DE4027026A1 - Vorrichtung zur elektrodenstromregelung fuer elektrolytische zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Elektrodenstromregelung in wenig­ stens zwei parallel geschalteten Elektrodenstromkreisen einer elektrolytischen Anlage mittels Regeltransistoren, wobei sich in jedem Elektrodenstromkreis eine Kollektor-Emitter-Strecke des über jeweils einen ersten Differenzver­ stärker angesteuerten Regeltransistors befindet und die Verbindung zwischen dem Emitter und einem Emitterwiderstand mit einem ersten Eingang eines ersten Differenzverstärkers verbunden ist und wobei ein zweiter Eingang des ersten Differenzverstärkers jeweils mit einem Teilspannungsabgriff eines in einem Referenzstromkreis geschalteten Spannungsteilers verbunden ist, der wenigstens einen verstellbaren Widerstand aufweist.

Aus der DE-PS 29 51 708 ist eine Vorrichtung zur automatischen Regelung von Teilstromstärken eines Gleichrichters für ein galvanisches Bad bekannt, wobei die Regelung sowohl Kathodenströme als auch Anodenströme und auch die gleich­ zeitige Regelung beider betreffen kann, um unterschiedliche Abscheidungs­ geschwindigkeiten und damit unterschiedliche Schichtdicken bei der gal­ vanischen Beschichtung mehrerer Teile zu vermeiden. Dabei enthält jeder Teil­ stromkreis einen Meßwiderstand, von denen einer dieser Meßwiderstände sich in einem beliebig gewählten Referenzstromkreis befindet und mit jedem der übrigen Meßwiderstände über Differenzverstärker gepaart ist, wobei die Ausgänge der Differenzverstärker mit den Basen von Regeltransistoren, die sich in allen Teilstromkreisen außer dem Referenzstromkreis befinden, verbunden sind. Der Referenzstromkreis enthält anstelle eines Regeltransistors einen Vor­ widerstand, der den gleichen Widerstandswert besitzt wie die Regeltransistoren in der Mitte ihres Regelbereiches. Als Meßwiderstände können auch Potentio­ meter eingesetzt sein.

Als problematisch erweist sich bei der bekannten Vorrichtung, daß der Re­ ferenzstromkreis zum Betrieb einer Elektrode dient und somit als Elektroden­ stromkreis einer erhöhten Ausfallgefahr, beispielsweise durch Kurzschluß zwischen den Elektroden, ausgesetzt ist. Hieraus ergibt sich dann ein Total­ ausfall der gesamten Vorrichtung.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Elektrodenstrom­ regelung anzugeben, die einen vom Elektrodenbetrieb völlig unabhängigen Referenzstromkreis aufweist. Dabei soll der Ausfall einzelner Elektrodenstrom­ kreise keinerlei Auswirkungen auf die übrigen nach sich ziehen. Weiterhin soll eine zentrale Stromeinstellungs- und Überwachungsmöglichkeit geschaffen werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Teilspannungsabgriff mit dem Eingang eines zweiten Differenzverstärkers verbunden, dessen Ausgang mit den jeweils zweiten Eingängen der die Regeltransistoren ansteuernden ersten Differenzverstärker verbunden ist. Der verstellbare Widerstand des Spannungs­ teilers ist dabei je nach Anwendungsfall in Stufen oder kontinuierlich ein­ stellbar. In jedem Elektrodenstromkreis sind jeweils vier Elektroden durch Parallelschaltung miteinander verbunden. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Eingänge der den Regeltransistor steuernden ersten Differenzverstärker jeweils mit den Eingängen eines dritten Differenzverstärkers parallel geschaltet, dessen Ausgang mit einem Alarmgeber zur Überwachung der Teilstromkreise verbunden ist.

Als vorteilhaft erweist sich die exakte Einstellbarkeit der vorgegebenen Ströme in den Elektrodenstromkreisen. Ein weiterer Vorteil ist in der zen­ tralen Einstellmöglichkeit für eine beliebig große Anzahl von Elektroden­ stromkreisen zu sehen. Der Ausfall einzelner Kreise wird sofort durch Alarm signalisiert, wobei der Ausfall einzelner Elektrodenstromkreise keinen Einfluß auf die übrigen Stromkreise nach sich zieht.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung der Gesamtvorrichtung, während

Fig. 2a ausschnittsweise die Vorrichtung mit ihren Regel- und Alarmkreisen darstellt.

