-
Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Oberflächenbehandlung
von Metallen Bei der elektrochemischen Oberflächenbehandlung von Metallen kommt
der Stromdichte bekanntlich eine grosse Bedeutung zu, und zwar sowohl hinsichtlich
des zu wählenden Bereichs als auch im Hinblick auf dessen zuverlässig reproduzierbare
Beibehaltung.
-
Die einfachste herkömmliche Art, nämlich die Stromdichte nach der
meist geschätzten Oberfläche von Hand einzustellen, vermag den hohen Qualitätsanforderungen
nicht mehr zu genügen.
-
Man hat deshalb zu den sogenannten Kennlinienreglern gegriffen, bei
denen jeweils für jedes Bad, sowie für jede einzustellende
Stromdichte
vor Arbeitsbeginn zwei Messungen vorgenommen werden müssen. Während der ersten Messung
mit einer Sonde bestimmter Fläche wird ein erstes Potentiometer solange geregelt,
bis ein Anzeigeinstrument den Strom anzeigt, welcher bei der gegebenen Grösse der
Sonde der gewünschten Stromdichte entspricht. Dann wird mit einer grösseren oder
kleineren Messsonde in gleicher Weise, aber unter Regelung eines zweiten Potentiometers
die gleiche Stromdichte eingestellt. Nun ist die Anlage auf die als Verbindung der
Punkte und über diese hinausreichende Kennlinie ermittelt, und es kann mit dem Galvanisieren
begonnen werden. Dass es sich bei der Kennlinie um interpolierte bzw. extrapolierte
Werte handelt, die an Genauigkeit zu wünschen übriglassen und Veränderungen nicht
berücksichtigen, ist klar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bestehenden Mängel
zu beseitigen und ein einfaches zuverlässiges Verfahren und eine Vorrichtung zu
dessen Durchführung zur elektrochemischen Oberflächenbehandlung von Metallen zu
schaffen.
-
Das erfindungsgemässe Verfahren zur elektrochemischen Oberflächenbehandlung
von Metallen ist zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass vor dem
Einfahren des zu behandelnden Gutes in das Bad ein Sollwert der Stromdichte mittels
einer Messelektrode bestimmter Fläche eingestellt,
nach dem Einfahren
des zu behandelnden Gutes in das Bad der eingestellte Sollwert mit dem Istwert der
im Bad belassenen Messelektrode verglichen und die Stromzufuhr zum zu behandelnden
Gut und zur Messelektrode in Abhängigkeit der Abweichung des Istwertes vom Sollwert
bis zu deren Uebereinstimmung gesteuert wird.
-
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
ist ihrerseits dadurch gekennzeichnet, dass sie eine parallel zum zu behandelnden
Gut angeschlossene Messelektrode bestimmter Fläche im auf Gegenpotential liegenden
Bad und Mittel aufweist, um bei im Bad fehlendem zu behandelndem Gut den über die
Messelektrode fliessenden Strom und somit die Stromdichte auf einen Sollwert einzustellen,
sowie Mittel zur Feststellung der Abweichung des Messelektrodenstromes vom Sollwert
und zur Anpassung des Speisestromes der Vorrichtung zwecks Ausgleichs der ermittelten
Abweichungen.
-
Wenn im erfindungsgemässen Verfahren der Sollwert der gewünschten
Stromdichte eingestellt ist, ist es auch sichergestellt, dass unabhängig von der
Grösse der Oberfläche des zu behandelnden Gutes, d.h. unabhängig von der Grösse
Oberfläche und Anzahl der Werkstücke die Stromdichte automatisch im gewählten Bereich
gehalten wird. Man braucht al80 von Fall zu Fall nur noch die gewünschte Stromdichte
entsprechend einer
in A/dm2 geeichten Anzeige, z.B. an einem Potentiometer,
einzustellen, und hierauf mit dem Galvanisieren oder einer anderen Oberflächenbehandlung
zu beginnen.
-
Da die an der Messelektrode liegende Spannung in der Regel ausserordentlich
klein ist, wird sie in der Regel durch einen Messverstärker verstärkt, bevor man
sie einem Komparator zuführt, welcher sie bzw. den Strom mit der Sollwerteinstellung
vergleicht und entsprechend dem Befund einen Impulsgeber steuert, der seinerseits
den Komparatorsitnalen entsprechend z.B. die zeitliche Abgabe von Impulsen verschiebt
und somit den Zündzeitpunkt von im Hauptstromkreis liegenden Thyristoren regelt.
-
Die Einstellung erfolgt im Leerlauf.
-
Da sich nun nach dem Einfahren des zu galvanisierenden Gutes in das
Bad eine Teilung der Ströme zwischen diesem Gut und der Messelektrode ergibt, sinkt
vorerst der Strom an der Messelektrode, was eine Veränderung im soeben beschriebenen
Regelvorgang auslöst, wobei z.B. der Zündzeitpunkt der Thyristoren soweit vorverlegt
wird, dass an der Messelektrode wieder der eingestellte Strom fliesst,
wodurch
sich die gewünschte Stromdichte am zu behandelnden Gut ergibt.
