DE2254856A1 - Einrichtung zur bildung eines ueberzuges auf werkstuecken - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. F,Welckmann, ..ⁱv ' ~y

Dipl. Ing, H. Weickmann, üipl. Pbys. Dr. K, Fincke Dipl. fiifl. F. A. Wäickmann, -OipL-Ghom. B» Huber

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Öitröen

147 a iöfi Quäl Aiidse Diteoen i-75 Paris (Xyime)

Einrichtung zur Bildung eines Überzuges auf Werkstüeken

Die Erfindung beferiffb eine Einrichtung zur Bildung eines .elekbrö-lybischen Überzuges- auf den Oberflächen von.Vierksbücken, die Reibungskräften ausgesetzt sindj wobei dife Einrichtung einen Behälter mit einem elekbrolybinühen Bad aufweist, v?elches feste Stoff beilchen kleiner Größe, insbesondere von .Siliciumcarbid enthält j ferner eine. Anode und eine Kathode sowie Mibtel zur Bildung eines auö "ftiehreren identischen Werkstücken'bestehenden Stapels auf"¹ v/eiüt^ v/elcher die Kathode, der Einrichtung'" bildet j sowie Bauteile zum- Einaebt'.eft des S-bapela in das sich in.dem Behalber befindliche Bad und zum Herausnehmen des Stapöls j und v/obei die Einriehtun»; ferner eine Anode mit einem Ano* diifir'aum aufweist, in dem fJbückchen aus Metall für die Auflage auf die Werkstu-cke angeordnet; sind.

Di ti Ei'fituiung betrifft Lnsbeaondere de?ihaLb, Wfiil" die An--

Wendung der Erfindung für diesen Fall besonders interessant • ■■,■■■'■■..

•zu sein scheint, aber nicht ausschließlich, Einrichtungen zur Bildung eines elektrolytischen Überzuges auf den inneren trochoidischen Flächen der Kurbelgehäuse von Rotationskolbenmaschinen. '

Die Erfindung ist insbesondere darauf gerichtet, die vorgenannten Einrichtungen so auszubilden, daß sie besser als bisher geeignet sind, die praktischen Forderungen zu erfüllen, und deren Wirkungsgrad nicht durch die Anwesenheit von kleinen festen Teilchen, die sich in dem Elektrolyten befinden, verschlechtert wird.

Die Erfindung ist ferner darauf gerichtet, den Wirkungsgrad der Einrichtung dadurch zu verbessern, daß die Handhabung der Anode eingeschränkt wird und das Eintauchen der zu überziehenden Werkstücke unter Strom erfolgt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß einerseits Teile vorgesehen sind, die die Anode in dem Behälter halten, während die Kathode aus dem Behälter herausgenommen ist, und daß die Anode andererseits von einem feinmaschigen Anodensack umgeben Ist, der das Eindringen der festen Stoffteilchen des elektrolytischen Bades in den Anodenraum verzögert.

In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Einrichtung Mittel i'.ur Erneuerung Jea sich in dem Anodenraum befindlichen ElektroL/ten aufweisen. Diese Mittel zur Erneuerung den Anolyf ->n k.o'rinen vorteilhaft da"ii geeignet sein, eine K t rkuLat ii>n deü? Anolyl/en in dem Anodenraum. hervorzurufen, nt.1 au:» fiiner Pumpe, einem RlILtM' und Kanälen bestehen, wobei ill»¹ Kanüle in der Anode.· zur ont;r.prechen;Um.Vor-, il·.· · /nodeiirauine» .mit. ti«-n Saug;; tuften und dem Druck-

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stutzen der Pumpen-Filtereinheit vorgesehen sind.