Fig. 2b zeigt ausschnittsweise die Regelung mehrerer parallel geschalteter Einzelkathoden.

Gemäß Fig. 1 versorgt ein am Wechselspannungsnetz betriebener Gleichrichter 1 mit seinem positiven Anschluß 2 die zueinander parallel geschalteten, symbo­ lisch dargestellten Anoden 4, 4′, 4′′ in einem elektrolytischen Bad 5, denen jeweils die Kathoden 6, 6′ zugeordnet sind. Im folgenden wird auf die Nennung der Elektroden 4′′ und 6′′ sowie der zugehörigen Schaltelemente verzichtet, da diese prinzipiell den Elektroden 4′ und 6′ sowie deren zugehörigen Schalt­ elementen entsprechen. Die Kathoden 6, 6′, 6′′ sind jeweils über die Kollektor­ emitterstrecken eines Regeltransistors 7, 7′ jeweils mit einem Emitterwider­ stand 8, 8′ verbunden, der an den negativen Anschluß 3 des Gleichrichters angeschlossen ist. Die Basen der Regeltransistoren 7, 7′ sind jeweils mit dem Ausgang eines ersten Differenzverstärkers 9, 9′ verbunden, dessen jeweils erster Eingang 10, 10′ mit dem Verbindungspunkt 11, 11′ zwischen Emitter und Emitterwiderstand 8, 8′ verbunden ist. Der zweite Eingang 12, 12′ der Differenzverstärker 9, 9′ ist jeweils über einen Verbindungspunkt 13 mit dem Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers 14 verbunden, dessen erster Eingang 15 mit dem Mittelabgriff 16 eines Spannungsteilers 17 verbunden, der mit seinen Anschlüssen 18, 19 an eine konstante Spannungsquelle 20 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle 20 besteht ihrerseits wiederum aus einem am Wechselspannungsnetz gespeisten Gleichrichter 21, dessen Gleichspannungsausgänge 22, 23 mit einer Serienschaltung eines Ohmschen Widerstandes 24 und einer Z-Diode 25 verbunden sind. Dabei sind die Aus­ gänge 18, 19 der Gleichspannungsquelle mit der Z-Diode 25 so verbunden, daß Z-Diode 25 und Spannungsteiler 17 zueinander parallel geschaltet sind.

Anstelle der symbolisch dargestellten Kathoden 6, 6′ ist es möglich, jeweils vier Einzelkathoden vorzusehen, welche hier jedoch zwecks besserer Übersicht nicht mehr dargestellt sind. Darüber hinaus ist es auch möglich, weitere Anoden/Kathodenpaare vorzusehen, welche entsprechend den dargestellten Elek­ troden 4, 4′, 6, 6′ über Regeltransistoren gesteuert werden und wie oben bereits erläutert, mit 4′′ und 6′′ bezeichnet sind.

Weiterhin ist es möglich, anstelle des mittels Potentiometer symbolisch dar­ gestellten Spannungsteilers 17 eine Reihenschaltung eines Ohmschen Wider­ standes und eines stufenweise verstellbaren Ohmschen Widerstandes einzusetzen, so daß sämtliche Elektrodenströme zentral in bestimmten Abstufungen vorgegeben werden können.

Parallel zu den Eingängen 15, 26 des zweiten Differenzverstärkers 14 sind die Eingangsklemmen 27, 28 eines dritten Differenzverstärkers 29 geschaltet, an welchen sich eine Zeitverzögerungsschaltung 30 und eine Schwellwert­ schaltung 31 anschließen. Der Ausgang der Schwellwertschaltung 31 ist mit einem Alarmgeber 32 verbunden. Dies gilt entsprechend für die Beschaltung der Elektroden 4′, 4′′, 6′, 6′′.

Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung werden die Arbeitspunkte der Regeltran­ sistoren 7, 7′ durch Einstellung der Ausgangsspannungen der Differenzver­ stärker 9, 9′ eingestellt. Eine Überprüfung der Elektrodenströme erfolgt durch Spannungsmessung an den Emitterwiderständen 8, 8′. Nach Voreinstellung der stationären Werte wird mit Hilfe des Mittelabgriffs 16 des von der Gleich­ spannungsquelle 20 gespeisten Spannungsteilers 17 eine Spannung vorgewählt, welche einen optimalen Ablauf der elektrolytischen Funktion, z. B. im Abscheidungsverfahren, anspricht. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, während des Verfahrens das Potentiometer nach einer Zeitfunktion zu verstellen. Weiterhin ist es möglich, anstelle der kontinuierlichen Ver­ stellung mittels Potentiometer eine stufenweise Verstellung der Elektrolyt­ ströme durchzuführen, wobei ebenfalls eine Zeitfunktion für die Elektrolyt­ ströme vorgegeben werden kann. Bei einer zu großen Differenz zwischen dem Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers 14 und dem Potential am Ver­ bindungspunkt 11 wird nach einer zeitlichen Verzögerung des Zeitverzögerungs­ gliedes 30 der Schwellwertschalter 31 freigegeben, welcher dann über Alarm­ geber 32 ein Signal auslöst. Mit Hilfe des Zeitverzögerungsgliedes werden kurzzeitige Regelabweichungen, wie sie beispielsweise bei Verstellung des Spannungsteilers 17 oder bei Arbeiten im elektrolytischen Bad 5 auftreten, die Signale des Differenzverstärkers 29 verzögert an den Schwellwertschalter 31 ausgegeben, so daß bei kurzzeitigen Störungen kein Alarm ausgelöst wird.

Im stationären Betrieb sind die an den Emitterwiderständen 8, 8′ gemessenen Spannungen und damit die Elektrodenströme gleich groß, wobei zwischen den Potentialen der Verbindungspunkte 11, 11′ und dem Potential des Verbindungs­ punktes 13 keine Differenz besteht, so daß an den Eingängen der ersten Differenzverstärker 9, 9′ keine Differenzspannungen anliegen. Falls sich nun in einem der beiden Teilstromkreise die Stromstärke ändert, ändert sich auch der Spannungsabfall am Verbindungspunkt 11, 11′ zwischen Emitterwider­ stand 8, 8′ und Emitter, so daß ein Spannungssignal entsteht, welches dem ersten Differenzverstärker 9, 9′ zugeführt wird und dort solange anliegt, bis über den Ausgang des ersten Differenzverstärkers 9, 9′ die Basis des Regel­ transistors 7, 7′ solange angesteuert ist, daß die Spannungsdifferenz am Ein­ gang des ersten Differenzverstärkers wiederum Null wird.

Wie bereits oben erwähnt, ist eine solche Elektrodenstromregelung auch bei Einsatz von jeweils vier parallel geschalteten Kathoden pro Elektrodenstrom­ kreis möglich, wobei eine beliebige Zahl solcher Regeltransistoren 9, 9′ mit den entsprechenden Elektrodenpaaren eingesetzt werden kann.

