-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Trägermagazin zum Tragen von Drähten, ein Verfahren zum Herstellen von Elektrodendrähten mittels des Trägermagazins, und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
-
Elektroden zweiter Art sind Elektroden, deren Potential nur indirekt von der Konzentration der sie umgebenden Elektrolytlösung abhängt. Elektroden zweiter Art werden als Bezugselektroden, insbesondere in potentiometrischen Sensoren, eingesetzt.
-
Die Konzentrationsunabhängigkeit des Potentials wird durch den besonderen Aufbau der Elektrode erreicht. Genauer gesagt, wird durch die besondere Zusammensetzung der Elektrolytlösung das Potential konstant gehalten. Die Elektrolytlösung besteht zum einen aus einer gesättigten Lösung eines schwerlöslichen Salzes, welches als Kation aus dem gleichen Metall wie die Elektrode besteht und zum anderen aus einem gut löslichen und genau konzentrierten Alkalisalz, welches das gleiche Anion wie das schwerlösliche Salz enthält.
-
Das Potential hängt von der Konzentration des Kations des schwerlöslichen Salzes ab. Diese Konzentration ist wiederum über das Löslichkeitsprodukt mit der Konzentration des Anions gekoppelt. Wird die Konzentration des Anions konstant gehalten, bleibt folglich auch das Potential konstant. Diese Anionenkonzentration lässt sich nahezu konstant halten, indem deren Konzentration sehr groß gewählt wird. Durch Subtraktion dieser Spannungswerte vom Messwert erhält man das tatsächliche Potential, bzw. die EMK einer Lösung.
-
Wichtige Bezugselektroden sind die Silber-Silberchlorid-Elektrode und die Kalomel-Elektrode. Eingesetzt werden sie beispielsweise in der Potentiometrie.
-
Bei diesem Elektrodentyp taucht meist ein mit Silberchlorid beschichteter Silberdraht in eine Chlorid-Ionen enthaltende Lösung (meist 3 M oder gesättigte Kaliumchlorid-Lösung). Die elektrisch leitende Verbindung zur Elektrolytlösung wird über ein Diaphragma, einen Schliffstopfen oder eine eingeschmolzene Keramik hergestellt. Dieses Material aus Keramik ist etwas porös. Diese Poren und die winzigen Spalten und Kanälchen zwischen Glas und Keramik füllen sich mit dem Elektrolyten. Dadurch ist ein minimaler Ionenfluss gewährleistet, der ausreicht, um die Redox-Gleichgewichte an der Elektrodenoberfläche einzustellen. Der Eingangswiderstand eines Spannungsmessgeräts bzw. der Referenzelektroden-Eingang eines Potentiostaten ist sehr hochohmig, so dass hier keine nennenswerten Ströme zustande kommen.
-
Die Beschichtung des Silberdrahts mit Silberchlorid erfolgt durch einen manuellen Tauchprozess. Ein Laborofen erwärmt eine Silberchloridschmelze bei einer Temperatur von ca. 450°C. Die Temperaturvorgabe und deren Regelung erfolgt manuell durch den Bediener und nach Ermessen. Für das Tauchen selbst müssen die Silberdrähte einzeln gegriffen und in die Silberchloridschmelze getaucht werden. Prozessparameter, welche u.a. die Beschichtungsstärke beeinflussen sind: Eintauchgeschwindigkeit, Tauchtiefe, Tauchzeit, Rückzugsgeschwindigkeit und Abtropfzeit.
-
Die im Stand der Technik bisher verwendeten manuellen Verfahren sind zeit- und kostenintensiv und führen zu stark variierenden Endergebnissen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein Trägermagazin zum Tragen von Drähten, umfassend eine erste Spannvorrichtung mit ersten Durchführungen, eine zweite Spannvorrichtung mit zweiten Durchführungen, wobei die erste und zweite Spannvorrichtung dermaßen angeordnet sind, dass die ersten Durchführungen der ersten Spannvorrichtung jeweils mit einer der zweiten Durchführungen der zweiten Spannvorrichtung einen Schaft für einen Draht bilden, wobei die zweiten Durchführungen bei einer entspannten zweiten Spannvorrichtung einen größeren Innendurchmesser aufweisen als ein Außendurchmesser der Drähte, und wobei die zweiten Durchführungen bei einer gespannten zweiten Spannvorrichtung einen kleineren Innendurchmesser aufweisen als ein Außendurchmesser der Drähte.
-
Die definierte Positionierung der Elektrodendrähte in dem Trägermagazin schafft die Möglichkeit sowohl vorgelagerte als auch nachgelagerte Prozesse zu steuern und/oder zu optimieren.
