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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum galvanischen Beschichten von Beschichtungsflächen von Werkstücken, insbesondere zum Verchromen von Verchromungsflächen von Werkstücken, gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche.
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Bei Verfahren zur Veredelung der Oberfläche von Bauteilen werden unter anderem elektrochemisch Schichten aufgebracht. Dies geschieht häufig dadurch, dass die Bauteile in einer galvanischen Anlage in Bäder eingebracht werden. Insbesondere bei elektrochemisch aufgebrachten Schichten muss das Bauteil in das Bad ganz oder teilweise eingetaucht werden.
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Sind die Anforderungen an die Qualität der Schicht hoch, so werden die Bauteile in ein Gestell definiert eingebracht. Dieses Gestell kann zum Beispiel in das Bad eingetaucht oder in diesem gedreht werden. Eine Reihe von Bohrungen sind dabei in der Regel vertikal ausgerichtet. Die so gebildete Einheit wird in ein Tauchbad mit einem Elektrolyt und einer Elektrode eingebracht.
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Mittels der bekannten, so genannten Kassettentechnik ist es möglich, vorzugsweise kleine Bauteile, wie zu verchromende Einspritzventilelemente, in Chargen von beispielsweise 104 Bauteilen präzise zu beschichten. Bei einer gesteigerten Abscheidegeschwindigkeit sowie bei extrem hohen Anforderungen an die Präzision kommt eine vorzugsweise mittels eines Roboters bediente Galvanikmaschine (VETRO) zum Einsatz, die auch den integrierten Einsatz von Vorreinigungsstufen oder abschließenden Konservierungsstufen ermöglicht. Hierdurch vereinfacht sich der Bauteilfluss bei der Herstellung und der Investitionsaufwand wird minimiert.
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Nach der Druckschrift
DE 10 2005 052 676 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, in der in einer Aufnahme mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizient einzelne Beschichtungsreaktoren aus beständigem Material mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizient derart angeordnet sind, dass die zu beschichtenden Bauteile mit hoher Genauigkeit positioniert und beschichtet werden können.
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Bei aggressiven Medien der Beschichtungstechnik kommt vorzugsweise speziell geeigneter Kunststoff (beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) bzw. Ethylen Chlortrifluorethylen (ECTFE)) zum Einsatz, da zum Beispiel ein inert beschichtetes metallisches Grundmaterial dem Verschleiß und damit dem Risiko der Beeinflussung durch zum Beispiel Kriechströme über das Grundmaterial unterliegt. Dieser Kunststoff unterliegt insbesondere beim anfahren oder bei Pausenzeiten starken maßlichen Änderungen durch prozessbedingte starke Temperaturschwankungen. Auch ein Quellen des Kunststoffes beim Einsatz von wässrigen Medien führt zu einer nicht unwesentlichen Maßänderung. Bei Kunststoffen lässt sich das Verzugsverhalten durch die meist amorphe Struktur des Materials (Molekülketten) nicht genau vorhersagen. Oft wird ein wenig symmetrischer Verzug, insbesondere bei größeren Bauteilen, beobachtet.
