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Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von
Gegenständen
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Beschichtung von Gegenständen beispielsweise
zum Schutz vor Umwelteinflüssen,
oder um diesen Gegenständen
bestimmte Eigenschaften zu verleihen.
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Dazu können die Gegenstände beispielsweise
in Tauchbädern
mit Farbe oder anderen Stoffen in flüssiger Form oder mit Pulver
im sogenannten Pulverbeschichtungsverfahren beschichtet werden.
Dabei können
elektrische Effekte genutzt werden, um beispielsweise beim Pulverbeschichtungsverfahren das
Pulver an den zu beschichtenden Gegenständen anhaften zu lassen. Letztlich
ist auch die galvanische Beschichtungstechnik bekannt, bei der zu
beschichtende elektrisch leitende Gegenstände unter Anlegen einer Spannung
in einem fluiden Elektrolyten beschichtet werden können. Dies
kann einerseits zur Erhöhung
der Korrosionsbeständigkeit,
andererseits auch zur Erzeugung bestimmter physikalischer Eigenschaften
wie zum Beispiel der Änderung
der Oberflächenhärte geschehen.
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All diese Beschichtungsverfahren
haben gemeinsam, dass der zu beschichtende Gegenstand mit einem
Beschichtungswerkstoff in Berührung
gebracht und später
wieder aus diesem entnommen werden muß. Dazu muß der Gegenstand manipuliert, das
heißt
in den meisten Fällen
berührt
werden, was oft problematisch ist, da eine aufgebrachte Beschichtung
meistens nicht unmittelbar nach der Beschichtung stabil genug ist,
um durch die Manipulation nicht beschädigt zu werden.
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Aus der schweizerischen Patentschrift
Nr. 142461 ist beispielsweise ein Trommelverfahren zum Galvanisieren
von Massenartikeln bekannt, bei dem die zu beschichtenden Gegenstände in einer
umlaufenden Trommel unter Anwendung hoher Stromdichte einem Chromelektrolyten
ausgesetzt werden. Der Strom wird den zu beschichtenden metallischen
Gegenständen
dabei über
die Trommel zugeführt,
an der sie durch ihr Eigengewicht anliegen. Der Kontaktdruck wird
durch magnetische Eigenschaften der Trommel verstärkt.
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Das beschriebene Verfahren und die
Vorrichtung haben den Nachteil, dass dort, wo verschiedene zu beschichtende
Gegenstände
einander berühren, die
Galvanisierung nur unvollkommen geschieht, so dass die Schichtdicken
sehr unregelmäßig sind
und an Kontaktpunkten im schlimmsten Fall überhaupt keine Beschichtung
stattfindet.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
Nr. 19930306 A1 ist eine Galvanisiereinrichtung bekannt, in der
zu galvanisierende Teile mittels einer Fördervorrichtung durch ein Galvanisierbad
befördert werden,
wobei die Fördereinrichtung
durch ein Transportband gebildet ist, das die Gegenstände fixiert
und teilweise, dort wo sie nicht beschichtet werden sollen, abdeckt.
Dort wird demnach gezielt ein zu beschichtender Gegenstand durch
ein Elektrolytbad bewegt, wobei sich dadurch, dass der Gegenstand gehalten
werden muß,
in gewollter Weise ein nicht beschichteter Bereich auf dem Gegenstand
ergibt.
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Aus der schweizerischen Patentschrift
Nr. 49909 ist eine Galvanisiervorrichtung zum Galvanisieren von
metallischen Röhren,
Stäben
und dergleichen bekannt, wobei insbesondere bei Röhren sowohl
die Innen- als auch die Außenseiten
zu beschichten sind und wobei eine Tragvorrichtung für die zu
be schichtenden Gegenstände
durch endlose Ketten gebildet ist, die Ringe zum Einlegen von Röhren oder
Stäben
aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Beschichtung von eine durchgehende Öffnung aufweisenden
Gegenständen,
insbesondere von toroidförmigen
Körpern,
mit einer Tragvorrichtung.
