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Die Erfindung betrifft das Galvanisieren von flachem Behandlungsgut, wie z. B. Leiterfolien und Leiterplatten. Diese werden in einem Tauchbad galvanisch beschichtet. Im Tauchbad befinden sich mindestens gegenüber einer Seite des Behandlungsgutes, z. B. an der Vorderseite, lösliche oder unlösliche Anoden. In den meisten Fällen soll auch die Rückseite des Behandlungsgutes beschichtet werden. Hierzu befinden sich auch gegenüber dieser Seite Anoden. Das flache Behandlungsgut, das an einem Warenträger befestigt ist, teilt das mit Elektrolyt gefüllte Tauchbad in einen vorderen und einen rückseitigen Bereich. Die kathodisch geschaltete Vorderseite des Behandlungsgutes bildet zusammen mit den gegenüber angeordneten Anoden die vordere elektrolytische Zelle. Entsprechend befindet sich an der Rückseite des Behandlungsgutes die rückseitige elektrolytische Zelle. Um eine möglichst hohe Stromdichte anwenden zu können, ist eine Bewegung des Elektrolyten an der Oberfläche des Behandlungsgutes erforderlich. Mit zunehmender Intensität dieser Bewegung wird die Dicke der Diffusionsschicht an der Oberfläche verringert. Dies ermöglicht einen intensiveren Stoffaustausch und damit die Anwendung hoher Stromdichten.
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Zur Bewegung des Elektrolyten sind u. a. die so genannte Warenbewegung oder eine Lufteinblasung bekannt. Die Warenbewegungen erzielen nur mäßige Bewegungen des Elektrolyten an der Oberfläche des Behandlungsgutes. Die unten in das Tauchbad mittels perforierter Rohre mit oder ohne Düsen eingeleitete Luft verursacht an der Oberfläche des Behandlungsgutes, von unten nach oben gesehen, unterschiedliche Prozessbedingungen. Die Luftblasen vergrößern sich auf dem Weg nach oben. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass Luft in Durchgangs- und/oder Sacklöcher des Behandlungsgutes eindringt und sich dort festsetzt. Ein Galvanisieren dieser Löcher erfolgt dann nur noch fehlerhaft.
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Zur intensiven Bewegung des Elektrolyten in nasschemischen Anlagen sind auch so genannte Eduktoren bekannt. Ein derartiges Beispiel beschreibt die Druckschrift
DE 10 2009 034 007 A1 . Zur elektrophoretischen Beschichtung oder Lackabscheidung in einem Tauchbad werden hier zur Radumwälzung Eduktoren verwendet. Diese Eduktoren sind an Rohren am Boden des Radbehälters und an dessen Seitenwänden angeordnet. Diese statischen Boden- und Seitenfluteinrichtungen erzeugen gemäß der Ausströmöffnungen an der Oberfläche des zu behandelnden Gutes ein bestimmtes Strömungsmuster. Nicht alle Bereiche der Oberfläche werden dadurch gleich intensiv angeströmt. Zumindest bei einer elektrochemischen Behandlung von Leiterplatten und Leiterfolien ist dies nachteilig. Die maximal anwendbare Stromdichte wird von den Oberflächenbereichen begrenzt, an denen die geringste Bewegung des Elektrolyten erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, in elektrolytischen Tauchbädern das Galvanisieren von flachem Behandlungsgut, insbesondere von Leiterplatten und Leiterfolien mit hoher Stromdichte, durch eine weitgehend gleichgroße intensive Elektrolytbewegung an allen Oberflächenbereichen des Behandlungsgutes zu ermöglichen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Patentanspruch 6.