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Bei bisher bekannten Verfahren ergeben sich diverse Schwierigkeiten, wenn die die zu beschichtenden Bauteile zunehmend kleiner werden. Da der Trend zu kleineren Komponenten und damit kleineren zu beschichtenden Bauteilen geht, sind durch diese Schwierigkeiten bedingt ein erhöhter Ausschuss und häufigere Wartungsintervalle die Folge. Beispielsweise werden die Bauteile magnetisch mit ihrer Rückseite auf einer ebenen Platte fixiert. Die Vorderseite des Bauteils soll stirnseitig und gegebenenfalls im vorderen Bereich umfangsseitig beschichtet werden. Zur Einstellung der Schichtdickenverteilung und um den rückseitigen Bereich vor Beschichtung zu schützen, wird bei herkömmlichen Galvanikverfahren zwischen dem zu schützenden Bereich der Bauteile bzw. der Werkstücke einerseits und der Badelektrode andererseits eine Blende angeordnet. Bisherige Kassettenblenden lassen Blendenstärken um 5 mm zu. Jedoch sind zu beschichtende Bauteile bzw. Werkstücke häufig lediglich 4 mm lang und dürfen nur im Bereich der vorderen 2 mm beschichtet werden. Das verbleibende Restmaß von beispielsweise 2 mm ist dann häufig zu gering, um thermischem Verzug, mechanischer Belastung und Druck durch die anströmende Elektrolytflüssigkeit zu widerstehen. Ist zudem im hinteren Bereich des Bauteils bzw. Werkstücks Freiraum für ablaufende Elektrolytflüssigkeit vorzusehen, verbleibt ein sehr geringes Restmaß des Blendenmaterials von beispielsweise weniger als 1 mm, so dass sich häufig die Blendenplatte in undefinierte Weise wölbt, wodurch jedes Bauteil bzw. Werkstück mit unterschiedlichem Maß aus der Blende ragt. Durch die unterschiedlichen für die Beschichtung zugänglichen Oberflächen der einzelnen durch die Blende angeordneten Bauteilen (beispielsweise 104 Bauteile) ergeben sich auf jedem Bauteil unterschiedliche Abscheideraten und Schichtdickenverteilungen. Aufgrund dieser Probleme und insbesondere wegen der Blendengeometrie muss ein hoher Aufwand für die Herstellung der Blende getrieben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei insbesondere eine besonders maßgenaue Beschichtung von Werkstücken möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine besonders maßgenaue Beschichtung von Werkstücken möglich ist, weil die Blende in Richtung zur zweiten Elektrode einen Strömungsteilerbereich aufweist, wobei im Strömungsteilerbereich der Blende Trennstege zur Trennung der Strömung des Elektrolyten ausgebildet sind. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise zum einen die Stabilität der Blende erhöht werden und andererseits ohne die (insbesondere unter dem Blickwinkel von Investitionskosten bzw. von Bearbeitungszeitaufwand aufändige) Verwendung von Einzelreaktoren für die Beschichtung eines einzelnen Bauteils bzw. Werkstücks definierte Anströmbedingungen der Elektrolytflüssigkeit für jedes einzelne Werkstück hergestellt werden.
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Durch die Integration eines Strömungsteilerbereichs bzw. Anströmbereichs in die Blende ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass die Strömung vor dem Bauteil bzw. vor dem Werkstück (d.h. bevor der unverbrauchte Elektrolyt die Beschichtungsflächen erreicht) in gleichmäßige Teilströme aufgeteilt, die die Ausbildung eines parabelförmigen Geschwindigkeitsprofils vor der Beschichtungsblende verhindert. Da jedes Bauteil bzw. jedes Werkstück erfindungsgemäß die identischen Strömungsbedingungen hat bzw. „sieht“, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, bei einer gemeinsamen Badelektrode (d.h. einer gemeinsamen zweiten Elektrode) die Schichtdickenstreuung über die im Bad befindlichen Bauteile bzw. Werkstücke zu reduzieren.
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Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, ist es vorgesehen, dass die Blende im Strömungsteilerbereich für jede Werkstückaufnahme des Aufnahmebereichs einen Stömungskanal aufweist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, dass für jedes Werkstück eine definierbare Anströmcharakteristik vorliegt und somit die Beschichtungsergebnisse weitgehend unabhängig vom Ort der Werkstückaufnahme innerhalb des Aufnahmebereichs der Blende ist und damit eine gut reproduzierbare Beschichtung möglich ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, ist vorgesehen, dass der Strömungskanal senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Elektrolyten zylindrisch oder mehreckig, insbesondere sechseckig, ausgebildet ist. Dadurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, auch innerhalb des Strömungskanals eine weitgehend gleichförmige Strömungssituation vorhanden ist und damit auch innerhalb einer einzigen Werkstückaufnahme bzw. auf dem Beschichtungsbereich bzw. den Beschichtungsflächen eines einzelnen Werkstücks die Beschichtung in miteinander vergleichbaren Bereich sehr homogen möglich ist.
