DE10249572A1

DE10249572A1 - Vorrichtung zum galvanischen Beschichten

Info

Publication number: DE10249572A1
Application number: DE10249572A
Authority: DE
Inventors: Manfred RÖSSLER; Rolf Keller; Branko Alfermann; Michael Lingner; Harald Maus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum galvanischen Beschichten, insbesondere zum Verchromen, eines Werkstücks (12) vorgeschlagen, umfassend einen Beschichtungsraum zur Aufnahme des Werkstücks (12) und eine Anode (22), die mit dem als Kathode wirkenden Werkstück (12) zusammenwirkt. Die Anode (22) ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet (Figur).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum galvanischen Beschichten, insbesondere zum Verchromen, eines Werkstücks, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der. Praxis bekannt und dient beispielsweise zum Aufbringen einer Chromschicht auf ein metallisches Werkstück bzw. Bauteil. Die in einem üblichen Hartchrombad aufgebrachte Chromschicht bildet dann einen Verschleißschutz für das Bauteil.

Bei metallischen Bauteilen, die eine Passung aufweisen, ist es erforderlich, daß die aufgetragene Chromschicht exakt definiert und mithin eine hohe Maßgenauigkeit und Präzision aufweist. Insbesondere bei Bauteilen, bei denen die zu be schichtende Oberfläche nicht planar ist, werden bisher bereichsweise deutlich dickere Chromschichten als erforderlich abgeschieden. So kann gewährleistet werden, daß sich an der gesamten zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eine Chromschicht ausbildet, die die geforderte Mindestdicke aufweist. Zur Unterstützung kann hierzu eine bauteilspezifische Blenden- und Maskentechnik eingesetzt werden.

Um dem Bauteil die erforderliche Paßgenauigkeit zu verleihen, wird das Bauteil nach Auftragung der Beschichtung auf das gewünschte Endmaß üblicherweise geschliffen. Dieser Schleifprozeß ist jedoch bisweilen aufwendig.

Vorteile der Erfindung

Die Vorrichtung nach der Erfindung zum galvanischen Beschichten, insbesondere zum Verchromen, eines Werkstücks, mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welcher Vorrichtung die Anode im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, hat den Vorteil, daß ein insbesondere zylindrisches Werkstück bzw. Bauteil, wie beispielsweise ein bei hydraulischen Anwendungen eingesetzter Steuerkolben, durch Einbringen in den von der ringförmigen Anode begrenzten, im wesentlichen zylindrischen Beschichtungsraum an seiner Umfangsfläche im wesentlichen gleichmäßig mit beispielsweise einer Chromschicht beschichtet werden kann.

Durch Einsatz der ringförmigen Anode bzw. Ringanode kann also eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung auf der ge samten Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils erreicht werden. Dies führt dazu, daß die Dicke der aufgetragenen Schicht über die gesamte Beschichtungsfläche hinweg gering gehalten werden kann, was wiederum einen geringen Fertigungsaufwand für das Bauteil nach sich zieht. Der reduzierte Fertigungsaufwand wird insbesondere dadurch erzielt, daß bei einem gegebenenfalls erforderlichen, nachfolgenden Schleifprozeß nur geringe Mengen an Material abgetragen werden müssen.

Des weiteren ermöglicht der Einsatz der ringförmigen Anode, welche das zu beschichtende Bauteil umgibt, eine Beschichtung von Bauteilen unterschiedlicher Abmessungen, wobei der Innendurchmesser der Ringanode so gewählt sein sollte, daß Bauteile unterschiedlicher Durchmesser beschichtet werden können.

Die Vorrichtung nach der Erfindung dient insbesondere zum Verchromen metallischer Bauteile mit einer zylindrischen Form, sie kann aber grundsätzlich auch zum galvanischen Aufbringen andersartiger Schichten eingesetzt werden. Das zu beschichtende Bauteil kann auch eine konische Geometrie aufweisen oder mit einem polygonen Querschnitt ausgebildet sein.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung besteht die im wesentlichen ringförmig ausgebildete Anode bzw. Ringanode aus in axialer Richtung aneinander grenzenden Segmenten. Die einzelnen, ebenfalls ringförmigen Segmente der Ringanode sind vorteilhafterweise gegeneinander isoliert und einzeln ansteuerbar. Durch ein gezieltes Ansteuern bzw. Schalten der Segmente kann damit beim Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung die beschichtungstechnisch wirksame Länge der Ringanode an die Länge des zu beschichtenden und in der Achse der Ringanode liegenden Bauteils angepaßt werden. Somit können mit der Vorrichtung nach der Erfindung Bauteile unterschiedlicher Länge mit einer Beschichtung gleicher Qualität versehen werden.

