DE2016448C3 - Verfahren zur Regelung des Elektrolysestroms bei elektrolytischen Prozessen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, welches zur Regelung des Elektrolystroms bei elektrolytischen Pro/essen verwendet werden soll. Es wird dabei der Istwert des Eleklrolyscstroms mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und der Unterschied beider Werte zur Einstellung des Elektrolysestroms verwendet.

Für die Geschwindigkeit der anodischen Auflösung oder der kathodischen Abscheidung eines Stoffes bei elektrolytischen Prozessen, beispielsweise bei galvanischen Prozessen, stellt der Stofftransport einen begrenzenden Faktor dar. Bei derartigen Prozessen hängt der Stofftransport mit dem Ladungstranspurt aufs engste zusammen. Die Teilchenstromdichte kann daher im allgemeinen durch die elektrische Stromdichte zum Ausdruck gebracht werden. Da die Beschaffenheit der Elektrodenoberfläche bei anodischer Schaltung bzw. die Art des Niederschlages bei kathodischer Schaltung von ier Zusammensetzung des Elektrolyten in der anodisehen bzw. kathodischen Grenzschicht bestimmt werden, ist es erforderlich, bei elektrolytischen Prozessen eine optimale Reaktionsgeschwindigkeit einzustellen. Unter Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen Art des elektrolytischen Prozesses die Abscheidungs-, die Auflösungs- oder die Oxydationsgeschwindigkeit zu verstehen. Neben den bereits erwähnten galvanischen Prozessen kommen somit auch die elektrolytische Oxydation von Aluminium, das elektrolytische Glänzen, das elektrolytische Entgraten, die elektrolytische Abscheidung von Kunststoffpartikeln aus einer Lösung, die lonogene Emulgatoren enthält, sowie elektrolytische Beizverfahren in Betracht.
Mit einer durch die deutsche Auslegeschrift 11 93 763 bekanntgewordenen Vorrichtung ist es bereits versucht worden, die Reaktionsgeschwindigkeit an den Elektroden und damit gleichzeitig den Elektrolysestrom durch Regelung der elektrischen Stromdichte automatisch optimal einzustellen. Eine Regelung der Stromdichte bedarf jedoch mindestens eines Meßfühlers, dessen räumliche Anordnung im elektrolytischen Bad aber das Meßsignal wesentlich beeinflußt. Vielfach wird das Meßsignal des Meßfühlers zwar auch von der Stromdichte bestimmt, es treten jedoch zusätzlich noch andere unkontrollierbare Einflußgrößen auf. woraus eine falsch eingestellte Reaktionsgeschwindigkeit des elektrolytischen Prozesses resultiert. Verfahren zur Regelung des Elektrolysestroms durch Regelung der Stromdichte unter Verwendung von Meßfühlern konnten sich deshalb in der Praxis bis heute nicht durchsetzen.

Eine weitere Möglichkeit zur Kontrolle des Elektrolysestroms erscheint durch Steuerung der Stromdichte durch Anpassung der Spannung der den elektrolytisehen Prozeß speisenden Gleichspannungsquelle an die Strom-Spannungs-Kurve des elektrolytischen Bades gegeben, wie es bereits in der deutschen Offenlegungsschrift 14 96 969 beschrieben ist. Es kann hierbei auch zunächst erwartet werden, daß auf diese Weise eine automatische Einstellung der Stromdichte möglich ist. In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß die Lage der Kennlinie für eine gegebene Stromdichte nicht nur von der Elektrolytbeschaffenheit abhängt, sondern auch durch die äußere Form der Elektroden und den

Mi F.lektrodenabstand entscheidend bestimmt wird. Verschieden geformte Elektroden gleicher Oberfläche ergeben somit unterschiedliche Badkennlinien. Damit ist die Anwendbarkeit der Steuerung der Stromdichte über Uadkennlinien auf Einzelfälle beschränkt, in denen die

hi Gewähr besteht, daß die geometrische Bedingungen im elcktrolytischen Bad sieh nicht zu weit verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an/ugeben, mit welchem der Elektrolyse-

