DE19822196A1 - Verfahren zur selektiven, bereichsweisen Beschichtung metallischer Bauteile und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches die selektive bereichsweise Beschichtung metallischer Bauteile ermöglicht, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Teilbeschichtung metallischer Bauteile in einfacher Weise und mit geringem Aufwand zu ermöglichen. Gelöst wird die Aufgabe, indem bei der in bekannter Weise verlaufenden Galvanisierung die Bauteile vollständig in das galvanische Bad eingetaucht und auch die nicht zu beschichtenden Bereiche der Bauelemente vom Elektrolyt umspült werden, wobei zur Verhinderung einer Ablagerung von Ionen die von der Beschichtung auszunehmenden Bereiche gegen das bei der Galvanisierung eingebrachte elektrische Feld elektrisch abgeschirmt werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dafür in dem galvanischen Bad Mittel angeordnet, welche die nicht zu beschichtenden Bereiche der Bauteile flächig oder in der Form eines Maschendrahtnetzes im Sinne eines Faradayschen Käfigs umschließen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches die selektive bereichsweise Beschichtung metallischer Bauteile ermöglicht. Im weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, metallische Bauelemente und Bauteile zur Veredelung oder zum Schutz ihrer Oberfläche in geeigneter Weise zu beschichten. Im allgemeinen wird hierfür ein galvanotechnisches Beschichtungsverfahren eingesetzt. Bei der allgemein angewandten elektrochemischen Abscheidung von Veredelungs- bzw. Schutzschichten werden die zu beschichtenden Bauteile als Elektroden in ein mit einem Elektrolyt gefülltes galvanisches Bad eingetaucht. Der Elektrolyt stellt eine wässrige Lösung von Metallsalzen dar, die beim Auflösen im Wasser dissoziieren. Durch das Einwirken des elektrischen Feldes bewegen sich die im Elektrolyt dissoziierten Ionen entsprechend ihrer Polarität zu der entgegengesetzt geladenen Elektrode. Die sich in Richtung der Bauteile, die als Elektroden dienen, bewegenden Ionen werden an diesen Bauteilen abgeschieden und bilden dabei die erwünschte Veredelungs- bzw. Schutzschicht. Es ist üblich, für diesen Zweck die mit den Bauteilen galvanisch gekoppelte Elektrode gleichzeitig als Bauteilaufnahme auszubilden.

Eine entsprechende Lösung ist beispielsweise aus der DE 44 19 984 bekannt. Als Elektrode und gleichzeitig Bauteilaufnahme dient gemäß dieser Schrift ein metallisches Galvanisiermagazin. Die zu beschichtenden Bauteile, in diesem Falle Kleinteile, werden in das metallische Magazin eingelegt und dort unter Ausbildung eines elektrisch leitenden Kontaktes fixiert. Entsprechend der dargestellten Lösung wird die komplette Oberfläche aller Bauteile durch den Galvanisierungsvorgang beschichtet.

In vielen Fällen ist jedoch eine Teilbeschichtung von Bauteilen erforderlich bzw. wünschenswert. So dürfen Teile von Lagern und Gelenkverbindungen, beispielsweise die Gelenkkugeln der Gelenkzapfen für Kugelgelenke, zur Erfüllung ihrer vorgesehenen Funktion nicht mit einer entsprechenden Schutzschicht versehen werden. Es besteht daher die Forderung, das Verfahrensregime zur Herstellung derartiger Bauteile unter Berücksichtigung dieser Erfordernisse auszugestalten.