Fig. 2a zeigt die eigentliche Regel- und Alarmelektronik im Ausschnitt, wobei drei Regeltransistoren 7, 7′, 7′′ vorgesehen sind, deren Kollektoren mit den symbolisch dargestellten Elektroden 6, 6′ und 6′′ verbunden sind. Die zwei­ ten Eingänge 12, 12′, 12′′ der ersten Differenzverstärker 9, 9′, 9′′ sind über Verbindungspunkt 13 mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 14 ver­ bunden. Verbindungspunkt 13 ist darüber hinaus mit dem Eingängen 28, 28′ der dritten Differenzverstärker 29, 29′ usw. verbunden, deren zweite Eingänge 27 jeweils mit den Verbindungspunkten 11, 11′ zwischen Emitter und Emitterwider­ stand 8, 8′ verbunden sind. Die Ausgänge der dritten Differenzver­ stärker 29, 29′ sind über ein Zeitverzögerungsglied 30 mit den als Schwell­ wertschalter arbeitenden vierten Differenzverstärkern 31 verbunden, an die sich jeweils Alarmgeber 32 anschließen. Die Zeitverzögerung ist durch Potentiometer 33 einstellbar, während die Schwellwerte der vierten Differenz­ verstärker 31 über Potentiometer 34 einstellbar sind. Darüber hinaus ist auch noch ein zentraler Schwellwertschalter in Form eines fünften Differenzver­ stärkers 35 vorgesehen, an den ein zentraler Alarmgeber 36 angeschlossen ist. Die Einstellung des Alarmschwellwertes erfolgt hier ebenfalls über Potentio­ meter 34. Das eigentliche Auslösesignal für den zentralen Schwellwertschalter kann beispielsweise über ein mit den Eingängen der vierten Differenzver­ stärker 31 verbundenes ODER-Glied zugeführt werden.

Auch hier ist es möglich, anstelle der Einzelkathoden jeweils mehrere parallel geschaltete Kathoden 40, beispielsweise 4 Kathoden pro Elektrodenstromkreis, anzuschließen, wie es anhand der Fig. 2b dargestellt ist.

Die hier beschriebene Anordnung stellt lediglich ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel dar. Es ist selbstverständlich möglich, die beschriebene Elektroden­ stromregelung nicht nur für Kathoden, sondern auch für Anodenstromkreise bzw. sowohl für Anoden- als auch für Kathodenstromkreise einzusetzen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Elektrodenstromregelung in wenigstens zwei parallel ge­ schalteten Elektrodenstromkreisen einer elektrolytischen Anlage mittels Regeltransistoren, wobei sich in jedem Elektrodenstromkreis eine Kollektor-Emitter-Strecke des über jeweils einen ersten Differenzver­ stärker angesteuerten Regeltransistors befindet und die Verbindung zwischen dem Emitter und einem Emitterwiderstand mit einem ersten Eingang eines ersten Differenzverstärkers verbunden ist und wobei ein zweiter Eingang des ersten Differenzverstärkers jeweils mit einem Teilspannungs­ abgriff eines in einem Referenzstromkreis geschalteten Spannungsteilers verbunden ist, der wenigstens einen verstellbaren Widerstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (17) an eine spannungs­ stabilisierte Gleichspannungsquelle (20) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil­ spannungsabgriff (16) des verstellbaren Widerstandes (17) mit dem Eingang (15) eines zweiten Differenzverstärkers (14) verbunden ist, dessen Ausgang mit den jeweils zweiten Eingängen (12, 12′) der die Regeltransistoren (7, 7′) ersten ansteuernden Differenzverstärker (9, 9′) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ver­ stellbare Widerstand des Spannungsteilers (17) in Stufen einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ver­ stellbare Widerstand des Spannungsteilers (17) kontinuierlich einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrodenstromkreis mit wenigstens zwei zueinander parallel geschalteten Elektroden verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Elektrodenstromkreis zu den Eingängen (10, 12) des ersten Differenzverstärkers (9) die Eingänge (27, 28) jeweils eines dritten Differenzverstärkers (29) parallel geschaltet sind, daß der Ausgang des dritten Differenzverstärkers (29) mit dem Eingang eines zen­ tral einstellbaren Zeitverzögerungsglieds (30) verbunden ist, dessen Aus­ gang mit dem ersten Eingang (36) jeweils eines als Schwellwertschalter dienenden vierten Differenzverstärkers (31) verbunden ist, dessen zweiter Eingang (37) mit einem zentral einstellbaren Potentialwertgeber (34) ver­ bunden ist und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Alarmgebers (32) für jeden Elektrodenstromkreis verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an das Zeitver­ zögerungsglied (30) zusätzlich ein als Schwellwertschalter dienender fünf­ ter Differenzverstärker (35) angeschlossen ist, dessen erster Eingang (38) an ein ODER-Glied und dessen zweiter Eingang (39) an das Potentiometer (34) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einem zentralen Alarmgeber (32) verbunden ist.