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Die Aufgabe, eine Tragvorrichtung
für eine derartige
Vorrichtung so auszubilden, dass die zu beschichtenden Gegenstände einerseits
leicht gehandhabt werden können,
andererseits mit möglichst gleichbleibender
Schichtdicke und ohne das Auftreten unbeschichteter Oberflächenbereiche
bearbeitet werden können,
wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Tragvorrichtung wenigstens einen Tragkörper aufweist, auf den ein
zu beschichtender Gegenstand in einer Aufschubrichtung derart aufschiebbar
ist, dass der Tragkörper
die durchgehende Öffnung
mit Spiel durchsetzt und dass der Tragkörper mit einem Antrieb verbunden
ist, der diesen um eine im wesentlichen parallel zur Aufschubrichtung
verlaufende Antriebsachse dreht.
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Gleichwohl, ob es sich um eine Galvanisieranlage
oder eine Pulverbeschichtungsanlage oder ein Tauchbad handelt, können die
zu beschichtenden Gegenstände
leicht auf den Tragkörper
aufgeschoben werden, da ihre durchgehende Öffnung größer ist, als der Tragkörper und
so werden die Gegenstände
auf dem Tragkörper
aufgehängt.
Während
der Beschichtung wird der Tragkörper
derart gedreht, dass er sich in der durchgehenden Öffnung des
Gegenstandes gegenüber
diesem wegdreht und somit den Auflagebereich des zu beschichtenden
Gegenstandes auf dem Tragkörper ändert. Der
zu beschichtende Körper
kann sich gegebenenfalls mitdrehen oder auch ohne Drehung stehen
bleiben, jedenfalls wird sich während
der Beschichtung kein gleich bleibender Kontaktpunkt zwischen dem
Tragkörper
der Tragvorrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand ergeben,
so dass das Auftreten unbeschichteter Oberflächenbereiche auf dem Gegenstand
vermieden wird. Gleichzeitig wird durch die Drehung des Tragkörpers eine
Bewegung des zu beschichtenden Gegenstandes während der Beschichtung bewirkt,
die zu einer erhöhten
Gleichmäßigkeit
der Beschichtung beiträgt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung sieht vor, dass die Antriebsachse außerhalb der durchgehenden Öffnung verläuft.
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In dem Fall, dass die Antriebsachse
außerhalb
der durchgehenden Öffnung
verläuft,
ergibt sich für
den Tragkörper
eine Schwenkbewegung, die in der Folge zu einer entsprechenden Schwenkbewegung
des zu beschichtenden Gegenstandes führt. Dadurch ergibt sich gegenüber einer
die durchgehende Öffnung
durchsetzenden Antriebsachse eine weitläufigere Bewegung des zu beschichtenden
Gegenstandes während
des Beschichtungsvorganges, die ebenfalls zu einer Vergleichmäßigung der Schichtdicke
beiträgt,
da alle Oberflächenbereiche des
zu beschichtenden Gegenstandes nacheinander verschiedensten Beschichtungsbedingungen
ausgesetzt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, dass der bzw. die Tragkörper eine Stange ist bzw. Stangen
sind.
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Auf eine Stange können die zu beschichtenden
Gegenstände
leicht in Aufschubrichtung aufgeschoben werden und sie können längs der
Stange an verschiedenen Punkten aufgehängt werden. Dadurch lassen
sich auch mehrere zu beschichtende Gegenstände auf einer einzigen Stange
unterbringen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, dass die Stange/n im Querschnitt mehreckig,
insbesondere dreieckig oder viereckig ist/sind.
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Wenn ein mehreckiger Querschnitt
einer derartigen Stange gewählt
wird, dann ist der Auflagebereich des zu beschichtenden Körpers auf
der Stange im wesentlichen punkt- oder linienförmig, so dass zunächst jeweils
nur ein sehr kleiner Bereich durch das Anliegen an der Stange nicht
dem Beschichtungswerkstoff ausgesetzt ist. Durch das Drehen beziehungsweise
Schwenken der Stange werden die verschiedenen Kanten der Stange
nacheinander die Auflage für
die zu beschichtenden Körper
bilden und durch die Relativbewegung zwischen der Stange und den
zu beschichtenden Gegenständen
wird sich auch der Auflagebereich der Gegenstände nach und nach verschieben.