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Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass die Erstreckung der Trennstege – parallel zur Hauptströmungsrichtung des Elektrolyten – im Strömungsteilerbereich der Blende und an den Aufnahmebereich anschließend 30% bis 60% der Gesamterstreckung des Strömungsteilerbereichs der Blende ausmacht, insbesondere etwa die Hälfte der Gesamterstreckung des Strömungsteilerbereichs der Blende. Hierdurch ist eine besonders gute Kanalisierungswirkung der Elektrolytflüssigkeit bzw. des ELektrolyten bei der Beschichtung möglich und andererseits wird dadurch auch die mechanische Stabilität der Blende erhöht, so dass sich durch Verzug oder durch Verbiegung ausbildende Beschichtungsunterschiede weitgehend vermeiden lassen.
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Erfindungsgemäß ist es ferner bevorzugt, wenn die Blende aus einem Titanmaterial und/oder aus einem Keramikmaterial und/oder aus einem beständigen Kunststoffmaterial und/oder aus einem Kompositmaterial und/oder aus einem metallischen Grundmaterial, etwa ein Stahlmaterial, und einer Beschichtung aus einem beständigen Kunststoffmaterial hergestellt ist. Beispiele für beständige Kunststoffmaterialien sind etwa PVC, PVC-C, PVDF. Beispiele für Kompositmaterialien sind etwa: glasfaser verstärkte Polymere, insbesondere glasfaser verstärktes PVDF.
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Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Blende mit Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Ethylen Chlortrifluorethylen (ECTFE) beschichtet ist, bzw. wenn die Blende lediglich im Aufnahmebereich Einsätze aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Ethylen Chlortrifluorethylen (ECTFE) aufweist. Es ist hierdurch erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass solche Bereiche der Blende, die nicht beschichtet werden sollen bzw. vor der Anwesenheit des Elektrolyten geschützt werden solllen, durch ein Kunststoffmaterial abgedeckt sind.
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Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass die Blende zur ersten Elektrode weisende Ablaufkanäle für den Elektrolyten aufweist oder dass die Werkstücke jeweils einen Ablaufkanal für den Elektrolyten aufweisen. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich einen besonders kompakten Aufbau des Beschichtungsreaktors zu realisieren.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer hermömmlichen Blendeneinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung durch eine Blende gemäß der vorliegenden Erfindung,
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3 schematisch eine vergrößerte Darstellung der Blende gemäß der vorliegenden Erfindung in Schnittdarstellung und,
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4 und 5 schematische und perspektivische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Blende.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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Die 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine Blende bzw. eine Blendeneinrichtung gemäß dem Stand der Technik. Durch die vergleichsweise geringe Dicke bzw. Materialstärke der Blende kommt es aufgrund der thermischen und sonstigen Belastungen zu Maßungenauigkeiten beim Beschichten von in der Blende angeordneter Werkstücke bzw. Bauteile.
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In
2 ist schematisch eine Schnittdarstellung durch eine Blende
8 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Blende
8 wird in einer Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken beispielsweise gemäß der Druckschrift
DE 197 35 244 A1 eingesetzt. Hinsichtlich des Aufbaus des Elektrolytbades bzw. des Reaktors, umfassend eine erste Elektrode (insbesondere die Kathode) und umfassend eine zweite Elektrode (insbesondere die Anode) wird auf diese Druckschrift
DE 197 35 244 A1 verwiesen und durch vollständige Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung aufgenommen.
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Die Blende 8 weist einen Aufnahmebereich 81 und einen Strömungsteilerbereich 82 auf. Im Aufnahmebereich 81 weist die Blende 8 eine Mehrzahl von Werkstückaufnahmen auf, die jeweils für ein in die Werkstückaufnahme aufzunehmendes Werkstück ausgebildet sind. Beispielsweise weist die Blende 8 eine Mehrzahl wie etwa 10, 12, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 104, 110, 120, 130 oder auch 200 Werkstückaufnahmen auf.
