DE1933262C3 - Dosiergerät zur automatisch gesteuerten Konstanthaltung der Zusammensetzung elektrolytischer Bäder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dosiergerät zur automatisch gesteuerten Konstanthaltung der Zusammensetzung elektrolytischer Bäder, bei welchem die Zusätze dem Elektrolyten mittels einer Pumpe mengenrichtig hinzugegeben werden, die durch eine an einen in einer Stromzuführung für den Elektrolyten liegenden Meßwiderstand angeschlossenen Steuereinrichtung steuerbar ist.

Bei der elektrolytischen Metallabscheidung werden beispielsweise kathodisch Metallionen entladen, so daß der Elektrolyt in der Nähe der Kathoden an Metallionen verarmt In vielen Fällen, beispielsweise bei der S Abscheidung von Silber, Kupfer, Nickel oder Zink, werden Metallanoden gelöst und neue Metallionen gebildet so daß bei ausreichender Konvektion des Elektrolyten stets genügend Metallionen an die Kathode nachgeliefert werden. Bei der Abscheidung

ίο anderer Metalle, wie beispielsweise Chrom, Rhodium, Gold und Platin, verwendet man unlösliche Anoden. Die Metallionenkonzentration der Elektrolyte zur Abscheidung dieser Metalle würde daher im Laufe der Elektrolyse ständig abnehmen, wenn nicht regelmäßig

■S lösliche Metallsalze zugesetzt würden.

Während der Metallabscheidung finden kathodisch und anodisch Nebenreaktionen statt, so daß sich die Zusammensetzung des Elektrolyten durch Redox-Vorgänge zusätzlich verändert Ferner ist das Bearbeitungsgut mit Wasser benetzt, wenn es in die elektrolytischen Bäder eingehängt wird; bei der Entnahme wird hingegen Elektrolyt mit hinausgetragen. Durch eine unterschiedliche anodische und kathodische Stromausbeute werden ebenfalls Änderungen der Elektrolytzu-

*5 sammensetzung verursacht.

Die heute gebräuchlichen Bäder bestehen nicht nur aus Lösungen von Metall- und Leitsalzen, sondern sie enthalten außerdem vorwiegend organische Stoffe, die als Netzmittel, Glanzbildner, Einebner oder Mittel zur Erhöhung der Duktilität der Schichten wirksam sind. Diese sogenannten Elektrolytzusätze werden teilweise elektrolytisch zersetzt, kathodisch mit abgeschieden, anodisch oxydativ verändert, oder sie verhalten sich indifferent und werden durch das Bearbeitungsgut langsam ausgetragen.

Die Zusammensetzung elektrolytischer Bäder bleibt somit im Laufe der elektrolytischen Prozesse nicht konstant sondern ist einer ständigen Veränderung unterworfen, die sowohl die Konzentration der anorganischen als auch die der organischen Elektrolytbestandteile umfaßt.

Die Reaktionen an den Elektroden und die Eigenschaften der Schichten hängen im wesentlichen von der Elektrolytzusammensetzung ab. Daher ist es erforderlieh, die Konzentrationen der Elektrolytbestandteile innerhalb möglichst enger Grenzen konstant zu halten. Während der elektrolytischen Prozesse ist dementsprechend die Zugabe aller Chemikalien zum Elektrolyten erforderlich, die im Laufe der Elektrolyse einem Verbrauch oder einer chemischen bzw. elektrochemischen Veränderung unterliegen.

Weil man dem Elektrolyten nur im Ausnahmefall äußerlich ansieht, daß eine Ergänzung erforderlich ist, ergibt sich die Frage, nach welchen Gesichtspunkten die Chemikalien den Bädern zugegeben werden können. Die Zugabe zu großer Mengen an Zusätzen bzw. eine zu häufige Ergänzung führen zu erhöhten Chemikalienkosten, haben in vielen Fällen ungünstige Eigenschaften der Schichten zur Folge und ergeben somit schließlich Ausschuß. Werden dem Elektrolyten hingegen zu wenig Zusätze zugegeben oder erfolgt die Ergänzung nicht häufig genug, sind in vielen Fällen ebenfalls unbrauchbare Schichten die Folge.
Durch die DT-PS 10 46 436 ist eine Dosiervorrichtung bekanntgeworden, wie sie eingangs beschrieben ist, bei welcher elektrolytischen Bädern Zusätze kontinuierlich zugegeben werden, um die Konzentrationsschwankungen, die bei diskontinuierlichen Korrekturen der