-
Unter Verwendung des Trägermagazins kann dieser nun als Ganzes der Silberchlorid-Schmelze zugeführt werden und lässt das Deformieren der Drähte überflüssig werden. Nach dem Prozess können die Teile durch einfaches Entnehmen des Werkstückträgers und Entriegeln der Teileklemmung entnommen werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die erste und/oder die zweite Spannvorrichtung länglich ausgestaltet, so dass die Schäfte in einer Reihe angeordnet sind, wobei die erste und/oder zweite Spannvorrichtung mindestens ein Federelement zum Spannen aufweist.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Elektrodendrähten aus Drähten, mittels eines Trägermagazins nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte, Entspannen der zweiten Spannvorrichtung, so dass die Innendurchmesser der zweiten Durchführungen größer werden als der Außendurchmesser der Drähte, Durchführen von jeweils einem Draht durch eine Eintrittsöffnung eines Schaftes, so dass ein Teil der Drähte an einem der Eintrittsöffnungen gegenüberliegendes Ende der Schäfte übersteht, Spannen der zweiten Spannvorrichtung, so dass die zweite Spannvorrichtung die Drähte einklemmt, Bewegen des Trägermagazins mit den überstehenden Teilen der Drähte voran in eine Silberchlorid-Schmelze bis die überstehenden Teile der Drähte zumindest teilweise in die Silberchlorid-Schmelze eingetaucht sind, Entspannen der ersten und zweiten Spannvorrichtung, und Herausziehen der Elektrodendrähte aus den Schäften.
-
Gemäß einer vorteilhaften Variante werden Glasröhrchen an den Eintrittsöffnungen der Schäfte angebracht, durch welche die Drähte durchgesteckt werden, bevor die Drähte durch die Eintrittsöffnungen der Schäfte durchgesteckt werden, wobei die Glasröhrchen erhitzt werden, bis die Glasröhrchen an die durchgesteckten Drähte angeschmolzen sind. Als Hitzequelle kann ein Gasbrenner oder ein Laser verwendet werden. Eine bevorzugte Variante ist, dass nachdem die Glasröhrchen auf Eintrittsöffnungen des Trägermagazins aufgesteckt und die Drähte mit einer Silberchlorid-Schicht versehen sind, die Glasröhrchen an die Drähte angeschmolzen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich die Glasröhrchen an die Drähte anzuschmelzen, bevor die Drähte mit einer Silberchlorid-Schicht versehen werden.
-
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist ein Bildverarbeitungssystem vorgesehen, um fertigungsrelevante Eigenschaften der Elektrodendrähte, z. B. eine Stärke der aufgebrachten Silberchlorid-Beschichtung zu ermitteln.
-
Gemäß einer günstigen Weiterbildung ist eine SPS vorgesehen, welche aus von Bildverarbeitungssystem aufgenommenen Bilddaten die fertigungsrelevanten Eigenschaften der Elektrodendrähte ermittelt, speichert und verarbeitet, um das Eintauchen des Trägermagazins in die Silberchlorid-Schmelze und/oder das Anschmelzen der Glasröhrchen zu optimieren.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, umfassend eine Aufnahme für das Trägermagazin, ein erstes Schienensystem zum vertikalen Verschieben der Aufnahme, wobei das erste Schienensystem eine erste Position aufweist, an der eine Silberchlorid-Schmelze zum Beschichten der Drähte angeordnet ist, und eine zweite Position aufweist, an der ein Bildverarbeitungssystem zum Ermitteln der fertigungsrelevanten Eigenschaften der so hergestellten Elektrodendrähte angeordnet ist.
-
Gemäß einer günstigen Variante weist das erste Schienensystem eine dritte Position auf, an der eine Hitzequelle zum Anschmelzen der Glasröhrchen an die Drähte vorgesehen ist. Das Trägermagazin kann von einer der Positionen in eine andere Position verschoben und in der Position arretiert werden.
-
Gemäß einer günstigen Ausführungsform ist das Trägermagazin länglich ausgestaltet, wobei ein zweites Schienensystem zum horizontalen Bewegen des Bildverarbeitungssystems und/oder der Hitzequelle entlang des Trägermagazins vorgesehen ist.
-
Um die Elektrodendrähte später in eine Wandung einer Referenzhalbzelle mit Glasgehäuse einzuschmelzen, kann es erforderlich sein, ein Drahtstück aus einem von dem Material der Drähte verschiedenen Material, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an den des Glasgehäuses angepasst ist, an die Elektrodendrähte anzusetzen. Bei Elektrodendrähten aus Silber, wird beispielsweise häufig ein Stück Platindraht angesetzt.