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In 3 ist schematisch eine vergrößerte Darstellung der Blende 8 gemäß der vorliegenden Erfindung in Schnittdarstellung dargestellt. Erfindungsgemäß ist die Blende 8 mit einer wesentlich größeren Dicke ausgebildet als dies herkömmlicherweise der Fall war (vgl. 1). Dadurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass ein mechanisch deutlich stabilerer Aufbau der Blende 8 möglich ist und ferner eine bessere Anströmcharakteristik des Elektrolyten realisiert werden kann. In 3 ist mit dem Bezugszeichen 9 der Elektrolyt bzw. die Elektrolytflüssigkeit bezeichnet. Ferner ist in zwei der in der 3 dargestellten Werkstückaufnahmen innerhalb des Aufnahmebereichs 81 der Blende 8 ein (unterschiedliches) Werkstück 4 beispielhaft angeordnet. Die Bauteilfixierung 1 wird beispielsweise über Passbolzen 90 gegen die auf dem Strömungsschacht für den Elektrolyten 9 befindliche Blende 8 orientiert. Die Bauteile 4 bzw. die Werkstücke 4 sind rückseitig durch die Bauteilfixierung 1 fixiert und werden (im in der Darstellung oberen Bereich der Blende 8) durch eine Durchgangsbohrung 3 im Aufnahmebereich 81 der Blende 8 geschoben. Im vorliegenden Fall entspricht die Durchgangsbohrung 3 innerhalb des Aufnahmebereichs 81 der Blende 8 der Werkstückaufnahme für die Werkstücke 4 bzw. die zu beschichtenden Bauteile. Dadurch ist der rückwärtige Bereich der Werkstücke 4 (d.h. der Bereich des Werkstücks 4 bzw. des Bauteils 4, der nicht (in der Darstellung von oben) durch die Durchgangsbohrung 3 der Blende 8 geschoben wurde) vor der Beschichtung geschützt. Lediglich der nach unten hervorstehende Teil des Werkstücks 4 bzw. des Bauteils 4 entspricht der Beschichtungsfläche 41.
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Wenn die Abstände zwischen der Blende 8 und der Fixierung 1 bzw. der Bauteilfixierung 1 sehr gering sind, kann die Blende 8 in vorteilhafter Weise Ablaufkanäle 2 aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird der (in der Darstellung von unten) zuströmende Elektrolyt 9 über den Strömungsteilerbereich 82 geführt und dadurch auf die jeweiligen, zu den Bauteilen 4 bzw. Werkstücken 4 in individueller Weise führenden Kanäle 83 aufgeteilt. Hierzu weist der Strömungsteilerbereich 82 der Blende 8 Trennstege 6 auf. Die Kanäle 83 zur Trennung der Strömung des Elektrolyten 9 sind beispielsweise zylindrisch oder mehreckig, insbesondere sechseckig, ausgebildet.
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In 4 und 5 sind schematisch verschiedene perspektivische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Blende 8 dargestellt, wobei jeweils die Kanäle 83 bzw. die Strömungskanäle 83 besonders gut sichtbar sind.
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Erfindungsgemäß ist die Blende 8 in besonders vorteilhafter Weise mechanisch besonders stabil realisierbar, so dass Verzugserscheinungen (beispielsweise aufgrund thermischer Beanspruchung) weitgehend minimiert werden können. Ferner ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass entweder die gesamte Blende 8 mittels eines Kunststoffmaterials (insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) bzw. Polyvinylidenfluorid (PVDF) bzw. Ethylen Chlortrifluorethylen (ECTFE)) umhüllt bzw. beschichtet ist (was in 4 dargestellt ist) oder aber dass in die Blende 8 Kunststoffeinsätze 84 zur Aufnahme der Werkstücke 4 bzw. Bauteile 4 eingesetzt werden, so dass durch die Kunststoffeinsätze 84 in vorteilhafter Weise Einzelblenden realisiert werden können, so dass die Blende 8 (d.h. die „Gesamtblende“ 8) mit einer Vielzahl von (gleichartigen oder auch unterschiedlichen) Bauteilen in einem Beschichtungsschacht verwendet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005052676 A1 [0005]
- DE 19735244 A1 [0026, 0026]