Gemäß einem weiteren .Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung können die Mittel zur. Erneuerung des Anolyteri dazu* geeignet sein, den Anolyten in dem Anodenraum unter Druck.zu'setzen, wobei der Druck über demjenigen des Katholyten liegt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung· ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher die Anode gegenüber dem Behälter unbeweglich gehalten wird;

Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung; ·

Fig. 3 und *J verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung mit am Behälter befestigten Anoden;

Fig.5. eine schematische Darstellung des Kreislaufes zur Filtrierung des AnQlyten. ■ '

In der Zeichnung ist"eine Einrichtung 1 zur Bildung eines elektrolytischen Überzuges auf den inneren trochoidischen Flächen 2 (siehe Fig.2) der Kurbelgehäuse 3 von Rotationskolbenmaschinen dargestellt.

Die Kurbelgehäuse 3 sind jeweils mit Ausnehmungen 3a versehen, die auf die seitlichen Flächen der Kurbelgehäuse münden. Wie in den Fig.2, 3 und k zu erkennen ist, sind die Kurbelgehäuse derart übereinandergestapelt, daß die Ausnehmungen 3a einen inneren Hohlraum 4 bilden. Wie in

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der Zeichnung dargestellt ist, besteht der Stapel beispielsweise aus vier Kurbelgehäusen, die in einem Gestell 5 aufgenommen v/erden und zv.'ischen einem unteren Sockel 6 und einem oberen Druckring 7 eingespannt sind. Der Sockel 6 und

t der Druckring 7 weisen Ausnehmungen 6a und 7a auf, die den in der Fig.2 dargestellten Raum ¹I verlängern. Die Teile zur Bildung des Stapels der Y/erkstücke 3 bestehen also aus dem Gestell 5, dem Sockel 6 und dem Druckring 7·

Die Einrichtung 1 besitzt einen Behälter 8 zur Aufnahme eines Behandlungsbades 9 oder eines Katholyten. In den Fig.2 bis 4 sind im oberen Teil des Gestells 5 schematisch angedeutete Teile vorgesehen, nit denen sich der Stapel der Kurbelgehäuse 3 in das Bad 9 einsetzen läßt und nach der Behandlung wieder herausnehmen läßt. Diese Teile ermöglichen gleichfalls eine Bewegung des Stapels der Kurbelgehäuse 3 während der Behandlung, insbesondere eine vertikale Auf- oder Abbewegung.

Die Einrichtung.1 weist ferner eine Anode A auf,-die in dem Behälter 8 angeordnet ist und dort verbleiben kann», wenn sich die Kathode nicht in dem Behälter befindet, wie das in der Fig.l dargestellt ist. Die Anode A wird mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Befestigungsteile in senkrechter Richtung gehalten, wobei die Befestigungsteile jegliche Bewegung der Anode gegenüber dem Behälter 8 verhindern, insbesondere wenn die Kathode C in dem Bad 9 während des elektrolytischen AuftragungsVorganges bewegt wird.

Der elektrische Anschluß der Anode A wird vorteilhaft durch einen gekröpften Arm 10 erzielt, der vorzugsweise aus Titan besteht und einen vertikalen, an die seitliche

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Mantelfläche des Behälters 8'angrenzenden Teil 10a und , einen horizontalen, an deiü Boden des Behälters 8 angrenzenden und sich radial zur Behältermitte erstreckenden Teil 10b aufweist. Die Anode A.ist durch eine mechanische Verbindung, zum Beispiel mittels Schrauben 11 lösbar mit dem Ende des horizontalen Teiles -iOb verbunden, wobei- die Achse der Anode A sieh mit der Behälterachse des Behälters deckt. An den Arm 10 ist ein Leiter 12 angeschlossen. Die Kathode C, die durch den Stapel der Kurbelgehäuse 3 gebildet wird, ist in das Bad 9 so eingesetzt, daß sieh die Anode A mit der Achse des Raumes 4'deckt (siehe Pig,2 bis" 4). Die Anode A läßt sich mit den Befestigungsteilen gegenüber der Kathode C zentrieren.