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Das in Bewegung setzen des Elektrolyten erfolgt mittels Eduktoren. Diese sind erfindungsgemäß so im Tauchbad und damit im Elektrolyten angeordnet, dass ein statisches Strömungsmuster an der Oberfläche des Behandlungsgutes vermieden wird. Das flache Behandlungsgut teilt das Tauchbad in zwei Bereiche, nämlich in einen vorderen Bereich und in einen rückwärtigen Bereich, in denen sich auch die jeweiligen Anoden befinden. In jedem dieser Bereiche ist mindestens ein Düsenstock angeordnet. Der Düsenstock besteht aus einem speisenden senkrechten Rohr, an dem mindestens zwei Eduktoren übereinander und gegenseitig beabstandet angeordnet sind. Je ein Düsenstock befindet sich im vorderen Bereich des Tauchbades und im rückwärtigen Bereich und zwar in der Nähe der Seitenwände dieser Bereiche, d. h. am rechten und linken Rand des Galvanofensters. Die aus den Eduktoren austretenden Elektrolytströme sind schräg zur Oberfläche des flachen Behandlungsgutes gerichtet und zwar jeweils an dessen Vorderseite und an dessen Rückseite. Damit addieren sich die Elektrolytströme der beiden Seiten. Dies führt zu einer laminaren und um das Behandlungsgut herum rotierenden Elektrolytbewegung. Der Elektrolyt bewegt sich im vorderen Bereich des Tauchbades zwischen dem Behandlungsgut und den Anoden. Bei Erreichen der vom Düsenstock entfernten Seitenwand wird der Elektrolyt dort umgelenkt und in den rückwärtigen Bereich geleitet. An dieser Seitenwand befindet sich der rückseitige Düsenstock. Er setzt mit seinen, aus den Eduktoren austretenden Strömungen den Elektrolyt an der Rückseite des Behandlungsgutes in Bewegung. Zugleich wird der umgelenkte Elektrolyt der Vorderseite mitgenommen. Wenn die vom rückseitigen Düsenstock ausgehende Strömung die entfernte Seitenwand des Tauchbades erreicht, wird sie wiederum zum Schließen des Elektrolytumlaufes umgelenkt. Dieser Umlauf des Elektrolyten um das Behandlungsgut herum, der hier als globaler Elektrolytumlauf bezeichnet wird, stellt sich schon kurz nach dem Absenken des Warenträgers in das Tauchbad ein. Ein Strömungsmuster, verursacht durch die am Düsenstock untereinander beabstandeten Eduktoren, ist dadurch nahezu nicht feststellbar. Die laminare Bewegung des Elektrolyten an den beiden Seiten des Behandlungsgutes geht gleichmäßig auch bis in die Tiefe des Tauchbades hinein.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Düsenstöcke erlaubt auch eine Variation der Geschwindigkeit der Bewegung des Elektrolyten um das Behandlungsgut herum. Hierzu wird der Volumenstrom des Elektrolyten in die Düsenstöcke mittels der speisenden Elektrolytpumpe(n) bedarfsgerecht eingestellt. In der Praxis wird bevorzugt mit einer 10 bis 100 fachen Radumwälzung gearbeitet.
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Das Galvanisieren von Leiterplatten mit Durchgangslöchern, die einen kleinen Durchmesser, z. B. 0,2 mm und einen Aspect Ratio von z. B. 1:15 aufweisen, erfordert besondere technische Maßnahmen, wenn auch hierfür hohe Stromdichten anwendbar sein sollen, z. B. 5 A/dm2. Erfindungsgemäß werden hierfür weitere Düsenstöcke im vorderseitigen und rückseitigen Bereich des Tauchbades angeordnet. Sie werden hier als frontseitige Düsenstöcke bezeichnet. Diese befinden sich verteilt entlang des Behandlungsgutes und sie erstrecken sich ebenfalls wie die zwei seitlichen Düsenstöcke in die Tiefe des Tauchbades hinein.
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Die Richtung der aus diesen zusätzlichen frontseitigen Düsenstöcken ausströmenden Elektrolyte weist abweichend von der Senkrechten zur Oberfläche des Behandlungsgutes in die Richtung der globalen Umströmung des Behandlungsgutes. Dadurch wird dieser rotierende Elektrolyt in kurzen Abständen, z. B. nach jeweils 200 mm, zur Oberfläche des Behandlungsgutes hin gedrängt. Diese Kombination der Strömungen aus unterschiedlich angeordneten und ausgerichteten Düsenstöcken, nämlich der seitlichen und der frontseitigen Düsenstöcke verstärkt die globale Umströmung des Behandlungsgutes, ohne dass es dadurch zu störenden Verwirbelungen kommt. Dies unterstützt den Stoffaustausch an und in den Durchgangslöchern und Sacklöchern.