Des weiteren ist es möglich, die einzelnen Segmente der Ringanode so anzusteuern, daß an bestimmten Bereichen des Bauteils eine spezifische Stromdichte eingestellt und damit eine spezifische Abscheidung von Beschichtungsmaterial aus einem in den Beschichtungsraum eingeleiteten Elektrolyten erreicht wird. So kann beispielsweise die Ausbildung einer ungewollten Überhöhung der Schichtdicke an Bauteilkanten durch spezifisches Ansteuern bzw. Ausschalten einzelner Segmente der Ringanode vermindert werden. Es ist bei Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung nicht erforderlich, hierzu eine bauteilspezifische Hilfsanoden- und Blendentechnik einzusetzen, wie es bisher üblich war.

Durch den Aufbau der Anode aus Einzelsegmenten kann die Stromdichte über die zu beschichtende bzw. zu verchromende Fläche bei einem Werkstück mit Bereichen unterschiedlichen Durchmessers bereichsweise so angepaßt werden, daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Schichtaufbau auf dem betreffenden Bauteil erreicht wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist als Beschichtungszelle ausgeführt, und zwar dadurch, daß die Ringanode in einem Anodenrohr angeordnet ist. An einer Stirnseite des den Beschichtungsraum aufweisenden Anodenrohrs strömt dann der zum Beschichten eingesetzte Elektrolyt, wie eine katalysatorhaltige Chromsäurelösung, in einen zwischen der Ringanode und dem Werkstück angeordneten Ringraum. An dem entgegengesetzten Ende des Anodenrohres strömt der Elektrolyt aus. Ein derartiger, sogenannter Einzellenreaktor, der für eine Einzelteilbehandlung ausgelegt ist, läßt die Ausbildung von Beschichtungen mit einer präzise eingestellten Dicke zu.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist das Anodenrohr an der Ausströmseite von einem Vorrichtungskopfs begrenzt, der zur Halterung des Bauteils dienen kann. Mittels des Vorrichtungskopfes erfolgt dann auch eine Kontaktierung des zu beschichtenden und die Kathode darstellenden Bauteils.

Zur Automatisierung des mittels der Vorrichtung nach der Erfindung durchgeführten Beschichtungsprozesses kann der Vorrichtungskopf mit einem Schnellspannsystem zur Halterung des Bauteils ausgestattet sein. Das Schnellspannsystem umfaßt beispielsweise eine Spannzange, einen Spannring, pneumatisch betätigte Greiferbacken und/oder einen Spanndorn. Die Fixierung des Werkstücks kann über Angriff des Schnellspannsystems an dessen Außen- bzw. Innendurchmesser erfolgen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Beschichtungszelle zur Maßverchromung von beispielsweise zylindrischen Bauteilen mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern.

