
rotierende Durchführung
erfolgen. Geeignete Dichtungen sind zum Beispiel Wellendichtringe
oder eine Gleitringdichtung. Bei der Auswahl der Dichtung ist lediglich darauf
zu achten, dass das Dichtungsmaterial stabil gegenüber dem
Elektrolyten ist, der im Becken 3 enthalten ist. Alternativ
ist es auch möglich,
den Antrieb über
Galvanikzahnräder
wie bei einer Trommelbeschichtung aus dem Bad nach oben zu führen. Der Motor
für den
Antrieb der als Walzer ausgebildeten Elektroden liegt dann außerhalb
des Bades.
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In
der hier dargestellten Ausführungsform
ist zwischen den beiden Badelektroden 5 ein plattenförmiger Isolator 23 aufgenommen.
Durch den plattenförmigen
Isolator 23 wird vermieden, dass ein Kurzschluss zwischen
den Elektroden entsteht. Als Material für den Isolator 23 eignet
sich jedes beliebige, elektrisch nicht leitfähige Material. Bevorzugt ist
der plattenförmige
Isolator 23 aus dem gleichen Material gefertigt wie die
elektrisch isolierte Oberfläche 15 der Badelektrode 5.
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Um
einen Kurzschluss zwischen Badelektrode 5 und Kontaktelektrode 11 zu
vermeiden, ist in der hier dargestellten Ausführungsform die Kontaktelektrode 11 von
einem hülsenförmigen Isolator 25 umschlossen.
Der hülsenförmige Isolator 25 ist
vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt wie der plattenförmige Isolator 23.
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Durch
das Einfügen
des plattenförmigen
Isolators 23 oder hülsenförmigen Isolators 25 um
die Badelektroden 5 ist es möglich, zum Beispiel zwei oder mehr
Badelektroden 5 mit unterschiedlichen Potentialen oder
pulsierenden Strömen
einzusetzen. Hierdurch können
zum Beispiel Multilayerschichten aufgebracht werden.
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Auch
ist bei abtragenden Prozessen eine unterschiedliche Walzenstruktur
und Potentialführung möglich.
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Neben
der hier dargestellten Ausführungsform
ist es selbstverständlich
auch möglich,
nur eine Badelektrode 5 oder auch mehr als zwei Badelektroden 5 vorzusehen.
Zusätzlich
ist es auch möglich, mehr
als nur eine Kontaktelektrode 11 einzusetzen. Zur Beschichtung
von rotationssymmetrischen Werkstücken 13 ist es jedoch
bevorzugt, zwei Badelektroden 5 und eine Kontaktelektrode 11 zu
verwenden. Hierbei wird das Werkstück 13 vorzugsweise
auf die beiden Badelektroden 5 mit Hilfe der Kontaktelektrode 11 gepresst.
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Wenn
jedoch plattenförmige
Werkstücke
beschichtet werden sollen, so werden diese vorzugsweise zwischen
mindestens einer Badelektrode 5 und einer Kontaktelektrode 11 hindurchgeführt, wobei
die mindestens eine Badelektrode 5 und die mindestens eine
Kontaktelektrode 11 ebenfalls walzenförmig ausgebildet sind. Der
Transport eines plattenförmigen
zu beschichteten Werkstückes
erfolgt dabei vorzugsweise in tangentialer Richtung der Badelektroden 5 und
Kontaktelektrode 11. Um ein plattenförmiges Werkstück an seiner
Ober- und Unterseite zu beschichten ist es zum Beispiel möglich, jeweils
abwechselnd Badelektroden 5 und Kontaktelektroden 11 vorzusehen,
so dass das Werkstück
jeweils abwechselnd einmal an der Ober- und einmal an der Unterseite
von einer Badelektrode 5 und einer Kontaktelektrode 11 kontaktiert
wird.
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Zur
Wartung der Vorrichtung 1 ist es zum Beispiel möglich, nur
einzelne Badelektroden 5 oder Kontaktelektroden 11 auszutauschen.
Hierdurch werden lediglich kurze Stillstandszeiten realisiert. Nach dem
Austausch der einzelnen Badelektrode 5 oder Kontaktelektrode 11 kann
die Vorrichtung 1 zur Beschichtung von weiteren Werkstücken 13 weiter
betrieben werden.
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Durch
die Bewegung des zu beschichtenden Werkstückes 11 aufgrund der
Rotationsbewegung der als Walzen ausgebildeten Badelektroden 5 und Kontaktelektrode 11 kann
die Pumpenleistung, die zum Umpumpen des Elektrolyten notwendig
ist, deutlich reduziert werden, da das Werkstück 13 aufgrund der
Bewegung ständig
mit frischer Elektrolytlösung
in Kontakt kommt. Zudem erfolgt eine ständige Umwälzung der Elektrolytlösung im
Becken 3 aufgrund der Bewegung der Badelektroden 5,
Kontaktelektrode 11 und des Werkstücks 13.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 lässt sich
auch gekapselt ausführen.
Hierzu sind dann zum Beispiel eine Zufuhröffnung und eine Abfuhröffnung für das Werkstück 13 vorgesehen,
wobei die Zufuhröffnung
und Abfuhröffnung
für das
Werkstück 13 verschließbar ausgeführt sein
können.
Insbesondere bei Einsatz von Elektrolytlösungen, die gesundheitsgefährdende
Stoffe enthalten, ist auf diese Weise ein sicherer Betrieb möglich.