Auf diese Weise werden im Laufe der Beschichtung alle Bereiche,
auch die Wandung der durchgehenden Öffnung der zu beschichtenden Gegenstände zuverlässig beschichtet.
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Es kann auch sein, dass die Stange/n
im Querschnitt elliptisch oder kreisrund ist/sind.
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In diesem Fall kann bei einer Drehung
der Stange um die Aufschubrichtung diese quasi an der Innenfläche der
durchgehenden Ausnehmung abrollen und somit den zu beschichtenden
Gegenstand nach Art eines Planetengetriebes rotatorisch antreiben.
Auch durch diese Maßnahme
verschiebt sich der Auflagebereich des/der zu beschichtenden Gegenstandes/Gegenstände auf
der Stange.
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Weiterhin kann/können die Stange/n eine makroskopisch
raube Oberfläche
aufweisen.
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Durch die makroskopisch raube Oberfläche ist
die Übertragung
der Drehbewegung von der Stange auf die zu beschichtenden Gegenstände effektiver gestaltet.
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Wenn es sich bei der Beschichtung
nicht um eine Galvanisierung handelt und somit kein elektrischer
Kontakt zwischen den Tragkörpern
und den zu beschichtenden Gegenständen notwendig ist, können die
Tragkörper
auch mit gummiartigen Stoffen überzogen
sein, um somit eine erhöhte
Reibung zu den zu beschichtenden Gegenständen zu erzeugen.
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Ansonsten kann vorgesehen werden,
dass die Stange/n Längsriefen
aufweist/aufweisen. Auch hierdurch kann eine erhöhte Reibung zwischen den Tragkörpern und
den Gegenständen
erzeugt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es wenn
die Stange/n ein Außengewinde
aufweist/aufweisen. Das ist deshalb der Fall, weil Stangen mit einem
Außengewinde
in industriellem Maßstab
und sehr kostengünstig
hergestellt werden und somit nicht besonders präpariert zu werden brauchen,
wobei durch das Außengewinde
bereits eine aufgerauhte Oberfläche
der Stangen zur Verfügung
steht. Außerdem
können
die Stangen mit dem Außengewinde
besonders einfach in einem anderen Teil der Tragvorrichtung befestigt und
beispielsweise mit dem Antrieb verbunden werden.
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Dabei können auf die Stange/n zur Trennung mehrerer
Gegenstände
Schraubenmuttern aufgeschraubt werden. Es steht dann jeweils der
Raum zwischen zwei Schraubenmuttern zur Aufnahme eines zu beschichtenden
Gegenstandes zur Verfügung.
Es kann dabei auch vorgesehen sein, statt jeweils einer Mutter zur Trennung
zweier Gegenstände jeweils
zwei Schraubenmuttern gegeneinander zu kontern, um deren Position
auf der mit dem Außengewinde
versehenen Stange zu sichern.
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Außerdem kann/können die
Stange/n magnetisch sein. Durch eine magnetische Ausgestaltung ist
es zumindest möglich,
solche Gegenstände,
die ebenfalls magnetisch sind, besonders fest an die Tragkörper/Stangen
anzuziehen, so dass dort durch einen erhöhten Kontaktdruck eine gute
Führung
des Stromes möglich
ist, sofern eine galvanische Beschichtung gewünscht ist. Ansonsten kann auch durch
Veränderung
der magnetischen Eigenschaften der Tragkörper während der Beschichtung eine
veränderliche
Kraft auf die zu beschichtenden Gegenstände ausgeübt werden, die zu einer Relativbewegung
der Gegenstände
zu den Tragkörpern
und dadurch zu einer Änderung
des Auflagebereichs auf den Tragkörpern führt. Auch hierdurch kann der
Effekt unterstützt
werden, dass alle Oberflächenbereiche
der zu beschichtenden Gegenstände
gleichmäßig beschichtet
werden.
