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Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines metallischen Uberzuges
auf Metallwaren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden
metallischer ueberzüge auf Metaliwaren, welche zum Abscheiden in wechselnden Mengen
jeweils in Automatenzellen behandelt werden.
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Um die vielfältigen Aufgaben, die sich bei der Oberflächenveredlung
von Metallwaren stellen, optimal lösen zu können, geht man in der Galvanotechnik
in zunehmendem Umfang dazu über, das Abscheiden der Oberflächenüberzüge in sog.
Automatenzellen vorzunehmen, wobei ein gesteuerter Gleichrichter die Zelle einspeist
und den nötigen Abscheidstrom liefert. Bisher wurden Metallwaren in größerer Anzahl
und mit stets gleichbleibender Oberflächengröße innerhalb einer Charge, ggf. auch
korbweise in Iangbädern behandelt. Im Unterschied hierzu wird in einer Automatenzelle
jeweils immer nur in einem Korb Metaliware eingefahren, anschließend behandelt und
wieder herausgefahren, wobei die Menge an Ware von Korb zu Korb variieren kann.
Die Automatenzelle ist am günstigsten ausgenutzt, wenn die Vberzüge mit einer gewunscht-en
Schichtdicke in kürzester Zeit abgeschieden werden.
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Dazu wird mit bestimmten Stromdichten in Abhängigkeit von dem aufzubringenden
Überzug sowie von verschiedenen Badeigenschaften gefahren
Werden
Bäder mit Waren gleicher Oberfläche beschickt, so ist es zweckmäßig, den Abscheidstrom
konstant zu regeln Die abgeschiedene Schichtdicke ist dann bekanntlich der Abscheidzeitdauer
(Expositionszeit) proportio-nals Die günstig ste Stromdichte hängt jeweils ab von
der Beschaffenheit der Warenoberfläche und der gevunschten Qualität des Sberzuges.
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Im Vergleich zu älteren Verfahren konnte inzwischen mit sog.
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Hochleistungsbädern die Arbeitsstromdichte erheblich erhöht werden
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Qutomatenzellen beim Abscheiden mit
konstantgeregeltem Abscheidstrom günstig ausgenutzt sind, wenn von der Ware in jedem
Korb die Größe der Warenoberfläche bekannt ist. Diese soll in einem Test unmittelbar
vor der Exposi-tion ermittelt und daraus die erforderliche Abscheidstromstärke vorgegeben
werden. Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Stromstärke unter Berücksichtigung
der zweckmäßigen Stromdichte zu ermitteln und sie während des Abscheidens durch
Regelung der Gleichstromversorgungseinrichtung einzustellen und konstant zu halten
und auch die erforderliche ETpositionszeit entsprechend der gewünschten Schichtdicke
des überzuges durch Einschalten eines Zeitgliedes festzulegen.
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Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß zuerst
die Ware stromlos in die Zelle eingeführt u-nd sodann die Größe der Warenoberfläche
dadurch erfaßt wird, daß die Ware kurzzeitig auf ein gegenüber der Bezugselektrode
aus reichend höheres Prüfpotential gebracht wird, das ein gesonderter Gleichrichter
liefert, und die dabei sich einstellende Prü£tstromstärke als analoge Information
über die Größe der Oberfläche dient, welche zusammen mit einer Stellgröße, die analog
der Jeweils gewünschten Abscheidstromdichte vorgegeben wird eine dem Produkt das
Warenoberfläche und Stromdichte analoge Größe bildet und das Sollwertsignal für
die von einem Galvanikgleichrichter gelieferte konstant zu regelnde Äbscheidstromstärke
darstellt, und daß mit Hilfe eines Zeitgliedes
die Expositionszeit
vorgegeben wird, das soll Erfassung der Größe der Warenoberfläche das Sollwertsignal
auf den Steuerteil des Galvanikgleichrichters schaltet und an Ende der Expositnonszeit
vom- Steuerteil wegnimmt, oder daß die Expositionszeit durch eine der gewünschten
Schichtdicke des Überzu-es analoge elektrische Größe und durch die Stellgröße, welche
der Abscheidstro-dichte entspricht, analog vorgegeben wird und als solche das Zuschalten
und Wegnehmen des Sollwertsignales am Gleichrichtersteuerteil zeitgerecht steuert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung im einzelnen dadurch
weiter ausgebildet, daß die beim Prüfen der Warenoberfläche mit Hilfe des gesonderten
Gleichrichters sich einstellende Prüfstromstärke durch ein L'eßglied in einen Meßstrotnkreis,
bestehend aus einen Strommeßinstrument, welches den Prüfstrom erfaßt und die Oberflächengröße
der Ware snzeigb, unWeinem Spannungsteiler mit einem PotentioLqeter, das analog
der vorzugebenden Abscheidstromdichte verstellt werden kann, übertragen und am Potentiometer
in eine dem Sollwertsignal für die konstant zu regelnde Abscheidstromstärke proportionale
Meßspannung gewandelt wird, daß ferner diese Meßspannung durch Einstellen eines
weiteren Potentiometers in eine entsPrechende Stellposition dadurch fixiert und
gespeichert wird, daß an diesem Potentiometer eine Gleichspannung abgegriffen und
der Meßspannung gegengeschaltet ist, die durch Verstellen des Potentiometers mittels
eines Stellmotors über ein Untersetzungsgetriebe auf die Größe der Meßspannung eingestellt
wird, wobei die Differenz der Gleich- und Meßspannung einem Dreipunktregler mit
zwei Transistorrelais zugeführt ist, welcher die Verstellbewegung des Stellmotors
steuert und nach dem Einstellen des Potentiometers auf die Größe der Meßspannung
bzw. die entsprechende Größe des Sollwertsignales das Zeitglied zum Schalten dieses
Signales an den Steuerteil des Galvanikgleichrichters vorbereitet.