strom bei elektrolytischen Prozessen mit großer Genauigkeit bei beliebiger Badzusammensetzung und beliebiger Oberfläche des zu behandelnden Guts, automatisch auf seinen Sollwert geregelt werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß zur Einstellung des Sollwerts des Elektrolysestroms die Spannung einer Konstantspannungsquelle mittels an die Konstantspannungsquelle angeschlossener, zueinander paralleler einstellbarer Widerstände reduziert wird, von denen einer zur Einstellung eines der Größe der Oberfläche des zu behandelnden Guts entsprechenden Wertes und ein anderer zur Einstellung eines der optimalen Stromdichte entsprechenden Wertes verwendet wird. Die Bestimmung der Größe der Oberfläche des zu behandelnden Guts und der zweckmäßigsten Stromdichte stellt keine Schwierigkeil dar, und beide Größen lassen sich automatisch vorgeben. Damit kann jede Charge zu behandelnden Guts automatisch unter optimalen Bedingungen elektrolytisch behandelt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Fig. I und 2 der Zeichnung dargestellten Schaltbilder beispielsweise erläutert.

Mit 1 ist eine regelbare Stromquelle bezeichnet, welche den Elektrolysestrom liefert und an welche das elektrolytische Bad 2 angeschlossen ist. Der Elektrolysestrom fließt dabei über den Widerstand 3, und die an diesem Widerstand anliegende Spannung wird über den Verstärker 4 als Istwert des Elektrolysestronies an das Differenzglied 5 gegeben.

Von der Konstantspannungsquelle 6 wird eine Spannung geliefert, die zunächst an den Widerständen 7 und 8 anliegt. Der Widerstand 7 ist einstellbar, beispielsweise als Potentiometer, und dient zur Einstellung eines der Oberfläche des zu behandelnden Guts entsprechenden Wertes. Durch den Widerstand 8 wird die minimal einstellbare Oberfläche festgelegt. Parallel zu den Widerständen 7 und 8 liegen die Widerstände 9 und 10. Der Widerstand 9 ist wieder einstellbar und dient zur Einstellung der optimalen Stromdichte des jeweiligen Bades, während der Widerstand 10 als Begrenzung der Stromdichte dient.

Die so in Abhängigkeit von Elektrodenoberfläche und optimaler Stromdichte reduzierte Spannung der Konstuntspannungsquellc 6 wird über den Verstärker 11 als Sollwert des Elektrolysestroms ebenfalls auf das Differenzglied 5 gegeben. In diesem Differenzglied werden nun Istwert und Sollwert des Elektrolysestroms miteinander verglichen und bei einer Abweichung der beiden Werte ein entsprechendes Signal über die Leitung 12 an die Stromquelle 1 gegeben, welche den Elektrolysestrom korrigiert.

Bei dem Schaltbild nach F i g. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. I mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes und zur Vereinfachung des Verfahrens kann dann, wenn eine Anzahl gleicher Teile behandelt werden soll, am Widerstand 7 nur die Oberfläche eines Teils eingestellt werden. Die restlichen Teile werden dann durch die 6ö Widerstände 13 und 14 berücksichtigt. Der Widerstand U ist einstellbar und dient zur Einstellung der Anzahl der Teile, während der Widerstand 14 wieder als Begrenzungswiderstand vorgesehen ist. Vor den zui Einstellung der Stromdichte dienenden Widerständen 9 und IO kann noch ein Verstärker 15 eingeschaltet werden. Parallel zu dem Verstärker 15 liegt ein Anzeigegerät 16, welches bei entsprechender Eichung stets die Gesamtoberfläche aller zu behandelnden Teile anzeigt. Das Anzeigegerät 17, welches am Ausgang des Verstärkers 11 liegt, zeigt den Sollwert des Elektrolysestroms jederzeit ablesbar an.

Die einstellbare Stromquelle 1 ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 als verstellbarer Transformator ausgebildet. Der Elektrolysestrom fließt über den Gleichrichter 18, den Widerstand 3 und das Elektrolyseband 2 zum Transformator zurück. Die am Widerstand 3 abfallende Spannung wird auf den Verstärker 4 gegeben, an dessen Ausgangsklemmen das Anzeigegerät 19 liegt, das den Istwert des Elektrolysestroms abzulesen gestattet. Zwischen den Ausgängen der Verstärker 4 und 11 ist das liifferenzglied 5, beispielsweise ein empfindliches elektronisches Relais, angeordnet, das auf Abweichungen zwischen Soll- und Istwert des Elektrolysestroms anspricht und je nach der Richtung der Regelabweichung über die Leitung 12 den Stellmotor 20 ansteuert, welcher den Stelltransformator so verstellt, daß die Regelabweichung beseitigt wird.