Zur Erreichung dieser Forderung sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. So ist es möglich, beispielsweise die Gelenkkugeln besagter Gelenkzapfen vor dem Eintauchen in das Galvanisierungsbad mit einer speziellen, leicht entfernbaren Schutzschicht zu versehen, welche die Abscheidung der auf die übrigen Teile aufzubringen Schutzschicht verhindert und nach der Galvanisierung wieder entfernt wird. Dies ist jedoch aus technologischer Sicht ungünstig und wenig zeitökonomisch weil zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwischen den von der Beschichtung auszunehmenden Bereichen und den übrigen Bereichen während des Beschichtungsvorgangs eine Trennschicht einzuordnen und zu verhindern, daß die nicht zu beschichtenden Bereiche von dem galvanischen Bad umspült werden. Dies stellt jedoch erhöhte Anforderungen an die Abdichtung der nicht zu beschichtenden Bereiche gegen den Elektrolyt, was vergleichsweise aufwendig und daher aus technologischer Sicht ebenfalls ungünstig ist. Darüber hinaus besteht dabei die Gefahr, daß zu beschichtende Bereiche ungewollt gar nicht mit dem Oberflächenschutz versehen werden.

Aus der Praxis ist es ferner bekannt, die Bauteile teilweise zu bearbeiten und die nicht zu beschichtenden Bereiche des Bauteils erst nach der Galvanisierung beispielsweise einer spanenden Endbearbeitung zu unterziehen. Im Zuge der Endbearbeitung wird dabei die bei der Galvanisierung abgeschiedene Schicht dort, wo sie unerwünscht ist, wieder entfernt. Diese Art der Teilbearbeitung eines Bauteiles bringt aber eine ungünstige Unterbrechung des Fertigungsprozesses mit sich. Infolgedessen ist insbesondere eine Inselfertigung erschwert bzw. kaum möglich. Außerdem macht sich für den Fertigungsprozeß ein erhöhter Umlaufbestand an fertigzustellenden Bauteilen erforderlich, was sich ebenfalls negativ auf die Kosten auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches eine Teilbeschichtung metallischer Bauteile in einfacher Weise und mit geringem Aufwand ermöglicht. Weiterhin besteht die Aufgabe in der Schaffung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Hinblick auf das Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Danach werden bei der im übrigen in bekannter Weise verlaufenden Galvanisierung die Bauteile entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig in das galvanische Bad eingetaucht, so daß auch die nicht zu beschichtenden Bereiche der Bauelemente vom Elektrolyt umspült werden. Um eine Ablagerung von Ionen an den von der Beschichtung auszunehmenden Bereichen zu verhindern, werden diese Bereiche gegen das bei der Galvanisierung eingebrachte elektrische Feld beispielsweise elektrisch abgeschirmt.

Neben einer elektrischen Abschirmung ist auch eine Abschirmung durch Nichtleiter möglich. Diese Abschirmungen bewirken, daß sich der Weg des Stromes von der Anode zur Kathode verlängert, sodaß durch den Widerstand eine wirksame Metallbeschichtung an dem Bauteil bereichsweise verhindert wird.