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Um die ldrenoberfläche in einer möglichst kurzen Prüfzeit zu erfassen
und den Abscheidstrom mit hoher Regelgesonwnndigkeit auf den jeweils vorgegebenen
Sollwert konstant zu halten, sieht die Erfindung die Verwendung von mit Thyristoren
aufgebauten gesteuerten Gleichrichtern vor. Der Galvanikgleichrichter liefert den
Abscheidstrom in Form eines zelbbegrenzben Stromblockes von der Dauer der vorgegebenen
Expositionszeit und mit der vorgegebenen Konstantstromsbärke. Desgleichen liefert
der gesonderte Gleichrichter das Prüfpotential zur Erfassung der Oberflächengröße
in Form eines kurzzeitigen Gleichspannungsimpulses, wobei der Gleichrichter als
Wons-tantspannungsquelle arbeitet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben.
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Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung für die Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung. Figur 2 zeigt ebenfalls als Blockschaltbild
die Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In beiden
Figuren sind gleiche Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Gleichrichter 2, welcherdie Automatenzelle Z einspeist, ist ein
mit Thyristoren aufgebauter Galvanikgleichrichter bekannter Art, der beispielsweise
für eine Betriebsspannung U2 von 18 Volt und eine Betriebsstromstärke I2 von 5000
A ausgelegt sein kann. Die Thyristoren sind auf der Primärseite des Transformators
in Drehstromstellerschaltung angeordnet und werden von einem Steuergerät St2 bekannter
Ausführung gesteuert.
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Der Galvanikgleichrichter 2 kann in bekannter Weise umschaltDar zwischen
Konstant spannungs- und Konstants-trombetrieb ausgelegt sein, derart, daß der Gleichrichter
bei Konstantspannungsbetrieb eine geringe Leistung hat und zur Erfassung der Warenoberfläche
F eine entsprechend kleine Prüfspannung U1 abgibt. Es kann auch ein gesonderter
Gleichrichter 1 vorgesehen werden, welcher eine Prüfspannung U1 liefert.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läuft nach dem folgenden Konzept
ab: Zuerst wird die Ware, die in einem Korb hängt, in das Zellenbad Z voll eingefahren,
um in einem Test die tJarenqberfläche F zu ermitteln. Ein gesonderter Gleichrichter
1 liefert hierfür eine konstante Prüfspannung U1. Die Größe dieser Prüf--gleichspannung
kann vorgewählt werden. Beim Einschalten des Gleichrichters 1 wird die Prüfspannung
U1 als kurzer Spannungsimpuls zwischen eingefahrener Ware ünd einer Bezugselektrode
angelegt. Dabei tritt eine Stromstärke Ii auf, welche gemäß Fig. 1 meßtechnisch
durch einen Meßwandler W in einen Meßstromkreis übertragen wird. Die Höhe des Stromstoßes
ist erfahrungsgemäß der Warenoberfläche ziemlich genau proportional. Ein Strommeßinstrument,
das zusarnmen mit einem Spannungsteiler, bestehend aus einem Potentiometer P1 und
einem Vorwiderstand RV1 im Meßstromkreis liegt, kann daher so geeicht sein, daß
sein Ausschlag, den der übertragene Strom verursacht, die Größe der lfarenoberfläche
anzeigt. Am Potentiometer P1, dessen Widerstandswert analog der beim Abscheiden
an der Warenoberfläche gewünschten Stromdichte S eingestellt ist, erzeugt der übertragene
Strom 11 eine Meßspannung Usall vP1 I1, welcher dem Produkt aus F und S, d. h.