Wie in der Fig.l zu erkennen ist, besteht die- Anode A aus einem zentralen Körper 13, dessen Querschnitt eine Kontur aufweist, die konzentrisch zu der Kontur des Querschnittes des inneren Hohlraumes k der Kathode C ist, die die Anode umgibt. Der Körper 13 ist mit einer Aussparung oder einem ringförmigen Raum 1*J versehen, der sich über den größeren Teil, der Körperlänge erstreckt, jedoch nichb bis zu den Enden des Körpers reicht.

In dem Körper 13 ist ein zentraler Kanal 15 vorgesehen, der sich von dem unteren Teil des Körpers 13 bis etwa zum oberen Ende der Aussparung I^ erstreckt. Der Kanal'ist über zwei Querkanäle 16 mit dem oberen Teil der Aussparung Ik verbunden. ' ~

Ferner ist in dem Körper 13 ein zu dem Kanal 15 parallel verlaufender Kanal 17 vorgesehen, der sieh im unteren " Teil des Körpers 13 bis zu einer Ringnut-Ί8 erstreckt und in·die Ringnut einmündet, wobei die Ringnut 18 etwas

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oberhalb des unteren Endes der Aussparung 14 angeordnet ist. Der Kanal 15 ist mit seinem unteren Ende an den Druckstutzen einer Pumpe 19 angeschlossen, während der Kanal 17 unter Zwischenschaltung eines Filters 20 an den Saugstutzen der Pumpe angeschlossen ist.

Divi Aussparung 14 ist mit Stücken 21 eines Metalls gefüllt, welchem auf die Flächen 2 aufgetragen werden soll, wobei die Metallstücke im wesentlichen die Form von Kuben aufweisen. Das Metall ist insbesondere Nickel.

Der Körper 13 ist über seine ganze Länge von einem gezogenen Blech 22 umgeben, das vorzugsweise aus Titan besteht und Löcher 23 aufweist, die kleiner als die Metallstücke 21 sind, so daß die Metallstücke in der Aussparung oder dem Anodenraum 14 eingeschlossen werden. Die gesamte Baugruppe ist derart ausgebildet, daß die Stücke 21 in die Aussparung 14 eingebracht oder aus dieser herausgenommen werden können, ohne daß eine Demontage erforderlich ist.

Das Blech 22 ist über die Längserstreckung der Aussparung 14 mit einem Anodensack 24 bedeckt, der mit sehr feinen Maschen versehen ist, die das Eindringen von ultrakleinen Teilchen, wie zum Beispiel die Teilchen von Siliciumcarbid SiC, die in dem Bad 9 enthalten sind, in die Aussparung 14 drosseln.

Als Anhaltspunkt kann zum Beispiel angegeben werden, daß die ultrakleinen Teilchen von Körnern gebildet werden, die in der Mehrzahl gleiche Abmessungen besitzen und kleiner sind als ein Mikron (10 mm). Der Anodensack 24 wird gegen das Blech 22 an seinen beiden Enden mittels Spannringen 25 dichtend gehalten. Der Sack 24 ist gegenüber dem Eindringen von Luft abgeschlossen, die aus einen

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nicht dargestellten Preßluftteil kommt, und zur Bewegung des Bades 9 dient. Am oberen Teil des Körpers 13 ist zur Handhabung der Anode ein Ring 26 vorgesehen.

Bei dem in der Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Anode A. in dem Behälter 8 befestigt ist, wird eine vertikale Bewegung der Anode vermieden, wenn die Kathode C in das Bad eingetaucht und senkrecht bewegt wird. Dieses Ausführungsbeispiel gestattet es gleichermaßen, eine völlig aus Titan bestehende Anode mit einem festen Strömungseiniauf durch den unteren Teil der Anode' vorzusehen, sowie eine feste Kanalisation für den Filtrationskreislaufy bei dem die Kanäle 15, 17 an den Filter 20 und an die Pumpe 19 angeschlossen sind.