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Durch
die Bewegung der Badelektroden 5 und der Kontaktelektrode 11 und
die dadurch induzierte Bewegung des Werkstückes 13 können auch Werkstücke 13 beschichtet
werden, die länger
sind als die Badelektrode 5 bzw. die Kontaktelektrode 11. Das
Werkstück
wird auf einer Seite der Vorrichtung 1 zugeführt und
auf der anderen Seite entnommen, wobei es während des Durchlaufens durch
die Vorrichtung beschichtet wird. Lediglich bei der Verwendung der
Vorrichtung zur Beschichtung von plattenförmigen Werkstücken ist
es erforderlich, dass das plattenförmige Werkstück nicht
breiter ist als die eingesetzten Bad elektroden 5, wenn
vollflächig
beschichtet, oder zur Feinstrukturierung abgetragen werden soll.
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Neben
der Schaltung der Badelektroden 5 als Anode und der Kontaktelektrode 11 als
Kathode ist es in Abhängigkeit
vom durchgeführten
Verfahren auch möglich,
die Badelektroden 5 als Kathode und die Kontaktelektrode 11 als
Anode zu schalten.
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Wenn
die Badelektrode 5 als Kathode und die Kontaktelektrode 11 als
Anode geschaltet wird, so lässt
sich die Vorrichtung insbesondere dazu einsetzen, um definiert Material
vom Werkstück 13 abzutragen.
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Alternativ
ist es weiterhin auch möglich,
dass mindestens eine Badelektrode 5 die Elektrode mit der elektrisch
leitfähigen
Oberfläche
ist und die übrigen, insbesondere
auch die Kontaktelektrode 11 die Elektrode mit den elektrisch
leitfähigen
Vertiefungen und der isolierten Oberfläche ist.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer zweiten Ausführungsform
dargestellt.
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Die
in 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
von der in 1 dargestellten Ausführungsform
dadurch, dass die Badelektrode nicht als Walze sondern in Form eines
Anschlages 27 ausgebildet ist. Die Badelektrode 5 kann
dabei wie in 2 dargestellt in Form einer
schiefen Ebene in Becken 3 aufgenommen sein. Alternativ
ist es zum Beispiel auch möglich,
dass die Badelektrode 5 die Form eines Winkels aufweist.
Ein Rotationssymmetrisches Werkstück wird dann mittels der Kontaktelektrode 11 gegen
den Winkel gepresst.
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In
der hier dargestellten Ausführungsform wird
das Werkstück
auf den Anschlag 27 aufgelegt. Durch Rotation der Kontaktelektrode 11 und
mit Drehen des Werkstückes 13 liegt
dieses sicher fixiert zwischen der walzenförmig ausgebildeten Kontaktelektrode 11 und
dem als schräge
Fläche
ausgebildeten Anschlag 27.
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Durch
die Strukturierung der Kontaktelektrode 11 mit den schräg verlaufenden
Nuten 7 ergibt sich eine Relativbewegung des Werkstückes 13 in Längsrichtung,
so dass ein Transport des Werkstückes 13 bei
Gliederung der Vorrichtung 1 in verschiedene Bearbeitungszonen
entfallen kann.
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Um
das Werkstück 13 zu
beschichten, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Kontaktelektrode 11 als
Anode geschaltet. Hierbei der Boden 17 der Nuten 7 elektrisch
leitfähig
und die Oberfläche 15 elektrisch
isolierend. Die Oberfläche 29 der
Badelektrode 5 wird kathodisch geschaltet.
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Die
Badelektrode 5, die als Anschlag 27 ausgebildet
ist, kann wie in 2 dargestellt, Nuten 7 aufweisen.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass
die Badelektrode 5 als ebene Fläche ausgeführt ist.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
dass die Nuten 7 der Badelektrode 5 anodisch geschaltet
sind und die Oberfläche 29 der
als Anschlag 27 ausgebildeten Badelektrode 5 elektrisch
isoliert ist. In diesem Fall sind die Oberflächen 15 der Kontaktelektrode 11 elektrisch
leitfähig.
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Um
vom Werkstück 13 elektrochemisch
Metall abzutragen ist die Oberfläche 15 oder
alternativ die Oberfläche 29,
wenn diese elektrisch leitfähig
ist, anodisch geschaltet und der Boden 17 der Nuten 7 kathodisch.
Auch hierbei ist es möglich,
dass alternativ die Kontaktelektrode 11 oder die Badelektrode 5 als
Kathode geschaltet ist. Es ist jeweils nur notwendig, dass eine
der beiden Elektroden 5, 11 als Anode und die
andere als Kathode geschaltet ist.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
dass die Badelektrode 5 in Form einer Walze ausgebildet
ist und die Kontaktelektrode 11 als schiefe Ebene oder
Winkel. Bevorzugt ist jedoch die Kontaktelektrode 11 als Walze
und die Badelektrode 5 als schiefe Ebene oder Winkel ausgebildet.
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Vorteil
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist weiterhin, dass
durch geeignete Wahl des Niveaus des Elektrolyten im Becken 3 auf
Wellendichtungen verzichtet werden kann, da zum Beispiel eine Durchführung der
Welle der Kontaktelektrode 11 oberhalb des Niveaus des
Elektrolyten erfolgen kann und die unbewegte Badelektrode 5 keine Durchführung durch
das Becken 3 benötigt.