Konzentration auftreten, zu vermeiden. Die Dosierung der Zusätze erfolgt in Abhängigkeit von dem stofflichen Umsatz der elektrochemischen Badreaktionen. Zu diesem Zweck sind Schleusen vorgesehen, durch welche die Zusätze von einem Vorratsbehälter kontinuierlich in das Bad einströmen. Die Schleusen werden durch einen elektrischen Antrieb betätigt, so daß der offene Querschnitt der Schleusen steuerbar ist Diese Dosiervorrichtung arbeitet nicht genügend feinfühlig und vermittelt keine lineare Abhängigkeit zwischen der >o Steuerung dct Schleusen und dem Badstrom.

Die FR-PS 11 36 304 beschreibt eine Vorrichtung zur Anzeige und zur Regelung der Konzentration eines Elektrolyten. Von einer in den Elektrolyten eingehängten Leitfähigkeitsmeßzelle wird hier ein Istwert eines is der Konzentration des Elektrolyten entsprechenden Stromes geliefert, der mit einem Sollwert verglichen wird. Bei einer Regelabweichung wird eine Einrichtung eingeschaltet, die die erforderliche Menge an Zusätzen zur Wiedergewinnung der geforderten Konzentration an den Elekrolyten abgibt Hier ist eine reine Regelung der Konzentration mittels einer Leitfähigkeitsmessung beschrieben, die nur auf Stoffe anwendbar ist, welche die Leitfähigkeit des Elektrolyten beeinflussen können.

Bei dem in der US-PS 33 69 987 beschriebenen Dosiergerät wird ein an einem in einer Stromzuführung eines Bades liegenden Widerstand (Shunt) erzeugter Spannungsabfall mittels eines Meßverstärkers verstärkt und auf einen elektronischen Integrator gegeben. Nach Durchsatz einer bestimmten Elektrizitätsmenge wird von diesem Integrator ein Impuls erzeugt, durch welchen ein Dosierorgan über ein ÄC-Glied für eine festeingestellte Zeitdauer angesteuert wird. Die Spannungs-Zeit-Kennlinie des elektronischen Integrators ist nur bei hohen Strömen linear und weicht im Kleinlastbereich wesentlich von der Linearität ab. Die Dosiergenauigkeit dieses bekannten Geräts wird daher mit sinkenden Stromstärken immer schlechter.

Durch die GB-PS 10 44 662 ist schließlich eine Dosiervorrichtung bekanntgeworden, bei welcher zur Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle das Übersetzungsverhältnis eines eine als Impulsgeber dienende Lochscheibe antreibenden Getriebes oder die Abmessungen dieser Lochscheibe verändert werden können. Auch ist es möglich, den Hub der verwendeten Dosierpumpe zu verstellen, um auf diese Weise die Menge der dem Elektrolyten hinzuzugebenden Materialien vorherbestimmen zu können. Beide Möglichkeiten zur Einstellung bzw. Veränderung der Dosiermenge erfordern aber einen Eingriff in die gesamte Vorrichtung, zum Teil unter Austausch von Teilen dieser Vorrichtung, und sind daher aufwendig. Eine Anpassung oder Veränderung der Dosiervorrichtung während des Betriebes ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosiergerät anzugeben, bei welchem die Zusätze dem Elektrolyten, unabhängig von der Höhe des Elektrolysestroms, in konstanten Zeitintervallen hinzugegeben werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Dosiergerät der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung aus zwei von einem Zeitgeber betätigten, mit dem Meßwiderstand verbundenen Umschaltern und zwei an die Umschalter angeschlossenen, wechselweise arbeitenden Vorrichtungen aufgebaut ist, welche in der einen Stellung der Umschalter den Elektrolysestrom über der Zeit integrieren und summieren und in der anderen Stellung die summierte Elektrizitätsmenge zurückzahlen, und daß bei jeder Betätigung der Umschaiter die Pumpe eingeschaltet und bei Beendigung der Rückzählung abgeschaltet wird.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Pumpe nur in der Häufigkeit eingeschaltet wird, wie es die zulässige Schwankungsbreite der Elektrolytzusammensetzung erlaubt, die von der elektrochemischen Elektrolytbelastung abhängt Die Pumpe wird relativ selten ein- und ausgeschaltet, so daß die an den Schaltvorgängen beteiligten Elemente nur relativ wenig beansprucht werden. Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Rückzählzeit der integrierenden und summierenden Vorrichtungen mit Hilfe eines Potentiometers stufenlos einstellbar, so daß eine Möglichkeit zur Anpassung der Dosierdauer an unterschiedliche Verhältnisse, wie bspw. unterschiedliche Strombelastungen, gegeben ist