Eine periodische Filtrierung mit geringem Durchsatz des Anolyten schafft eine Erneuerung des Anolyten und unterbindet die Konzentrationspolarisation, welche die Tendenz hat, sich aufgrund .der schwachen Durchlässigkeit des Sakkes 2*1 zu verstärken·, der die Diffusion des Elektrolyten zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum drosselt." Die Filtereinrichtung gestattet je nach ihrem Aufbau, den Anodenschlamm und die Teilchen, zum Beispiel Silioiumcarbidteilchen, mit denen der Elektrolyt angereichert sein kann und die in die Anode eindringen, abzuscheiden. Wenn keine Filtereinrichtung vorgesehen wäre, könnten sich derartige Teilchen auf den Kuben 21 absetzen und dort fest anhaften, wodurch sie die Stromdurchleitung behindern würden.

Die andauernde Erneuerung des Anolyten während der Elektrolyse ist zwar möglich, aber es könnte sich daraus eventuell eine Verringerung des Nickels im Kathodenraum ergeben.

Da das AnoIytenvolumen nur sehr klein ist, ist es zweck-

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mäßig, für seine Erneuerung einen Ausgleichsbehälter 27 •vorzusehen, der in der Fig.5 dargestellt ist und nur ein kleines Fassungsvermögen in Bezug auf den Filtrierungskreislauf besitzt. In der Fig.5 ist die Anode A lediglich schematisch durch ein Gehäuse dargestellt, welches den Anolyten a enthält. Im oberen Teil des Gehäuses ist eine öffnung 16a in Höhe des Anolytenspiegels und im unteren Teil ein Kanal 17a für den Zulauf des filtrierten Anolyten vorgesehen.

Für die Erneuerung des Anolyten kann man anstelle eines Filtrierungskreislaufes, wie er in den Fig.l und 5 dargestellt ist, den Anblyten unter einem überdruck in Bezug auf den Katholyten 9» der in dem Behälter enthalten ist, in die Anode A leiten, wie dies in den Fig.3 und k dargestellt ist.

Es sei bemerkt, daß die in den Fig.2 bis 5 schematisch dargestellten Anoden einen ähnlichen Aufbau haben wie die Anode in der Fig.l und insbesondere eine Aussparung oder einen Anodenraum 1*1 aufweisen, der mit Brocken oder Metallstückchen 21 gefüllt ist und von einem feinmaschigen Sack 24 umgeben ist.

Entsprechend einem in der Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindurigsgemäßen Einrichtung ist die Anode A an ihrem oberen Teil offen und steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Das Anolytenniveau in der Anode ist um die-Höhe h über dem Katholytenniveau angeordnet. Die Anode A wird im wesentlichen aus einem Behälter 28, der sich in einer konstanten Höhe befindet, mit dem Anolyten versorgt, wobei der Anolyt durch ein zwischengeschaltetes Leitrohr 29, das sich an den unteren Teil der Anode A anschließt, geleitet wird. _%

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Gemäß dem iia der Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anode geschlossen und der Anolyt wird in der Anode mittels einer Pumpe 30, die die Anode im wesentlichen aus einem Behälter 31 mit dem Anolyten versorgt, unt_rer einem bestimmten Druck gehalten. Die Speisung der Anode erfolgt, durch ihren unteren Teil*

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Pig.3 und 4 herrscht ein größerer Druck, der die Wanderung des Anölyten zur Kathode in dem Anpdenraum begünstigt und damit eine langsame Erneuerung des Bades im Anodenraum. Hierdurch wird die Bewegung der Teilchen, zum Beispiel der in dem Katholyten enthaltenen Teilchen des Siliciumcarbid in das Innere der Anode gebremst, .