Die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung, welche in bekannter Weise aus einem mit einem Elektrolyt angefüllten galvanischen Bad, darin eingeordneten Elektroden, von denen eine, in der Regel die Katode, als Werkstückaufnahme ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß in dem galvanischen Bad Mittel angeordnet sind, welche die nicht zu beschichtenden Bereiche der Bauteile flächig oder in der Form eines Maschendrahtnetzes im Sinne eines Faradayschen Käfigs umschließen und somit elektrisch abschirmen. Dabei ist die erfindungsgemäße Anordnung vorteilhaft ausgebildet, wenn die Mittel zur elektrischen Abschirmung stets das gleiche Potential aufweisen wie die als Werk­ stückhalterung ausgebildete Elektrode, also mit dieser Elektrode, ebenso wie die zu be­ schichtenden Bauteile, galvanisch gekoppelt sind.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die die Bauelemente aufnehmende Elektrode selbst zur Abschirmung der entsprechenden Bereiche dient. Dazu weist diese Elektrode abschnittsweise Ausformungen auf, welche die nicht zu beschichtenden Bereiche der Bauteile, während sie von der Elektrode gehalten in das galvanische Bad eintauchen, in der Art eines Faradayschen Käfigs umhüllen und elektrisch gegen das beim Galvanisieren in den Elektrolyt eingetragene elektrische Feld abschirmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgeschlagene Vorrichtung ermöglichen es, auf besonders einfache Weise, metallische Bauteile bereichsweise zu beschichten, ohne dafür den Fertigungsprozeß zu unterbrechen oder einen erhöhten Aufwand zur mechanischen Abschirmung bzw. Abdichtung der von der Beschichtung auszunehmenden Teile zu verursachen. Der Fertigungsprozeß kann somit in vorteilhafter Weise durchgängig gestaltet werden, wobei gleichzeitig zusätzliche kostenverursachende Arbeitsgänge entfallen können. Das Prinzip des Faradayschen Käfigs bringt es mit sich, daß die von der Beschichtung auszunehmenden Bereiche nicht allseitig und absolut dicht von den der elektrischen Abschirmung dienenden Mitteln umschlossen werden müssen, um eine hinreichende Abschirmung, welche eine Reduktion der Ionen an der Elektrode (hier Kathode) zu Metallatomen verhindert, zu erreichen. Aufwendige Abdichtungsmaßnahmen entfallen. Durch eine geeignete Gestelltechnik bzw. Gestaltung der die Bauteile aufnehmenden Elektrode können auf einfache Weise gezielt bestimmte Bereiche verschiedenster Bauteile von einer galvanischen Beschichtung ausgenommen werden. Für eine Bearbeitung unterschiedlich gestalteter Bauteile ist hierzu lediglich ein Austausch der entsprechenden Elektrode erforderlich.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert werden.

In der Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Prinzip am Beispiel einer Vorrichtung zur galvanischen Beschichtung von mehreren Bauteilen, die vorliegend Gelenkzapfen 4 mit einer Gelenkkugel 5 für Kugelgelenke sind, verdeutlicht. Die Vorrichtung ist schematisiert und in einer teilweise geschnittenen Ansicht dargestellt. Zur Beschichtung ihrer Oberfläche sind die Gelenkzapfen 4 in ein mit einem Elektrolyt angefülltes galvanisches Bad 1 einge­ taucht, in welches über die Elektroden 2, 3 - in der Fig. 1: Katode 2 und Anode 3 - während des Beschichtungsvorgangs ein elektrisches Feld eingetragen wird. In üblicher Weise dient die Kathode 2 gleichzeitig als Werkstückaufnahme für die zu beschichtenden Gelenkzapfen 4. Zur Verwirklichung des erfinderischen Prinzips erfolgt vorliegend die Aufnahme der Bauteile 4 mittels einer kastenförmige Ausformung 6 der Katode 2 in ihrem oberen Bereich. Von der seitlich nicht geschlossenen kastenförmige Ausformung 6, die an ihrer Unterseite eine schlitzförmige Ausnehmung aufweist, werden die Gelenkkugeln 5 der Gelenkzapfen 4 so aufgenommen, daß die Gelenkkugeln 5 von der kastenförmigen Ausformung 6 umhüllt sind. Während des Galvanisierungsvorgangs sind die Gelenkzapfen 4 und die Gelenkkugeln 5 vollständig in das galvanische Bad 1 eingetaucht. Das sich aufgrund der an den Elektroden 2, 3 anliegenden Spannung in dem galvanischen Bad 1 ausbildende elektrische Feld führt in dem dissoziierten Elektrolyt zur räumlichen Trennung von Anionen und Kationen, indem diese sich jeweils zu der Elektrode 3 bzw. 2 mit entgegengesetztem Potential bewegen. Infolge der Wanderung der Kationen zu der negativ geladenen Elektro­ de 2 kommt es in bekannter Weise zu deren Abscheidung an den mit dieser Elektrode 2 gal­ vanisch gekoppelten Bauteilen. Allerdings erfolgt die Abscheidung nur an den außerhalb der kastenförmigen Ausformung 6 der Katode 2 befindlichen Bereichen der Gelenkzapfen 4. In Bezug auf die von der kastenförmigen Ausnehmung 6 umgebenen Gelenkkugeln 5 wirkt dieser Teil der Katode 2 hingegen als ein Faradayscher Käfig, der von dem aufgebauten elektrischen Feld nicht durchdrungen wird. Daher erfolgt in diesem Bereich keine Abschei­ dung von Kationen 8 und die Gelenkkugeln 5 bleiben, wie gewünscht, von der Beschich­ tung ausgenommen. Da das Wirkprinzip des Faradayschen Käfigs einen vollständigen und dichten Einschluß der Gelenkkugeln 5 nicht voraussetzt, sind keine weiteren Maßnahmen zur Abdichtung dieses Bereiches erforderlich. Die Gelenkkugeln 5 können ohne weiters vollständig von dem Elektrolyt umspült werden.