Ein Ausführungsbeispiel der Dosiereinrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Blockschaltbild dargestellt

Mit J ist ein Gleichrichtersatz bezeichnet, welcher bspw. aus dem 50 Hz-Wechselstromnetz gespeist wird und als Gleichstromquelle für das Bad 2 dient. In einer der Stromzuführungen ist der Meßwiderstand 3 angeordnet an welchen die Steuereinrichtung 4 angeschlossen ist In der Steuereinrichtung 4 sind die an den Meßwiderstand angeschlossenen Umschalter 5 und 6, der aus dem Netzgerät 7 gespeiste als Synchronmotor 8 ausgebildete Zeitgeber, das Potentiometer 9 sowie die beiden als Meßmotoren 10 und 11 ausgebildeten integrierenden und summierenden Vorrichtungen mit dem Zählwerk 12 und den Endschaltern 18 und 19 angeordnet. Der Synchronmotor 8 sowie die Meßmotoren 10 und 11 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Einfachheit halber gewählt. Gemäß weiteren Gedanken der Erfindung ist es aber genauso gut möglich, den Zeitgeber als elektronisches Elerr.ent bspw. als WC-Glied, und die integrierenden und summierenden Vorrichtungen als elektronische Zähler auszubilden. Auch können statt der dargestellten Umschalter Relais oder elektronische Schalter, bspw. Transistoren, eingesetzt werden. Falls es erforderlich ist, kann zwischen dem Meßwiderstand und den Umschaltern noch ein Verstärker angeordnet sein.

Die Pumpe 13 wird von einem Elektromotor 14 betrieben und ist bspw. als Kolbenmembranpumpe ausgebildet. Sie kann jedoch auch als magnetische Pumpe ausgeführt sein, wobei dann der Elektromotor 14 entfallen kann. Die Pumpe 13 fördert die Zusätze aus dem Vorratsbehälter 15 über das Drosselventil 16 in den Elektrolyten des Bades 2, und zwar nach Möglichkeit hinter dem Filtergerät 17, um eine intensive Vermischung des Elektrolyten mit den Zusätzen zu gewährleisten.

Die Wirkungsweise des Dosiergerätes nach der Erfindung ist folgende:

Nachdem der Gleichrichter 1 eingeschaltet ist fließt über den Meßwiderstand 3 der Elektrolysestrom. Gleichzeitig mit dem Dosiergerät wird der Synchronmotor 8 in Betrieb gesetzt, welcher direkt oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe die Umschalter 5 und 6 betätigt, und zwar derart, daß beispielsweise alle fünfzehn Minuten eine Umschaltung stattfindet. An die Umschalter 5 und 6 sind nun andererseits die Meßmotoren 10 und 11 angeschlossen, welche somit durch die Umschalter einerseits an die am Meßwiderstand 3 anliegende Spannung und andererseits an das

Potentiometer 9 angeschlossen und bei jeder Umschaltung umgepolt werden. Während also der eine Meßmotor vorläuft und dabei die über den Meßwiderstand 3 fließende Elektrizitätsmenge integriert und summiert, läuft der andere entgegengesetzt, also im Rücklauf. Auf den Wellen beider Meßmotoren ist jeweils ein der Einfachheit halber nicht dargestellter Nocken angebracht, welcher einen der Endschalter 18 oder 19 betätigt.

Es sei angenommen, daß bei einer gerade vorgenommenen Umschaltung der Umschalter 5 und 6, der Meßmotor 10 in der Vorwärtsrichtung zu laufen beginnt, während gleichzeitig der Meßmotor II, der vor der Umschaltung vorgelaufen war, jetzt rückläuft. Der Meßmotor 10 nimmt dabei seinen Nocken mit, so daß der entsprechende Endschalter te geöffnet und somit gleichzeitig mit dem Umschaltvorgang der die Pumpe 13 antreibende Elektromotor 14 eingeschaltet wird.