-
Als Messelektrode kann sowohl eine Sonde aus einem besonders geeigneten
für den Vorgang inertem Material als auch in gewissen Fällen ein einzelnes Werkstück
dienen, das jeweils am Ende eines Arbeitsganges ersetzt werden kann.
-
So lassen sich Badverluste ausschliessen.
-
Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
besprochen werden, in welcher ein stark vereinfachtes, blockdiagrammartiges Schaltschema
einer Galvanisiervorrichtung nach der Erfindung wiedergegeben ist.
-
Die Vorrichtung bezieht den Strom von den Netzklemmen 1 und 1', wenn
der Schalter 2 geschlossen ist. Die Kontrolllampe 3 zeigt den Schaltzustand an.
-
Der Hauptstromkreis, welcher den eigentlichen galvanischen Vorgang
im Bad 4 speist und von dem auch die Speisung des Steuerstromkreises abgezweigt
wird, besteht im wesentlichen aus einem Transformator 5, einem Gleichrichter 6,
einem aus Drossel 7 und Kondensator 8 bestehenden Nachglättglied, dem Anzeigeinstrument
9 und den Gleichstromanschlussklemmen
10 und 10'. Die Klemme 10
ist hier als positive Klemme an das Bad gelegt. Die negative Klemme 10 wird im Betrieb
mit dem als Werkstück 11 bezeichneten Gut verbunden, welches zu galvanisieren ist.
-
Natürlich kann auch eine andere Polung vorgesehen sein, je nachdem,
ob anodisch oder kathodisch behandelt werden soll.
-
Der Steuerstromkreis ist über Klemmen 12 an die Netzleitung des Hauptstromkreises
hinter dem Schalter 2 angeschlossen.
-
Der Steuerstromkreis umfasst folgende Glieder: Einen Messverstärker
13, der über Klemme 14 mit dem negativen Pol des Gleichrichterausgangs und über
Klemme 15 mit der auch auf negativem Potential liegenden Messelektrode 16 verbunden
ist (auch hier ist eine andere Polung möglich).
-
Einen an den Ausgang des Messverstärkers 13 angeschlossenen Komparator
17, welcher das ihm vom Messverstärker 13 zugehende Signal mit einem am Regelwiderstand
18 unter Zuhilfenahme der Sollwertanzeige 19 eingestellten Sollwert vergleicht.
-
Einen Impulsgeber 20, der durch die ihm zugehenden Signale des Komparators
17 beeinflusst wird, wodurch der Zeitpunkt der von ihm an die in Antiparallelschaltung
angedeuteten Thyristoren 21 abgegebenen Zündimpulse den Bedürfnissen entsprechend
verschoben wird.
-
Die beschriebene Anlage kann nach dem Schliessen des Schalters 2
wie folgt betrieben werden: Bei leerem Bad, d.h. bei nicht in das Bad eingefahrenem
Werkstück 11, wird die Leerlaufeinstellung dadurch vorgenommen, dass der Regelwiderstand
18 solange betätigt wird, bis das Instrument 19 den gewünschten Sollwert der Stromdichte
zeigt.
-
Nun wird das Werkstück 11, dessen Oberfläche beliebig sein kann,
in das Bad 4 eingefahren. Dabei ergibt sich eine Aufteilung des Stroms zwischen
Elektrode 16 und Werkstück 11, wodurch über die Elektrode 16 vorerst ein gegenüber
dem Leerlauf strom geringerer Strom fliesst.
-
In der Folge dieses Stromrückgangs an der Elektrode 16 ergibt sich
auch eine Veränderung des Signals des Messverstärkers 13, was wiederum zur Folge
hat, dass das Ausgangssignal des Komparators eine Veränderung erfährt. Diese Signalveränderung
bedingt
eine Vorverlegung der Zündimpulse des Impulsgebers, wodurch Durchlassdauer der Thyristoren
gegenüber dem Leerlauf verlängert wird. Hieraus ergibt sich die neuerliche Einpegelung
der gewünschten Stromdichte an der Messelektrode 16. Dadurch ist auch am Werkstück
11 die gewünschte Stromdichte erreicht.
-
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Anlagen muss man hier also nicht
vor dem Einstellen jeder Stromdichte zwei Versuchsmessungen zur Einregelung vornehmen,
sondern man kann unmittelbar vor dem Einfahren des zu behandelnden Materials durch
einfaches Regeln in Sekundenschnelle den richtigen Sollwert einstellen.
-
Der Aufbau von Messverstärker, Komparator, Impulsgeber etc. kann
im Rahmen der Aufgabe beliebig sein und ist in verschiedener Weise verwirklichbar.
Entsprechende Glieder sind bekannt.