In der Pig.2 ist eine Installation 1 zu erkennen, in welcher die Anode A, die in dem Behälter 8 verbleibt, an ihrem unteren Teil automatisch wirkende Verriegelungsteile 32 aufweist, die mit einer Traverse 33 des Gestells 5 der Kathode C zusammenwirken.' Die Anode A ist in ihrem unteren Teil mit drei sich radial erstreckenden Klauen 54 versehen, die auf den Umfang gleichmäßig verteilt sind und an ihren Enden 34a rechtwinklig nach oben umgebogen sind. Diese Klauen 34 greifen in die am Boden des Sockels 6 vorgesehenen Aussparungen 35 ein, wodurch .zwischen der Anode A und der Kathode C eine Winkelausrichtung und eine Zen^ trierung erreicht werden kann.

Gemäß dem in der Pig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anode A auf dem Boden des Behälters 8 angeordnet. Während des Absenkens der Kathodeneinheit in dem Behälter erfolgt in der unteren Lage einerseits mit Hilfe der Klauen 34 und der Aussparungen 35 eine Zentrierung zwischen der

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Anode und der Kathode und andererseits mittels der Verriegelungsteile '32 eine Verriegelung mit der Anode A über die Traverse 33. Die Traverse 33 ist gegenüber den Kurbelgehäusen 3, die die Kathode bilden, elektrisch isoliert.

Die so miteinander verbundene Baugruppe Anode-Kathode wird um einige Zentimeter wieder angehoben, etwa um 30 cm, und dann während der Bildung des elektrolytischen Belages zu einer wechselweisen senkrechten Bewegung angeregt.

Nach der Beendigung der Behandlung kehrt die Baugruppe Anode-Kathode in ihre untere Lage zurück und während die entregelte Anode im Behälter 8 bleibt, wird die Kathodeneinheit senkrecht aus dem Behälter entnommen.

Die Verriegelungsteile 32 können gegebenenfalls auch als Anodenkontakt dienen. In diesem Fall ist am unteren Teil der Anode eine zusätzliche biegsame Stromzuleitung mit kleinem Querschnitt vorgesehen (in der Zeichnung nicht dargestellt), die einen elektrischen Schwachstrom liefert. Auf diese Weise kann das Eintauchen der Kurbelgehäuse 3 in das Bad 9 unter Strom erfolgen. Λ

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, Bewegungen und eine Versetzung der relativ schweren Anode zu verringern, indem diese in dem Behälter bleibt, und ferner die zu überziehenden Werkstücke unter Strom in das sich im Behälter befindliche Bad einzutauchen.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird dadurch verbessert, daß der feinmaschige Anodensack 2k das Eindringen von kleinen festen Partikelchen in den Anodenraum behindert. Der Niederschlag dieser festen Partikelchen auf den Metallstückchen 21 wird vermindert.

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Bildung eines elektrolytischen Überzuges auf den Oberflächen von Werkstücken, die Reibungskräften ausgesetzt sind, insbesondere auf den inneren trochoidischen Flächen der Kurbelgehäuse von Rotationskolbenmaschinen, wobei die Einrichtung einen Behälter mit einem elektrolytischen Bad aufweist, welches feste Stoffteilchen kfeiner Größe, insbesondere von Siliciumcarbid enthält, ferner eine Anode und eine Kathode sowie Mittel zur Bildung eines aus mehreren identischen Werkstücken bestehenden Stapels aufweist, welcher die Kathode der Einrichtung bildet, sowie Bauteile zum Einsetzen des Stapels in das sich in dem Behälter befindliche Bad und zum Herausnehmen des Stapels, und wobei die Einrichtung ferner eine Anode mit einem Anodenraum aufweist, in dem Stückchen aus Metall für die Auflage auf die Werkstücke angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß einerseits Teile vorgesehea sind, die die Anode (A) in dem Behälter (8) halten, wäh- - rend die Kathode (C) aus dem Behälter herausgenommen ist, und daß die Anode andererseits -von einem feinmaschigen Anodensack (2¹O umgeben ist, der das Eindringen der festen Stoffteilchen des elektrolytischen Bades (9) in den Anodenraum (I¹O verzögert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η .n zeichnet, daß Mittel (15, 17, 19, 20) zur Erneuerung des sich in dem Anodenraum (I¹O befindlichen Elektrolyten vorgesehen sind.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erneuerung des Anolyten dazu geeignet sind, eine Zirkulation des Ano-Iyten im Anodenraum hervorzurufen und aus einer Pumpe (19), einem Filter (20) und Kanälen (15, 17) bestehen, wobei die Kanäle in der Anode zur entsprechenden Verbindung des Anodenraumes (14) mit dem Saugstutzen und dem Druckstutzen der Pumpen-Filtereinheit vorgesehen sind.