-
Hierzu umfasst die Vorrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Handlingseinheit zum automatischen Bestücken des Trägermagazins mit Drähten. Die Drähte werden zunächst mittels eines Argon-Schweißgeräts mit Drahtstücken aus einem von dem Material der Drähte verschiedenem Material stoffschlüssig, z. B. durch Schweißen verbunden. Dabei können die Drähte in einer Aufspannungseinheit eingesetzt sein. Eine Handlingseinheit ist vorgesehen, die nach dem Schweißen und Ablängen die Drähte aus der Aufspannungseinheit greift und dem Trägermagazin zuführt. So erhält man die Möglichkeit auf ein manuelles Bestücken des Trägermagazins verzichten zu können und ein automatisiertes Übergeben an nachfolgende Anlagen zu gewährleisten.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine Draufsicht auf einen Trägermagazin zum Tragen von Elektrodendrähten,
- 2: einen Querschnitt eines Trägermagazins entsprechend 1,
- 3: eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Elektrodendrähten aus Drähten, und
- 4: eine Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend 3 aus einer anderen Perspektive.
-
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägermagazin 1 zum Tragen von Elektrodendrähten 2 (nicht dargestellt). Das Trägermagazin 1 umfasst eine Reihe von Schäften mit Eintrittsöffnungen 5, die in einer Reihe angeordnet sind. Die erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 (siehe 2) sind länglich ausgestaltet, so dass die Schäfte in einer Reihe angeordnet sind.
-
Das Trägermagazin 1 umfasst ferner eine erste Spannvorrichtung 6 und eine zweite Spannvorrichtung 7 zum Verengen der Schäfte, so dass Drähte in den Schäften einspannbar sind. Die erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 sind jeweils mittels eines ersten und zweiten Bolzens 8, 10 spannbar, die seitlich an dem Trägermagazin 1 rausragen. Der erste und zweite Bolzen 8, 10 sind unabhängig voneinander mittels eines spannbaren Federelements 9 betätigbar.
-
2 zeigt einen Querschnitt eines Trägermagazins 1 entsprechend 1. Die erste Spannvorrichtung 6 weist erste Durchführungen 11 und die zweite Spannvorrichtung 7 weist zweite Durchführungen 12 auf. Die erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 sind gegen einen Teil des Gehäuses 27 spannbar. Die erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 sind dermaßen angeordnet, dass die ersten Durchführungen 11 jeweils mit einer der zweiten Durchführungen 12 den Schaft 11, 12 für einen Elektrodendraht 2 bilden. Die zweiten Durchführungen 12 weisen bei einer entspannten zweiten Spannvorrichtung 7 einen größeren Innendurchmesser auf als ein Außendurchmesser der Drähte 2. Die zweiten Durchführungen 12 weisen bei einer gespannten zweiten Spannvorrichtung 7 einen kleineren Innendurchmesser auf als ein Außendurchmesser der Drähte 2.
-
Die erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 sind in einem Gehäuse 27 angeordnet, die an einer Oberseite mittels einer ersten und zweiten Oberplatte 23, 28 verschlossen ist. Die erste und zweite Oberplatte 23, 28 weisen Öffnungen auf, die einander gegenüber liegen und zusammen Eintrittsöffnungen 5 bilden, die zur Positionierung von Glasröhrchen 4 geeignet sind. Die erste Oberplatte 23 ist für das Zentrieren und Einführen der Drähte in die Eintrittsöffnungen 5. Die zweite Oberplatte 28 dient der Positionierung der Glasröhrchen in ihrer seitlichen Lage. An einer Unterseite des Gehäuses 27 weist das Trägermagazin 1 Ständer 24 auf. Die Ständer 24 halten eine Unterplatte 25 fest. Die Unterplatte 25 weist Öffnungen 26 auf, durch welche die Elektrodendrähte 2 durchgeführt werden. Der Ständer 24 ist vom Rest des Trägermagazins 1 trennbar. Vorgesehen sind verschiedene Ständer 24 mit verschiedenen Längen, die an das Trägermagazins 1 anbringbar sind. Auf diese Weise können die Ständer 24 an das Trägermagazins 1 angebracht werden, deren Länge an eine Länge der Elektrodendrähte 2 angepasst ist. An einem unteren Ende weisen die Elektrodendrähte 2 eine Silberchlorid-Schicht 3 auf, die durch Eintauchen in eine Silberchlorid-Schmelze (nicht dargestellt) erzeugt ist. Die Länge der Ständer 24 wird so gewählt, dass der Abstand zwischen der Silberchlorid-Schicht 3 und der Unterplatte 25 immer konstant ist.