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Die Vorrichtung kann konkret beispielsweise so
ausgestaltet sein, dass die Tragvorrichtung eine Tragscheibe aufweist,
die um eine zentrale Antriebsachse drehbar ist und die außerhalb
der zentralen Antriebsachse und von dieser beabstandet eine oder mehrere
Stangen trägt,
die senkrecht zu der Tragscheibe und im wesentlichen horizontal
verlaufen. Eine Tragscheibe wird dann um eine senkrecht zu dieser
stehende Zentrale Antriebsachse gedreht, wobei die einzelnen Stangen
trommelartig senkrecht von der Tragscheibe abstehen und in dieser
befestigt sind. Während
des Beschichtungsvorganges liegen die einzelnen Stangen horizontal
und auch die Antriebsachse der Tragscheibe ist horizontal ausgerichtet.
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Dabei kann vorgesehen werden, dass
mehrere Stangen im Querschnitt betrachtet auf dem Umfang eines Kreises
um die Antriebsachse gleichmäßig verteilt
sind.
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Dadurch wird eine Vergleichmäßigung des Beschichtungsvorganges
erreicht, wobei sichergestellt sein muss, dass die einzelnen Stangen
weit genug voneinander beabstandet sind, so dass die zu beschichtenden
Gegenstände
jeweils auf einer Stange lagern und die übrigen Stangen und auch die übrigen Gegenstände nicht
berühren.
Eine symetrische Anordnung der Stangen auf der Tragscheibe verhindert
bei gleichmäßiger Beladung
der einzelnen Stangen auch eine Unwucht beim Drehen der Tragscheibe.
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Zur Vervollständigung der Beschichtungsvorrichtung
ist vorgesehen, dass die Tragscheibe mit der/den Stange/n in einem
mit einem Fluid füllbaren Behälter angeordnet
ist.
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Beispielsweise kann die Tragscheibe,
senkrecht stehend zusammen mit den horizontalen Stangen von oben
in eine mit einem Fluid gefüllte
Wanne abgesenkt werden und dort mittels des Antriebs in Drehung
versetzt werden.
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Vorteilhaft kann auch vorgesehen
werden, dass die Beschichtungsvorrichtung als Galvanisiervorrichtung
ausgebildet ist, wobei die Tragvorrichtung elektrisch leitend ausgebildet,
mit einer Kathode verbindbar ist und in einen Elektrolyten einbringbar ist,
in dem auch eine Anode vorgesehen ist. In dieser Anordnung ist die
Beschichtungsvorrichtung zum Galvanisieren von Gegenständen geeignet.
Die Kathode wird dabei jeweils von den zu beschichtenden Gegenständen gebildet,
die mittels der elektrisch leitenden Stangen mit der ebenfalls leitenden
Tragscheibe verbunden sind. Diese ist mit einer Spannungsquelle
verbunden, deren anderer Pol mit Anoden verbunden ist, die ebenfalls
in dem Behälter
angeordnet sind.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf
ein Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstandes, der eine durchgehende Öffnung aufweist,
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei der Gegenstand auf einen Tragkörper aufgeschoben und mittels der
Tragvorrichtung in einem Fluid so lange bewegt wird, bis er in dem
gewünschten
Oberflächenbereich beschichtet
ist.
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Dabei kann außerdem vorgesehen sein, dass
die Geschwindigkeit des Antriebes während der Beschichtung wenigstens
einmal, insbesondere ruckartig, geändert wird, um eine Verdrehung
zwischen dem/den Tragkörper/n
und dem/den Gegenstand/Gegenständen
zu erreichen.
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Durch das beschriebene Verfahren
ist eine gleichmäßige Beschichtung
aller Oberflächenbereiche
der zu beschichtenden Gegenstände
gewährleistet
und das Auftreten von unbeschichtet bleibenden Bereichen zuverlässig verhindert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in den Figuren der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 schematisch
die Beschichtungsvorrichtung in einer Seitenansicht,
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2 in
einer Draufsicht die Tragscheibe mit Tragkörpern,
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3 im
Querschnitt einen Tragkörper
und einen zu beschichtenden Gegenstand,
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4 im
Querschnitt einen anders gestalteten Tragkörper mit einem zu beschichtenden
Gegenstand,
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5 und 6 jeweils einen Tragkörper im Querschnitt.