Ί. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Mittel zur Erneuerung des Anolyten dazu geeignet sind, in dem sich in dem Anodenraum (I¹I) befindlichen Anolyten einen Druck zu erzeugen, der größer ist als der Katholytendruck.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - H_t dadurch gekennzeichnet , daß der Anodenraum (I¹O, in welchem sich der Anolyt befindet, abgeschloasn ist und mittels einer Förderpumpe (30) unter Druck gehalten wird.

6. Einrichtung nach Anspruch ¹I, bei der der Anodenraum,

in welchem sich der Anolyt befindet, offen ist, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel (28, 29) zur Speisung des Anodenraumes mit dem Anolyten vorgesehen sind, die dazu geeignet sind, den Anolytenstand über dem Stand des Elektrolyten in dem Behälter (Θ) zu halten.

7. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel zur starren Befestigung der Anode(A) am Behälter(8) vorgesehen sind, die der Anode insbesondere dann einen festen Halt am Behälter geben, wenn die Kathode (C) in das Bad (9) eingetaucht und bewegt wird.

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8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode (A) mit automatisch wirkenden Verriegelungsteilen (32) versehen ist, die mit einem die Kathode (C) aufnehmenden Gestell (5) zusammenwirkenj wobei die Verriegelungsteile (32) derart angeordnet sind, daß sie eine mechanische Verbindung zwischen dem Gestell (5) und der Anode während des elektrolytischen Auftragens des Überzuges herstellen, bei dem die Anode und die Kathode bewegt werden, Und.daß die Verriegelungsteile lösbar sind, sobald das elektrolytische Auftragen beendet ist, und daß die aus der Anode, dem Gestell (5) und der Kathode gebildete Einheit auf dem Behälterboden derart abgesetzt wird, daß die Kathode und das Gestell . einzeln aus. dem Behälter herausnehmbar sind. ·

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η -

ζ e ich η et, daß die Anode an ihrem unteren Teil sich radial erstreckende Arme (3*0 aufweist, deren Enden (34a) in Aussparungen (35) eingreifen, die in dem unteren Teil des Gestells (5) der Kathode vorgesehen sind, wodurch eine Ausrichtung der Anode und der Kathode in einem bestimmten Winkel in Bezug auf den Umfang und eine Zentrierung derselben ermöglicht wird.

10. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 -* 9, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Teil der Anode eine zusätzliche biegsame Stromleitung mit einem kleinen Querschnitt zur Leitung eines Schwachstromes vorgesehen ist, so daß das Eintauchen der Kathode (C) in das Bad (9) unter Strom erfolgt, und daß die automatisch wirkenden Verriegelungsteile (32) dazu geeignet sind, einen Kathodenkontakt für die Leitung eines Stromes "zu bilden, der eine zunehmende . Dichte des Kathodenstromes zuläßt.

11. Anode zunj Einbau nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Anode einen zentralen Körper aufweist, der insbesondere aus Titan besteht und der mit einer Aussparung (I¹O zur Aufnahme der Stückchen aus dem Metall, das auf den Werkstücken (3) aufgetragen werden soll, versehen ist, wobei die Aussparung von einem gezogenen Blech (22) mit Löchern (23) umgeben ist, das insbesondere aus Titan besteht und mit einem feinmaschigen Sack (24) überzogen ist, der das Eindringen der Kleineren Stoffteilchen in die Aussparung verzögert*

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