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Die Erfindung sieht somit eine Kombination von unterschiedlich gerichteten Strömungen des Elektrolyten aus Eduktoren derart vor, das sich ein laminarer globaler Elektrolytstrom kreisend um das Behandlungsgut herum ausbildet, wodurch sich sehr vorteilhaft eine maximal anwendbare Stromdichte bei gleichmäßiger Schichtdickenverteilung an den Oberflächen des Behandlungsgutes ergibt. Die Strömungen aus den seitlichen Düsenstöcken bzw. ihrer Eduktoren sind weitgehend parallel zur Oberfläche des Behandlungsgutes gerichtet und bei Bedarf kombiniert mit den Strömungen aus den zusätzlichen frontseitigen Düsenstöcken bzw. ihrer Eduktoren, die weitgehend schräg auf diese parallele Strömung der seitlichen Düsenstöcke auftreffen.
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Die frontseitigen Düsenstöcke sind zwischen den Anoden angeordnet. Dies erfordert eine Lücke in der ansonsten geschlossenen Anodenfläche. Diese Lücke kann in ihrer Wirkung auf die örtlichen Beschichtungen durch eine zusätzliche seitlich-horizontale Warenbewegung so ausgeglichen werden, dass eine ebene Schichtdickenverteilung an der Oberfläche des Behandlungsgutes erzielt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der schematischen und nicht maßstäblichen 1 und 2 weiter beschrieben.
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1 zeigt in der Draufsicht ein Tauchbad mit den erfindungsgemäß angeordneten seitlichen Düsenstöcken.
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2 zeigt das erfindungsgemäße Tauchbad mit zusätzlichen frontseitigen Düsenstöcken.
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In 1 befindet sich das Behandlungsgut 1 im Tauchbad 2, bestehend aus dem Radbehälter 3, der mit Elektrolyt 4 befüllt ist. Das Behandlungsgut 1 ist an einem nicht dargestellten Warenträger und gegebenenfalls Gestell befestigt. Es ragt in die Tiefe des Tauchbades 2 hinein, das sich hier auch in die Tiefe der 1 hinein erstreckt. Die vordere elektrolytische Zelle 5 wird vom kathodisch geschalteten Behandlungsgut 1 und den vorderen Anoden 6 gebildet. Diese Zelle ist zugleich der vorderseitige Bereich des Tauchbades 2.
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Die rückseitige elektrolytische Zelle 7 wird vom kathodisch geschalteten Behandlungsgut 1 und den rückseitigen Anoden 8 gebildet. In der Nähe der rechten Seitenwand des Radbehälters 3 befindet sich der rechtsseitige Düsenstock 9. Alle Eduktoren 12 an diesem Düsenstock 9 sind schräg in die rückseitige elektrolytische Zelle 7 und gegen die dortige Oberfläche des Behandlungsgutes 1 gerichtet. Von dort strömt der Elektrolyt entlang der Oberfläche des Behandlungsgutes 1 zur linken Seitenwand des Radbehälters 3. An dieser Seitenwand wird der strömende Elektrolyt umgelenkt und in die vordere elektrolytische Zelle 5 geleitet. Der Elektrolyt, der aus dem linksseitigen Düsenstock 11 bzw. dessen Eduktoren 12 in die vorderseitige elektrolytische Zelle 5 ausströmt, erfasst auch den Elektrolyten von der Rückseite, so dass sich eine rotierende Elektrolytströmung um das Behandlungsgut 1 herum ausbildet. Weil sich die Düsenstöcke 9, 11 in die Tiefe des Radbehälters 3 erstrecken, wird das Behandlungsgut 1 auch bis in diese Tiefe gleichmäßig global umströmt. Dieser globale Elektrolytstrom 20 wird in den Figuren mit Pfeilen dargestellt.
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Der Elektrolyt wird mittels mindestens einer Pumpe 22 im Kreislauf durch das Tauchbad 2 geführt. Die Leistung(en) der Pumpe(n) 22 und der Konditionierungseinrichtungen 13 werden so dimensioniert, dass das gesamte Radvolumen bis zu 100 mal pro Stunde umgewälzt werden kann. Mit diesem so genannten turn over wird auch die Geschwindigkeit der Strömung des Elektrolyten entlang des Behandlungsgutes 1 im Tauchbad 2 eingestellt. Der Kreislauf des Elektrolyten aus dem Radbehälter 3 erfolgt bevorzugt über einen Überlauf 14. Die Konditionierungseinrichtungen 13 können z. B. aus Elektrolytfiltern, Heizungen, Kühlungen und/oder Dosierungen bestehen. Die Anoden 6, 8 sind an Anodenträgern 15 befestigt. Weil in der Praxis z. B. Knüppelanoden am Anodenträger 15 nicht dicht an dicht angeordnet sind, könnte sich dies als Unterschied in der Schichtdickenverteilung auf der Oberfläche des Behandlungsgutes 1 abbilden. Dies kann eine den Strömungen überlagerte Warenbewegung in Pfeilrichtung 16 verhindern.