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der benötigten Abscheidstromstärke 12, die der Galvanikgleichrichter
2 liefert, proportional ist. Diese Heßspannung U5011 dient als Sollwertsignal für
die Stromstärke I2soll bei welcher der Abscheidstrom 12 konstant geregelt werden
soll, und ist dem Steuerteil St2 des Gleichrichters 2 zugeführt. Da F und 12soll
wie erläutert vor dem Einschalten des Gleichrichters 2 ermittelt werden, wird der
ermittelte Wert von 12soll zur Sollwertvorgabe in einem mit 4 bezeichneten Geräteteil
gespeichert und unverändert erhalten. Nachdem 12soll ermittelt ist, wird ein Zeitglied
3 in Lauf gesetzt, mit dem die Expositionsdauer tE vorgegeben werden kann. Das Zeitglied
betätigt ein Schaltmittel 5, welches beim Öffnen des Sollwertsignales 12Soll an
das Steuerteil St2 des Gleichrichters 2 schaltet und diesen einschaltet und das
beim Schließen das Signal vom Steuerteil wegnimmt und dabei den Gleichrichter abschaltet.
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Wird von Korboharge zu Korbcharge Metallware unterschiedlichen Materials
gefahren, so kann nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung die erforderliche
Expositionedauer durch die jeweils gewünschte Abscheidschichtdicke D vorgegeben
werden. Das kann mittels eines gesonderten Meßstromkreises, der ebenso wie der oben
beschriebene Meßstromkreis aufgebaut ist, vorgenommen werden, indem ein Konstantstrom,
umgekehrt proportional der gewünschten Schichtdicke D, in diesen eingespeist wird
und das Potentiometer seines Spannungsteilers ebenso wie das Potentiometer P1 analog
dem beim Abscheiden gewünschten Stromdichtewert S eingestellt ist. Zweckmäßig werden
diese Potentiometer mit Hilfe einer geeigneten Stellvorrichtung gemeinsam eingestellt.
Die einzuspeisende Stromstärke wird unter Zuhilfenahme eines Strommeßinstrumentes,
dessen Skala mit einem Eichfaktor A (X=elektrochemisches Äquivalent, n=Wertigkeit
des Elektrolyten, C=Coulomb-Konstante) -in Werten der Schichtdicke D geeicht ist,
entsprechend der gewünschen Schichtdicke eingestellt. Bei dieser Stromstärke entsteht
am Potentiometer des Meßstromkreises eine Heßspannung, S. Ä welche das Produkt analog
nachbildet. Wegen der Beziehung nCD D = nC ist dieses Produkt der Expositionszeit
tB umgekehrt proportional. Es kann daher die Meßspannung nach bekannten Schaltungstechniken
zur Eingabe der Expositionszelt im Zeitglied 3 herangezogen werden. Die Schaltungsausführung
des Geräteteiles 4 zum Speichern des ermittelten Stromsollwertes I2soll für die
Sollwertvorgabe im.Gleichrichtersteuerteil St2 geht im einzelnen aus Fig. 2 hervor.
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Das als Meßspannung U5011 ermittelte Sollwert signal zur Vorgabe
des Stromsollwertes I2soll wird durch Einstellen des Potentiometers P2 in eine bestimmte
Stellposition P5011 in der Weise fixiert und gespeichert, daß an diesem Potentiometer
eine mit der Stellposition veränderbare Gleichspannung abgegriffen und der Meßspannung
U5011 gegengeschaltet ist und das Potentiometer so verstellt wird, daß die Differenz
beider Spannungen verschwindet Die Differenzsp'nnung steuert einen Dreipunktregler
4', welcher mit zwei Transistorrelais aufgebaut ist. Dieser Ziegler seinerseits
steuert die Verstellbewegung eines Stellmotors M, welcher das Potentiometer P2
verstellt.
Bin Konstantspannungsgleichricllter 42 versorgt den Stellmotor M und das Potentioneter
P2 mit Gleichspannung.
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Sobald am Eingang des Dreipumktreglers 41 die Differenzspannung verschwunden
und das Sollwertsignal fixiert ist, gibt der Dreipunktregler ein elektrisches Signal
an das Zeitglied 3. Dieses betätigt sodann das Schaltmittel 5 in der oben beschriebenen
Weise, wofür die Dositionszeit vorher in das Zeitglied eingegeben wird. Es können
ferner noch ein Konstantspannungsgleichrichter 43 und ein weiteres Potentiometer
P12 vorgesehen werden, das gleichzeitig mit dem Potentiometer P2 verstellt wird,
so daß das Sollwertsignal für das Steuerteil St2 auch durch die Stellposition des
Potentiometers P'2 fixiert ist.
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Das Signal kann dann am Potentiometer P'2 anstelle des Potentiometers
P2 abgegriffen und direkt an-das Steuerteil St2 geschaltet werden, so daß das Potentiometer
P2 belastungsfrei wird.
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7 Seiten Beschreibung 3 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen