DE2025545B2 - Dosiergeraet zur automatisch gesteuerten konstanthaltung der zusammensetzung elektrolytischer baeder - 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 Abscheidung von Silber, Kupfer, Nickel oder Zink, werden Metallanoden gelöst und neue Metallionen gebil-Hpt «ι daß bei ausreichender Konvektion des Elektrolyten stets genügend Metallionen an die Kathode nachgeliefert werden. Bei der Abscheidung 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 lösliche Metallsalze zugesetzt würden.
Während der Metallabscheidung finden kathodisch

ίο 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 Elektrolytzusammensetzung verursacht.

Die heute gebräuchlichen Bäder bestehen nicht nur aus Lösungen von Metal!- 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 erforderlich, 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 m?n 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-OS 18 05 346 ist bereits ein Dosiergerät bekanntgeworden, wie es eingangs beschrieben ist, bei welchem die Steuereinrichtung aus einem Amperestundenziihler mit Impulseinrichtung, einem Netzgerät, einem Relais und einem Zeitgeber besteht. Die Impulseinrichtung gibt dabei bei Nennstrom pro Stunde beispielsweise 100 Impulse ab, damit auch im Kleinlasthereich noch eine genügend hohe Dosierfrequenz gewährleistet ist. Die Pumpe wird also bei Nennstrom pro Stunde 100 mal ein- und ausgeschaltet. Eine Anpassung des bekannten Dosiergeräts an die betriebsindividuell verschiedenen Chcmikalienmengen, bezogen auf den

Nennstrom, kann nur mittels der Dosierdauer, des Kolbenhubs der verwendeten Pumpe oder der Konzentration der dosierten Lösungen vorgenommen werden.

Weiterhin ist durch die DT-PS 10 46 436 eine Dosiervorrichtung bekanntgeworden, bei welcher elektrolytisehen Bädern Zusätze kontinuierlich zugegeben werden, um die Konzentrationsschwankungen, die b^i diskontinuierlichen Korrekturen der Konzentrationen 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 Steuerung der 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 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 Elektrolyten 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 RC-Glied für eine festeingestellte Zeitdauer angesteuert wird. Die Spannungs-Zeit-Kennlinie des elektronischen integrators ist nur bei hohen Strömen linear und weicht im Kleinlastbereich wesentüch 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 Anwendu;;gsfälle 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, das ohne Verwendung zeitabhängiger Steuerglieder für alle Stromstärken eine große Dosiergenauigkeiit aufweist. Diese Aufgabe wird mit einem Dosiergerät der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die Pumpe in Abhängigkeit von der geflossenen Elektrizitätsmenge in vor Beginn des elektrolytischen Prozesses einstellbaren Abständen eine vorher bestimmbare, einstellbare Anzahl

S von Hüben durchführt

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß jeder Dosiervorgang dann beendet wird, wenn die Pumpe den letzten Hub beendet hat, so daß die Dosiermenge sehr genau eingestellt werden kann, was bei Geräten, die zeitabhängig arbeiten, nicht möglich ist, da bei diesen der Dosiervorgang auch bei nicht beendeter Hubbewegung der Pumpe unterbrochen werden kann. Das Dosiergerät kann praktisch kontinuierlich arbeiten, die Pumpe kann aber auch in größeren Zeitintervallen angesteuert werden. Es wird so ermöglicht, die Chemikalien auch bei schwankenden Arbeitsbedingungen mengenrichtig zu dosieren, ohne daß eine höhere Schwankungsbreite in Kauf genommen werden muß. Die Anpassung des Dosiergeräts an alle möglichen be-

zo trieblichen Gegebenheiten kann mittels des Hubweges der verwendeten Pumpe, der Anzahl der Hübe je Doüiervorgang, der Hubfrequenz, der Häufigkeit der Dosiervorgänge bezogen auf den Nennstrom oder der Konzentration der dosierten Lösungen vorgenommen

'.5 werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen an Hand von Schaltbildern dargestellt.

F i g. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild des Dosiergeräts nach der Erfindung, während in

F i g. 2 ein ausführlicheres Schaltbild desselben wiedergegeben ist.

Mit 1 ist ein Meßwiderstand bezeichnet, welcher in einer Stromzuführung 2 eines der Einfachheit halber nicht dargestellten elektrolytischen Bades liegt. An den Meßwiderstand 1 ist über einen Verstärker 3 ein Gleichstrom-Meßmotor 4 angeschlossen. Dieser Meßmotor 4 integriert die über den Meßwiderstand 1 fließende Elektrizitätsmenge über der Zeit und ist beispielsweise mit einem Rollenzählwerk 5 versehen, an welchem Hie Flektrizitätsmenge jederzeit abgelesen werden kann. Von dem Meßmotor 4 wird eine Lochoder Segmentscheibe 6 angetrieben, welche sich in der durch die Lichtquelle 7 und das Fotoelement 8 dargestellten Fotostrecke bewegt und auf diese Weise der geflossenen Elektrizitätsmenge proportionale Impulse erzeugt, deren Anzahl durch eine entsprechende Gestaltung der Loch- oder Segmentscheibe 6 und eines Getriebes zwischen dieser und dem Meßmotor 4 frei wählbar ist.

Die Impulse der hier als Fotostrecke ausgebildeten Impulseinrichtung werden auf ein Vorwahlzählwerk 9 gegeben, an welchem vor dem Einschalten des elektrolytischen Prozesses durch Vorwahl die Anzahl der Impulse eingestellt werden kann, nach welcher durch Schließen des Schalters 10 die Pumpe 11 in Tätigkeit gesetzt wird. Diese Vorwahl gibt also an, nach Durchsatz welcher Elektrizitätsmenge die Pumpe 11 die Zusätze zum Bade hinzudosiert, indem beispielsweise nach jedem 1000. Impuls der Impulseinrichtung der Schalter 10 geschlossen wird.

An dem Zählwerk 12 kann, ebenfalls vor dem Einschalten des elektrolytischen Prozesses, die Anzahl der vollständigen Hübe der Pumpe U eingestellt werden, welche dieselbe pro Dosiervorgang durchführen soll. Der Schalter 13 wird gleichzeitig mit dem Schalter 10 geschlossen und auf diese Weise die Pumpe 11 aus der Stromquelle 14 mit Strom versorgt, so daii sie ihre vor-

gegebenen Hübe durchführen kann. Unter Hub ist hierbei eine vollständige Auf- und Abwärtsbewegung einer Kolbenmembranpumpe mit elektromagnetischem Antrieb oder eine vollständige Umdrehung einer Schlauchpumpe zu verstehen. Die Art der Pumpe ist für die vorliegende Erfindung unerheblich, sie muß nur bei Beendigung des Dosiervorgangs ihre Hubbewegung vollständig ausgeführt haben.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden an Hand des ausführlicheren Schahbildes gemäß F i g. 2 erläutert:

Eine der Elektrizitätsmenge proportionale Spannung wird an dem Meßwiderstand 1 abgegriffen, der in der Kathodenleitung 2 eines elektrolytischen Bades installiert ist. Diese Spannung wird über den Verstärker 3 dem Gleichstrom-Meßmotor 4 zugeführt, der über ein Getriebe das Rollenzählwerk 5 betreibt. Das Getriebe wird stets so ausgelegt, daß am Rollenzählwerk 5 unmittelbar die Elektrizitätsmenge in Ah bzw. in As abgelesen werden kann. Mit dem Rollenzählwerk 5 wird über ein weiteres Getriebe die fotoelektrische Impulseinrichtung 6, 7 und 8 gekoppelt. Die der Elektrizitätsmenge proportionalen Impulse, beispielsweise 10 000 Impulse bei Nennstrom, steuern das Vorwahlzählwerk 9 direkt an, mit dem die Dosiervorgänge pro Elektrizitätsmenge vorgegeben werden.

Nach Ablauf von beispielsweise 100 vorgewählten Einheiten schaltet ein im Vorwahlzählwerk 9 eingebauter Mikroschalter 10 um und erregt ein abschaltverzögertes Folgerelais 16, das die automatische Wiedervorgabe der vorgewählten Einheiten über die Magnetspule 15 einleitet und gleichzeitig ein weiteres Relais 17 in Selbsthaltung bringt womit die Pumpe 11 angesteuert wird. Mit 100 vorgewählten Einheiten würde dieser Vorgang sich bei Nennstrom stündlich 100 mal wiederholen, was 100 Dosiervorgängen entspricht. Bei Verwendung einer Kolbenmembranpumpe mit Elektromagnetantrieb, deren Magnet durch eine konstante oder regelbare Hubfrequenz erregt wird, läßt sich parallel zur Magnetspule ein weiteres Vorwahlzählwerk anschließen, das die Dosierhübe des Membrankolbens zählt.

Nach Durchführung der am Zählwerk 12 vorgewählten Dosierhübe unterbricht ein im Zählwerk 12 eingebauter Mikroschalter 13 die Selbsthaltung von Relais 17, womit die Pumpe 11 abgeschaltet wird. Gleichzeitig wird durch den Mikroschalter 13 ein abfallverzögertes Relais 19 für die automatische Wiedervorgabe der Dosierhübe am Zählwerk 12 durch die Magnetspule 18 erregt. Durch die automatische Wiedervorgabe der am

ίο Vorwahlzählwerk 9 und am Zählwerk 12 einstellbaren Werte ist eine sofortige Wiederholbereitschaft des Dosiervorgangs sichergestellt. Zur Veranschaulich ung der Anpassungsfähigkeit eines Dosiergeräts nach der Erfindung sei als Beispiel angegeben, daß bei Nennstrom stündliche Dosiermengen in den Grenzen von 4 -bis 10 000 ml mit großer Genauigkeit dosiert werden können.

Das Relais 17 ist mit einem Schalter 20 ausgerüstet, durch welchen beim Einschalten der Pumpe 11 gleichzeitig eine Kontrollampe 21 eingeschaltet wird. Diese Kontrollampe erlischt in dem Augenblick, in dem die Pumpe 11 nach Beendigung der am Zählwerk 12 eingestellten Anzahl von Hüben abgeschaltet wird und stellt so eine Kontrollmöglichkeit für eventuelle Einstellfehler bei der Einsteilung der Dosierhäufigkeit und der Anzahl der Hübe dar.

Neben dem in den F i g. 1 und 2 angegebenen Gleichstrom-Meßmotor 4 als Integrator der geflossenen Elektrizitätsmenge, ist es selbstverständlich auch möglich, andere Integratoren, wie beispielsweise elektronische oder andere elektromechanische Zähler, einzusetzen, die wie beschrieben mit einer Impulseinrichtung gekoppelt sind. Auch die Impulseinrichtung muß nicht unbedingt als Fotostrecke ausgebildet sein, sondem kann beliebig gestaltet werden.

Die Werte, welche am Vorwahizählwerk 9 und am Zählwerk 12 eingestellt werden, lassen sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Arbeitsbedingungen vor der Durchführung des elektrolytischen Prozesses mit üblichen Mitteln bestimmen und können dann für die Dauer des Prozesses unverändert beibehalten werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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 so ausgebildet ist, daß die Pumpe (11) in Abhängigkeit von der geflossenen Elektrizitätsmenge in vor Beginn des elektrolytischen Prozesses einstellbaren Abständen eine vorher bestimmbare, einstellbare Anzahl von Hüben durchführt.

2. Dosiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem an den Meßwiderstand (1) angeschlossenen, den Elektrolysestrom über der Zeit integrierenden, mit einer Impulseinrichtung gekoppelten Integrator, einem an die Impulseinrichtung angeschlossenen, die Impulse summierenden, mit einem Schalter (10) zum Schließen bzw. öffnen eines nachgeschalteten Stromkreises versehenen Vorwahlzählwerk (9) und einem in dem Stromkreis liegenden, zur Einstellung der gewünschten Anzahl der Hübe der Pumpe (11) vorgesehenen, die Pumpe ein- und ausschaltenden Zählwerk (12) aufgebaut ist.

3. Dosiergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator als Gleichstrom-Meßmotor (4) ausgebildet ist.

4. Dosiergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator als elektronischer oder anderer elektromechanischer Zähler ausgebildet ist.

5. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulseinrichtung als in einer Fotostrecke angeordnete, von dem Integrator angetriebene Loch- oder Segmentscheibe (6) ausgebildet ist.

6. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) als mit einem Elektromagnetantrieb versehene Kolbenmembranpumpe ausgebildet ist.

7. Dosiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) als Schlauchpumpe ausgebildet ist.