Wenn, wie schon weiter oben erwähnt, alle fünfzehn Minuten eine Umschaltung erfolgt, läuft der Meßmotor 10 dann fünfzehn Minuten lang vorwärts und der Nocken legt einen der in dieser Zeit über den Meßwiderstand 3 geflossenen Elektrizitätsmenge proportionalen Weg zurück. Die Rücklaufzeit des Meßmotors 11 darf jedoch keine fünfzehn Minuten betragen, da sonst eine Dauerdosierung stattfände. Zur Einstellung dieser Rücklaufzeit sind der Gleichstromteil des Netzgerätes 7 und das Potentiometer 9 vorgesehen. Un bei dem gewählten Beispiel von fünfzehn Minuten zi bleiben, wird die RUcklaufzeit des Meßmotors 11 au maximal zwölf Minuten, d. h. auf maximal 80% dei Vorlaufzeit eingestellt. Nach diesen zwölf Minuter erreicht der Nocken des Meßmotors 11 den Endschaltei 19, welcher dann geschlossen wird und dementspre chend den Elektromotor 14 abschaltet. Dieser eber geschilderte Vorgang gilt ebenso umgekehrt, so da[ abwechselnd der eine Meßmotor vor- und der andere rUckläuft bzw. steht. Das Umschaltintervall vor fünfzehn Minuten ist nur als Beispiel anzusehen; es kanr letzten Endes beliebig gewählt werden.

Die Rücklaufzeit der Meßmotoren soll maximal 80°/c der Vorlaufzeit betragen, damit auch beim Überschrei ten des Nennstroms keine Dauerdosierung eintreter kann. Eine größere Sicherheit als 20% ist nichi erforderlich, da die im Gleichrichtersatz 1 angeordneter Gleichrichter als Stromquelle nur begrenzt bis etwa K bis 15% überlastbar sind.

Um gemäß einem weiteren Erfindungsgedanker neben der Dosierung gleichzeitig eine Anzeige dei geflossenen Elektrizitätsmengen zu erhalten, ist da; Zählwerk 12 vorgesehen, welches für beide Meßmotoren 10 und 11 gemeinsam ist und von diesen jeweils be Vorlauf angetrieben wird. Beim rücklauf der Meßmotoren ist am Zählwerk eine Rücklaufsperre angebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Dosiergerät zur automatisch gesteuerten Konstanthaltung der Zusammensetzung elektrolytischer Bäder, bei welchem die Zusätze dem Elektrolyten mittels einer Pumpe mengenrichtig hinzugegeben werden, die durch eine an einen in einer Stromzuführung für den Elektrolyten liegenden Meßwiderstand angeschlossenen Steuereinrichtung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (4) aus zwei von einem Zeitgeber betätigten, mit dem Meßwiderstand (3) verbundenen Umschalter (S, 6) und zwei an die Umschalter angeschlossenen, wechselweise arbeitenden Vonichtungen aufgebaut ist, welche in der einen Stellung der Umschalter den Elektrolysestrom über der Zeii integrieren und summieren und in der anderen Stellung die summierte Elektrizitätsmenge zurückzahlen, und daß bei jeder Betätigung der Umschalter die Pumpe (13) eingeschaltet und bei Beendigung der Rückzählung abgeschaltet wird.

2. Dosiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber als Synchronmotor (8) ausgebildet ist

3. Dosiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber als elektronisches Element, bspw. als RC-GYied, ausgebildet ist

4. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Umschalter (5, 6) als elektromechanische Schalter, bspw. als Relais, ausgebildet sind.

5. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter (5, 6) als elektronische Schalter, bspw. als Transistoren, ausgebildet sind.

6. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen als reversierbare Meßmotoren (10, ti) ausgebildet sind, auf deren Wellen je ein einen Endschalter (18, 19) betätigender Nocken angebracht ist, durch welche die Pumpe (13) beim Anschlag an die Endschalter abgeschaltet wird.

7. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen als elektronische Zähler ausgebildet sind.

8. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückzählzeit der Vorrichtung mittels eines Potentiometers (9) stufenlos einstellbar ist.

9. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückzählzeit der Vorrichtungen maximal 80% der Integrier- und Summierzeit beträgt

10. Dosiergerät nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Vorrichtungen auf ein gemeinsames Zählwerk (12) wirken.