In der Zeichnung ist eine als Beschichtungszelle ausgebildete Vorrichtung 10 nach der Erfindung dargestellt, die beispielsweise zur Verchromung eines Steuerkolbens 12 dient, der im Bereich der Mobilhydraulik einsetzbar ist. Im vorliegenden Fall hat der das zu beschichtende Bauteil bildende Steuerkolben 12 einen über seine Länge konstanten Durchmesser. Es ist aber auch denkbar, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Steuerkolben oder ein vergleichbares Bauteil zu beschichten, bei dem der Durchmesser über Bereiche seiner Länge variiert.
Die Beschichtungszelle 10 umfaßt ein als Gehäuse dienendes Anodenrohr 14, das im Betriebszustand vorzugsweise vertikal ausgerichtet ist und an seiner unteren Stirnseite von einem einen Anschlußstutzen 16 aufweisenden Rohrstück 18 begrenzt ist, das eine konische Bohrung 20 aufweist, die sich an den Innenraum des Anodenrohrs 14 anschließt.
In dem Anodenrohr 14 ist eine sich über die Länge des Anodenrohrs 14 erstreckende Ringanode 22 angeordnet, die im vorliegenden Fall aus neun in axialer Richtung aneinander grenzenden, ringförmigen Segmenten 24 besteht. Die einzelnen Segmente 24 unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Länge und sind gegeneinander jeweils mittels eines aus PTFE bestehenden Dichtrings 26 isoliert. Jedes Segment 24 der Ringanode 22 ist über eine hier nicht näher dargestellte Kontaktschraube mit einer Stromversorgung verbunden, so daß jedes Segment 24 einzeln ansteuerbar ist.
Die Ringanode 22, deren Innendurchmesser etwa 80 mm beträgt, bildet einen Beschichtungsraum 27 und umschließt das zylindrische Bauteil 12, welches an einem Vorrichtungskopf 28 fixiert ist, der das Anodenrohr 14 an der dem Rohrstück 18 abgewandten Stirnseite begrenzt. Der Durchmesser der Ringanode kann auch andere Werte annehmen, ist aber stets so gewählt, daß ein geeigneter Abstand zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und der Ringanode eingehalten wird.
Zur Fixierung und Kontaktierung des Bauteils 12 weist der Vorrichtungskopf 28 eine Spannzange 30 auf, welche über einen Schieber 32 betätigbar ist. Der Beschichtungsraum 27 ist zwischen dem Bauteil bzw, dem Werkstück 12 und der Ringanode 22 als Ringraum bzw. Ringspalt ausgebildet. Das Bauteil 12 bildet die Kathode der Beschichtungszelle 10.
Zum Verchromen wird das Bauteil 12 bei von dem Anodenrohr 14 getrennten Vorrichtungskopf 28 an der Spannzange 30 fixiert und dann in axialer Richtung in den von der Ringanode 22 begrenzten Beschichtungsraum 27 eingeführt, so daß es in der Achse des im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Anodenrohrs 14 angeordnet ist.
Das Anodenrohr 14 ist zur Verbindung mit dem Vorrichtungskopf 28 mit einem Flansch 34 versehen, auf dem der Vorrichtungskopf 28 in Betriebsstellung aufliegt und der einen Ringkanal 36 aufweist, der mit dem Beschichtungsraum 27 verbunden ist und von dem zwei Leitungen 40 und 42 abzweigen, die zum Abfluß des zur Verchromung des Bauteils 12 eingesetzten Elektrolyten dienen.
Die Beschichtungszelle 10 arbeitet derart, daß über an dem Rückstück 18 ausgebildeten Anschlußstücken bzw. den Einlaß 16 der zur Verchromung des Bauteils 12 eingesetzte Elektrolyt in die konische Bohrung 20 und von dort in den Beschichtungsraum 27 einströmt. Von dort wird der Elektrolyt über den Ringkanal 36 und die Leitungen 40 und 42 wieder abgeführt. Hierbei liegt zwischen dem als Kathode wirkenden Bauteil 12 und den Segmenten 24 der Ringanode 22 eine Spannung an.
Die Bestromung der einzelnen Segmente 24 richtet sich nach der Länge und der Geometrie des zu verchromenden Bauteils. Die Verteilung der Stromdichte über die zu verchromende Fläche wird zweckmäßig so angepaßt, daß ein möglichst gleichmäßiger Schichtaufbau bei geringen Gesamtprozeßzeiten erreicht wird.
Bei Beschichtung eines Bauteils, das Bereiche unterschiedlichen Durchmessers aufweist, ist es zweckmäßig, die Übergänge bzw. die Kanten zwischen den einzelnen Bereichen in den Übergangsbereichen zwischen den einzelnen Anodensegmenten 24 anzuordnen, so daß jeder Durchmesser mit einer definierten Stromdichte ansteuerbar ist und auf dem gesamten zu beschichtenden Bauteil eine Beschichtung im wesentlichen gleichmäßiger Dicke ausgebildet wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Vorrichtungskopf 28 mit einer aus einer Spannzange bestehenden Schnellspanneinrichtung ausgestattet. Es ist jedoch auch denkbar, anstelle der Spannzange einen Spannring oder einen Spanndorn oder auch jedes andere geeignete Schnellspannsystem zur Fixierung des Werkstücks einzusetzen.

Claims

Vorrichtung zum galvanischen Beschichten, insbesondere zum Verchromen, eines Werkstücks (12), umfassend einen Beschichtungsraum (27) zur Aufnahme des Werkstücks (12) und eine Anode (22), die mit dem als Kathode wirkenden Werkstück (12) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (22) im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ringförmig ausgebildete Anode (22) aus in axialer Richtung aneinandergrenzenden Segmenten (24) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (24) der im wesentlichen ringförmig ausgebildeten Anode (22) gegeneinander isoliert und einzeln ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ringförmig ausgebildete Anode (22) einen Durchmesser zwischen etwa 10 mm und 200 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ringförmig ausgebildete Anode (22) in einem als Gehäuse dienenden Anodenrohr (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenrohr (14) an einer Stirnseite mit einem Einlaßstutzen (16) verbunden ist und an der anderen Stirnseite von einem Vorrichtungskopf (28) begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtungskopf (28) mit einer Halterung (30) und einer Kontaktierung (30) für das zu beschichtende Werkstück (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (12) mittels eines Schnellspannsystems (30) in dem Beschichtungsraum (27) fixiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenrohr (14) über einen Flansch (34) mit dem Vorrichtungskopf (28) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Flansch (34) mindestens ein Abflußkanal (36) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Flansch eine Dichtung bzw. ein Absperrmedium zum gasdichten Verschließen der Vorrichtung vorgesehen ist.