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Die 1 zeigt
eine Tragvorrichtung mit einer Tragscheibe 1, die senkrecht
steht und um eine Antriebsachse 2 drehbar ist. Die Tragscheibe 1 besteht
aus einem elektrisch leitenden, metallischen Kern 3 und
ist an ihrer Außenseite
mit einer isolierenden Schicht 4 überzogen. Die Tragscheibe 1 ist
mittels einer Schraubverbindung 5 elektrisch leitend mit einer
Tragschiene 6 verbunden, die ihrerseits leitend über eine
Leitung 7 mit dem Minuspol einer Spannungsquelle 8 verbunden
ist.
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An der Tragscheibe sind Tragkörper in
Form von Gewindestangen 9, 10 durch Einschrauben
befestigt. Die Gewindestangen 9, 10 verlaufen
parallel zu der Antriebsachse 2 und liegen horizontal.
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Auf einer Gewindestange 10 sind
beispielhaft aufgeschraubte Muttern 11 dargestellt, wobei
jeweils zwei Muttern gegeneinander gekontert sind, um sie auf der
Gewindestange in Längsrichtung
zu fixieren. Zwischen jeweils zwei Mutternpaaren sind zu beschichtende
Gegenstände 12, 13, 14 über die
Gewindestange geschoben und auf ihr aufgehängt. Diese Gegenstände 12, 13, 14 können beispielsweise
magnetische Ringe sein, wie sie bei der Kleinmotorenherstellung
verwendet werden und die galvanisch mit einer Antikorrosionsschicht
versehen werden sollen.
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Im Normalfall tragen während eines
Beschichtungsvorganges alle Gewindestangen jeweils eine Anzahl solcher
zu beschichtender Gegenstände.
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Auf der Gewindestange 9 ist
beispielhaft das Außengewinde
schematisch dargestellt, das sich auf allen dargestellten Stangen
befindet.
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In der Antriebsachse 2 liegt
ein Kegelzahnrad 15, das über eine Welle mit der Tragscheibe 1 verbunden
ist und das seinerseits durch ein zweites Kegelzahnrad 16 antreibbar
ist, wobei die Drehrichtung durch das Kegelzahnradgetriebe um 90° versetzt
wird. Das zweite Kegelzahnrad 16 ist mittels einer Welle 17 mit
einem nicht dargestellten Antriebsagregat, beispielsweise einem
Elektromotor oder einem Schrittmotor verbunden.
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Die Tragvorrichtung ist insgesamt
mittels der Schiene 6 in senkrechter Richtung verfahrbar
und somit in einen Behälter 18 herabfahrbar,
der mit einem Elektrolyten 19 bis zu dem Spiegel 20 gefüllt ist.
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An der Bodenseite 21 des
Behälters 18 sind drei
Anoden 22, 23, 24 angeordnet, die mit
dem Pluspol der Spannungsquelle 8 verbunden sind.
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Wird die Tragvorrichtung in den Behälter 18 abgesenkt,
so beginnt durch die anliegende Spannung über den Elektrolyten 19 ein
Strom zu fließen und
es setzen sich durch den Galvanisiereffekt Metallionen auf den zu
beschichtenden Gegenständen 12, 13, 14 ab,
die dort neutralisiert werden und anhaften.
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Gleichzeitig wird das Antriebsagregat
betätigt,
so dass die Tragscheibe 1 und mit ihr die Tragkörper 9, 10 gedreht
werden.
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Diese Drehbewegung ist in der 2 in einer stirnseitigen
Ansicht der Tragscheibe 1 gezeigt. Die Drehrichtung ist
dabei durch den Pfeil 25 angedeutet. Im einzelnen ist in
der 3 der zu beschichtende
toroidförmige
Gegenstand 14 gezeigt sowie die Gewindestange 10,
die ihn trägt.