Selbstverständlich ist das anhand der Beschichtung von Gelenkzapfen 4, 5 dargestellte Prinzip auf nahezu beliebig geformte andere Bauteile übertragbar. Dabei sind die Anforderungen an die Präzision der Gestaltung der in den entsprechenden Bereichen vorzusehenden Ausformungen an der die Bauteile aufnehmenden Elektrode 2 nicht übermäßig hoch. Durch den Wechsel dieser Elektrode 2 ist zudem eine schnelle und einfache Umrüstung der Vorrichtung für eine ganzflächige oder bereichsweise galvanische Beschichtung anders geformter Bauteile möglich.

Bezugszeichenliste

1

galvanisches Bad

2

Elektrode, Katode

3

Elektrode, Anode

4

Bauteil, Gelenkzapfen

5

Bauteil, Gelenkkugel

6

Ausformung, Kasten

Claims (5)

1. Verfahren zur selektiven, bereichsweisen Beschichtung metallischer Bauteile, bei dem die Bauteile zur Veredelung oder zum Schutz ihrer Oberfläche durch Galvanisierung bereichsweise mit einer Schutzschicht versehen und diese Bauteile vollständig in den Elektrolyt eines galvanischen Bades eingetaucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der Beschichtung auszunehmende metallische Bereiche der Bauteile von dem das galvanische Bad bildenden Elektrolyt umspült, aber gegen das zur Galvanisierung in den Elektrolyt eingebrachte elektrische Feld elektrisch abgeschirmt werden.

2. Vorrichtung zur selektiven, bereichsweisen Oberflächenbeschichtung metallischer Bauteile (4, 5), bestehend aus einem galvanischen Bad (1) mit eingeordneten Elektroden (2, 3) zur Einbringung eines elektrischen Feldes in den Elektrolyt des galvanischen Bades (1), wobei eine Elektrode (2) als Werkstückaufnahme ausgebildet ist, mit der die zu beschich­ tenden Bauteile (4, 5) galvanisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem galvanischen Bad (1) Mittel (6) angeordnet sind, durch welche zur elektrischen Abschirmung der nicht zu beschichtenden Bereiche (5) der Bauteile (4, 5) ein Faradayscher Käfig gebildet ist, der diese Bereiche (5) umschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die den Faradayschen Käfig bildenden Mittel (6) die abzuschirmenden Bereiche (5) der Bauteile (4, 5) flächig oder in der Form eines Maschendrahtnetzes umschließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur elektrischen Abschirmung der nicht zu beschichtenden Bereiche (5) der Bauteile (4, 5) in dem galvanischen Bad (1) angeordneten Mittel (6) das gleiche elektrische Potential aufweisen wie die als Werkstückaufnahme ausgebildete Elektrode (2).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Werkstückaufnahme dienende Elektrode (2) abschnittsweise Ausformungen (6) aufweist, welche die nicht zu beschichtenden Bereiche (5) der Bauteile (4, 5) bei ihrer Aufnahme durch die Werkstückaufnahme und während des Eintauchens in das galvanische Bad (1) in der Art eines Faradayschen Käfigs umhüllen und elektrisch gegen das während des Beschichtungsvorgangs in das galvanische Bad (1) eingetragene elektrische Feld abschirmen.