Auf der Achse des einstellbaren Widerstandes 9 kann gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken — in F i g. 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet — ein zweiter Stellwiderstand 21 angeordnet werden, der in Serie mit dem Widerstand 22 ebenfalls an die Konstantspannungsquelle 6 angeschlossen ist. Die an den Widerständen 21 und 22 abgegriffene Spannung repräsentiert ebenso wie die an den Widerständen 9 und 10 die Stromdichte. Durch einen nachgeschalteten einstellbaren Widerstand 23 wird die Einstellung der Stromausbeute des jeweiligen Bades ermöglicht. Die resultierende Spannung ist ein Maß für die Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion. Die Integration dieser Spannung über der Zeit mittels eines Integrators 24, der beispielsweise als Meßmotor ausgebildet ist, ergibt die Möglichkeit, die stofflichen Umsetzungen an den Elektroden an einem Zählwerk 25 jederzeit abzulesen. Der Schalter 26 kann zum Signalisieren eines vorher eingestellten Sollwertes zur Prozeßlenkung oder auch über die Leitung 27 mittels des Relais 28 zum Unterbrechen der Elektrolyse verwendet werden.

Bei der elektrolytischen Behandlung von Werkstükken in Galvanisierautomaten ist es zweckmäßig, die Widerstände 7 und 13 am Werkstückträger anzuordnen und diese Widerstände entsprechend der Chargierung einzustellen. Die Stellwidorstände 9,21 und 23 sowie das rüsksiellbare Zählwerk 25 für die Schichtdicke können am Gleichrichter des jeweiligen Bades oder in der Schaltwarte installiert werden. Jedes der Potentiometer und das Zählwerk lassen sich auch mit Hilfe von Servomotoren auf die vorgesehenen Sollwerte einstellen. Dadurch lassen sich alle Parameter elektrolytischer Prozesse auch bei wechselnder Bearbeitungsfolge der einzelnen Werkstückträger in einen automatischen Programmablauf einbeziehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung des Elektrolysestroms bei elektrolytischen Prozessen durch Vergleich des Istwertes des Elektrolysestroms mit einem vorgegebenen Sollwert, bei welchem der Unterschied der beiden Werte zur Einstellung des Elektrolysestroms verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Sollwerts des Elektrolysestroms die Spannung einer Konstantspannung.squel-Ie (6) mittels an die Konstantspannungsquelle angeschlossener, zueinander paralleler einstellbarer Widerstände (7, 9) reduziert wird, von denen einer zur Einstellung eines der Größe der Oberfläche des zu behandelnden Guts entsprechenden Wertes und ein anderer zur Einstellung eines der optimalen Stromdichte entsprechenden Wertes verwendet wird.

2. Verfahren nach. Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Behandlung mehrerer gleicher Teile mit gleicher Oberfläche an dem ersten einstellbaren Widerstand (7) nur die Oberfläche eines Teiles und an einem dritten einstellbaren Widerstand (13) die Anzahl der Teile eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Widerständen (7, 13), an welchen die Oberfläche der zu behandelnden Teile eingestellt wird, ein Anzeigegerät (16), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Verstärkers (15), zur Ai-.zeige der Oberfläche der Teile angeschlossen wird.

4. Verfahren nach einem dei Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Parallelkreis ein weiterer einstellbarer Widerstand (21) zur Einstellung der Stromdichte und parallel zu diesem ein einstellbarer Widerstand (23) zur Einstellung der Stromausbeute des jeweiligen Bades angeschlossen werden, und daß die resultierende Spannung an diesen Widerständen (21,23) über der Zeit integriert und zur Anzeige der stofflichen Umsetzungen an den Elektroden auf ein Zählwerk (25) gegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Integration ein Meßmotor (24) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zählwerk (25) ein Schalter (26) nachgeschaltet wird, welcher zur Signalgabc oder zur Unterbrechung der Elektrolyse verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich von Ist- und Sollwert des Elektrolysestroms als Differenzglied (5) ein elektronisches Relais verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Lieferung des Elektrolysestroms als einstellbare Stromquelle (1) ein Stelltransformator verwendet wird.