Die Dreh-/Schwenkrichtung der Gewindestange 10 ist durch
den Pfeil 26 angedeutet. Diese Schwenkbewegung 26 resultiert
in einer Drehung der Gewindestange 10, die durch den Pfeil 27 angedeutet
ist. Bei einer Umdrehung der Tragscheibe 1 dreht sich die
Gewindestange 10 ein Mal um sich selbst.
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Durch diese Drehbewegung der Gewindestange
rollt die Gewindestange auf der Innenseite 28 des zu beschichtenden
Gegenstandes 14 ab, so dass der zu beschichtenden Körper 14 in
Richtung des Pfeiles 29 in Drehbewegung versetzt wird.
Durch diese Abrollbewegung des zu beschichtenden Gegenstandes 14 und
des Tragkörpers/der
Gewindestange 10 wird der Auflagepunkt, an dem der zu beschichtende
Gegenstand 14 auf dem Tragkörper 10 aufliegt,
ständig
verschoben.
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Hierdurch wird bewirkt, dass alle
Bereiche auf der Innenseite 28 des zu beschichtenden Gegenstandes 14 mit
dem Elektrolyten in Kontakt kommen, so dass eine gleichmäßige Beschichtungsdicke durch
den Galvanisierungsvorgang gewährleistet
ist.
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Zusätzlich kann die Gewindestange
magnetisch sein, so dass sie, falls der zu beschichtende Gegenstand 14 ebenfalls
magnetisch ist, diesen anzieht, um eine erhöhte Kontaktdruckkraft zu erzeugen,
wodurch der durch den zu beschichtenden Gegenstand 14 fließende Galvanisierstrom
bezüglich seiner
Stromstärke
vergrößert wird.
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Die 4 zeigt
eine ähnliche
Darstellung wie die 3,
wobei jedoch der Tragkörper 30 im
Querschnitt dreieckig ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich grundsätzlich ein
kleinerer Kontaktbereich zwischen dem Tragkörper 30 und dem zu
beschichtenden Gegenstand 14. Der Tragkörper 30 wird sich
auch in diesem Fall gegenüber
dem zu beschichtenden Gegenstand 14 drehen, so dass auch
dieser Auflagepunkt mit der Zeit verschoben wird.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein,
dass die Drehbewegung der Tragscheibe 1 ruckartig beschleunigt
und abgebremst wird, so dass die zu beschichtenden Gegenstände 14 gegenüber den
Gewindestangen 9, 10 auch ins Rutschen geraten.
Dies unterstützt
die stetige Änderung
des Auflagepunktes oder der Auflagelinie.
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In der 5 ist
ein Tragkörper 31 dargestellt, der
einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die 6 zeigt einen Tragkörper 32, der durch
Längsstege
beziehungsweise Längsriefen
eine erhöhte
Rauhigkeit aufweist.
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Konkretes Ausführungsbeispiel:
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Ein Metallring der Abmessungen Aussendurchmesser
= 29,8 mm, Innendurchmesser = 16,0 mm, Dicke = 2,5 mm wurde einmal
im herkömmlichen Trommelverfahren
und einmal im erfindungsgemäßen Verfahren
nickelgalvanisch beschichtet. Die Schichtdickenstreuung im Trommelprozeß betrug 14,5
bis 25,0 Mikrometer. Die Verteilung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
lag bei gleicher Amperestundenzahl zwischen 17,7 und 21,2 Mikrometer Schichtdicke
bezogen auf eine Stichprobe von 25 statistisch entnommenen Teilen.
Dabei wiesen die erfindungsgemäß hergestellten
Teile keine erkennbaren Haltepunkte/Auflagepunkte auf.
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Die Erfindung ist vorteilhaft beispielsweise bei
galvanisch beschichteten Dauermagnetringen beziehungsweise -röhrchen einsetzbar,
wie sie zum Beispiel für
Kleinmotoren, Magnetlager und ähnliches
benötigt
werden.
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Bei einem bevorzugten Beispiel eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Drehscheibe typisch mit 10 Umdrehungen pro Minute betrieben, denkbar
sind jedoch auch Drehzahlen zwischen 1 und 20 Umdrehungen pro Minute.