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Die 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Diese Ausführung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Galvanisieren von Durchgangslöchern 17 und Sacklöchern im Behandlungsgut 1 sehr anspruchsvoll ist, wenn z. B. Durchgangslöcher mit einem Aspect Ratio von 1:15 mit großer Stromdichte, d. h. in kurzer Expositionszeit galvanisiert werden sollen. Die an Hand der 1 beschriebene globale Umströmung 20 des Behandlungsgutes 1 mit Elektrolyt wird hier durch weitere frontseitige Düsenstöcke 18 verstärkt, die an der Vorderseite und Rückseite des Behandlungsgutes 1 angeordnet sind. Sie sind in den Lücken, die von den Anoden 6, 8 gebildet werden, platziert. Die Strömungsrichtung, der sich in die Tiefe des Badbehälters 3 erstreckenden Düsenstöcke 18 bzw. der daran befindlichen Eduktoren 12, weist in die Richtung der globalen Strömung 20. Dies beschleunigt den strömenden Elektrolyten und drückt diesen zugleich an die vorderseitige und rückseitige Oberfläche des Behandlungsgutes 1.
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Die Kombination von seitlichen Düsenstöcken 9, 11 mit den frontseitigen Düsenstöcken 18 ergibt eine besonders intensive Bewegung des Elektrolyten nahe der zu behandelnden beidseitigen Oberflächen des Behandlungsgutes 1, wodurch eine hohe Stromdichte anwendbar ist, z. B. 5 A/dm2.
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Die Neigung bzw. der Neigungswinkel 21 der Düsenstöcke 18 ist derart gewählt, dass eine Verwirbelung der Elektrolyte aus den Düsenstöcken 9, 11 mit den Elektrolyten aus den Düsenstöcken 18 nahezu nicht erfolgt. Dies trägt zur sehr gleichmäßigen Strömung an allen Oberflächenbereichen des Behandlungsgutes 1 bei. Damit kann eine ansonsten nur partiell anwendbar große Stromdichte auch für das gesamte Behandlungsgut 1 angewendet werden. Die frontseitigen Düsenstöcke 18 und ihre Eduktoren 12 haben einen Neigungswinkel 21 in Richtung des strömenden Elektrolyten, der im Bereich von 5° bis 75°, bevorzugt von 15° bis 45° von der Senkrechten abweicht.
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Zur Vermeidung eines zu großen Strömungswiderstandes und/oder von Verwirbelungen an den beiden Seitenwänden des Radbehälter 3 können dort Umlenkbleche 19, die in die Tiefe des Radbehälters 3 hinein ragen, angeordnet werden.
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Eine, in die Tiefe des Tauchbades 2 gesehen, noch gleichmäßigere laminare Elektrolytbewegung wird erreicht, wenn die Eduktoren 12 von Düsenstock zu Düsenstock in Richtung der Tiefe des Bades gegenseitig versetzt angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behandlungsgut
- 2
- Tauchbad
- 3
- Radbehälter
- 4
- Elektrolyt
- 5
- vordere elektrolytische Zelle
- 6
- vordere Anoden
- 7
- rückseitige elektrolytische Zelle
- 8
- rückseitige Anoden
- 9
- rechtsseitiger Düsenstock mit Eduktoren
- 10
- Radbehälter
- 11
- linksseitiger Düsenstock mit Eduktoren
- 12
- Eduktor
- 13
- Konditionierungseinrichtung
- 14
- Überlauf
- 15
- Anodenträger
- 16
- Warenbewegungsrichtung
- 17
- Durchgangsloch
- 18
- frontseitiger Düsenstock
- 19
- Umlenkblech
- 20
- globaler Elektrolytstrom
- 21
- Neigungswinkel
- 22
- Pumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009034007 A1 [0003]