-
Das Verfahren zum Herstellen von Elektrodendrähten aus Drähten 2, mittels des Trägermagazins 1 umfasst folgende Schritte: Zuerst wird die zweite Spannvorrichtung 7 entspannt, so dass die Innendurchmesser der zweiten Durchführungen 12 größer werden als der Außendurchmesser der Elektrodendrähte 2. Als Nächstes wird durch jede Eintrittsöffnung 5 eines Schaftes 11, 12 ein Elektrodendraht 2 durchgeführt, so dass ein Teil der Elektrodendrähte 2 an einem der Eintrittsöffnungen 5 gegenüberliegendes Ende der Schäfte 11, 12 übersteht. Anschließend wird die zweite Spannvorrichtung 7 gespannt, so dass die zweite Spannvorrichtung 7 die Elektrodendrähte 2 einklemmt. Als Nächstes wird das Trägermagazins 1 mit den überstehenden Teilen der Elektrodendrähte 2 voran in eine Silberchlorid-Schmelze 14 bewegt, bis die überstehenden Teile der Elektrodendrähte 2 zumindest teilweise in die Silberchlorid-Schmelze 14 eingetaucht sind. Abschließend werden die erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 entspannt und die Elektrodendrähte 4 aus den Schäften 11, 12 herausgezogen.
-
Bevor die Elektrodendrähte 2 durch die Eintrittsöffnungen 5 der Schäfte 11, 12 durchgesteckt werden, werden Glasröhrchen 4 an den Eintrittsöffnungen 5 der ersten und zweiten Oberplatte 23, 28 angebracht. Die Elektrodendrähte 2 werden dann durch die Glasröhrchen 4 und anschließend über die Eintrittsöffnungen 5 in die Schäfte 11, 12 durchgesteckt. Die erste und zweite Oberplatte 23, 28 werden abgenommen, die freigelegten Glasröhrchen 4 werden erhitzt, bis die Glasröhrchen 4 an die Elektrodendrähte 2 angeschmolzen sind. Abschließend werden die Elektrodendrähte 2 automatisch oder manuell in eine Silberchlorid-Schmelze eingetaucht.
-
3 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung 13 zum Herstellen von Elektrodendrähten aus Drähten. Die Vorrichtung 13 umfasst eine Aufnahme 22 für ein Trägermagazin 1 (siehe 1 und 2) und ein erstes Schienensystem 21 zum vertikalen Verschieben der Aufnahme 22. Das erste Schienensystem 21 weist insgesamt drei Positionen 20, 19, 18 auf, in die das Trägermagazin verschoben werden kann, wobei in 3 alle drei Positionen 20, 19 ,18 gleichzeitig dargestellt sind. Eine erste Position 20 dient dazu, die Elektrodendrähte 2 in dem Trägermagazin 1 in eine Silberchlorid-Schmelze 14 zum Beschichten zu tauchen. Eine zweite Position 19 dient dazu, die fertigungsrelevanten Eigenschaften der beschichteten Elektrodendrähte 4 in dem Trägermagazin 1 mittels eines Bildverarbeitungssystems 15 zu überprüfen. Eine dritte Position 18 dient dazu, Glasröhrchen 4 mittels einer Hitzequelle 16 an die Elektrodendrähte 2 anzuschmelzen.
-
Die Vorrichtung 13 weist ein zweites Schienensystem 17, welche das Bildverarbeitungssystem 15 und die Hitzequelle 16 gleichzeitig horizontal entlang des Trägermagazins 1 bewegen kann. Auf diese Weise können die Glasröhrchen 4 einzeln und nacheinander an die Elektrodendrähte 2 angeschmolzen werden.
-
4 zeigt eine Seitenansicht eines einer Vorrichtung 13 entsprechend 3 aus einer anderen Perspektive. Es versteht sich von selbst, dass in den 3 und 4, die jeweiligen Vorrichtungen keine drei Aufnahmen 22 und keine zwei Hitzequellen 16 aufweist, sondern die Aufnahme 22 in den drei verschiedenen Positionen und die Hitzequelle 16 in zwei verschiedenen Positionen gleichzeitig zeigen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Trägermagazin
- 2
- Elektrodendraht
- 3
- Silberchlorid-Schicht
- 4
- Glasröhrchen
- 5
- Eintrittsöffnung
- 6
- Erste Spannvorrichtung
- 7
- Zweite Spannvorrichtung
- 8
- Erster Bolzen
- 9
- Federelement
- 10
- Zweiter Bolzen
- 11
- Zweite Durchführung
- 12
- Erste Durchführung
- 13
- Vorrichtung
- 14
- Silberchlorid-Schmelze
- 15
- Bildverarbeitungssystem
- 16
- Hitzequelle
- 17
- Zweites Schienensystem
- 18
- Dritte Position
- 19
- Zweite Position
- 20
- Erste Position
- 21
- Erstes Schienensystem
- 22
- Aufnahme
- 23
- Erste Oberplatte
- 24
- Ständer
- 25
- Unterplatte
- 26
- Öffnung
- 27
- Gehäuse
- 28
- Zweite Oberplatte
