DE4202408A1 - Aufhaengung fuer eine anodenanordnung zum einsatz in anlagen zur elektrolytischen behandlung von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufhängung für einen aus Titan bestehenden anodisch (oder gegebenenfalls kathodisch) ange­ schlossenen Anodenkorb, wobei das elektrolytisch abzuschei­ dende Metall gestückelt in den Korb eingegeben wird, oder für eine aus Titan bestehende unlösliche Anode, oder für eine aus Titan bestehende Halterung für eine lösliche Anode (die vorstehend genannten drei Einsatzmöglichkeiten der Erfindung werden im folgenden aus Gründen der Vereinfachung nur noch insgesamt mit "Anodenanordnung" benannt), zum Einsatz in Anlagen zur elektrolytischen Behandlung von Werkstücken, wobei die elektrisch leitende Aufhängung der Anodenanordnung zur Anbringung an einer Trag- und Stromzu­ führungsschiene ausgebildet ist (Oberbegriff des Anspruches 1). Hierbei ist insbesondere an Galvanisiervorgänge gedacht, bei denen in einen Anodenkorb das gestückelte Anodenmate­ rial, beispielsweise Kupfer, eingelegt wird. Die Stückelung ist bevorzugt in Kugelform, z. B. Kugeln von 45 mm Durchmes­ ser. Der Einsatz derart gestückelten Anodenmetalls hat den Vorteil, daß es beim Galvanisieren vollständig aufgearbei­ tet, d. h. auf die dabei kathodische Ware aufgetragen wird und die für einen geregelten Galvanisierbetrieb notwendige Anodenfläche durch einfaches Nachfüllen entsprechender Mengen gestückelten Anodenmetalls konstant gehalten werden kann. Ferner sind lösliche Anoden in Form von Stangen oder Platten mit einer Halterung aus Titan bekannt. Auch kennt man unlösliche Anoden aus Titan, die gegebenenfalls mit einem dünnen Platinüberzug versehen sind. Auch hierauf bezieht sich die Erfindung nach Aufgabe und Lösung. Es wird noch darauf hingewiesen, daß auch elektrolytische Verfahren bekannt sind, bei denen das zu behandelnde Gut anodisch und die unlösliche Gegenelektrode kathodisch geschaltet ist, beispielsweise beim anodischen Oxydieren von Aluminium. Auch dies wird von der Erfindung mit erfaßt.

Die Wahl von Titan als Werkstoff hat den Vorteil, daß Titan gegen die aggressiven Bestandteile des Elektrolysebades beständig ist und bei Ausführung als Anodenkorb auch in einfacher und wirtschaftlicher Weise mit den Durchbrüchen versehen werden kann, die für den Durchtritt der gelösten, anodischen Metallionen zwischen Anodenkorb und Arbeitsraum des Bades erforderlich sind.

Bei bekannten Anodenkörben aus Titan besteht auch deren Aufhängung aus Titan, mit welcher dieser Anodenkorb an eine Trag- und Stromzuführungsschiene gehängt wird (siehe DE-GM 19 20 613). Diese Trag- und Stromzuführungsschiene dient nicht nur zum mechanischen Halt des Anodenkorbes, sondern zugleich auch der Zuführung des Anodenstromes über die Aufhängung und den Korb an das im Korb befindliche, gestü­ ckelte anodische Metall. Für diese sowohl mechanische, als auch stromleitende Aufhängung ist aber die Verwendung des Werkstoffes Titan nachteilig, da er relativ schnell oxy­ diert, wobei zu berücksichtigen ist, daß sich die Trag- und Stromzuführungsschiene und der mit ihr in Kontakt stehende Teil der Aufhängung nicht im Bad, sondern in der Umgebungs­ luft befinden. Derartige Oxydationen beeinträchtigen aber den Stromübergang von der Trag- und Stromzuführungsschiene (auch Anodenschiene genannt) auf die Aufhängung und damit zum Anodenmetall. Ein in seiner Stärke gleichbleibender Anodenstrom ist aber eine der wesentlichen Voraussetzungen für eine gleichbleibende, gute Qualität der Galvanisierung. Die gleichen Nachteile wären dann gegeben, wenn der Anoden­ korb kathodisch angeschlossen und die Ware die Anode bilden würde. Die vorstehend aufgezeigten Probleme ergeben sich ebenfalls für eine einschließlich ihrer Halterung aus Titan bestehende unlösliche Anode oder für eine aus Titan beste­ hende Halterung für eine lösliche Anode.

Erwähnt sei zum Stand der Technik ferner, daß man aus der Literaturstelle "Handbuch der Galvanotechnik" (1963), Seiten 497 bis 506 unterschiedliche Ausgestaltungen von Anodenauf­ hängungen kennt. Diese metallischen Aufhängungen sind mit einem Isolierüberzug versehen (siehe insbesondere vorge­ nannte Literaturstelle Seite 504 und 505).

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Aufhängung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß einerseits die erläuterten vorteilhaften Eigenschaften von Titan beibe­ halten werden, andererseits aber dafür gesorgt wird, daß der Stromübergang zwischen der Trag- und Stromzuführungsschiene und der Aufhängung nicht durch Oxydationen beeinträchtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgaben- bzw. Problemstellung wird zu­ nächst, ausgehend vom o. g. Oberbegriff des Anspruches 1, darin gesehen, daß die Aufhängung aus zwei miteinander über eine Reibschweißstelle verbundenen Teilen besteht, wobei der eine, untere Teil der Aufhängung aus Titan besteht und mit der Anodenanordnung einstückig oder fest verbunden ist, während der andere, obere Teil der Aufhängung an der Trag- oder Stromzuführungsschiene dient und aus einem nicht­ rostenden Stahl besteht (Kennzeichens des Anspruches 1). Ein rostfreier Stahl, insbesondere ein Edelstahl ist sehr oxyda­ tionsfest, so daß der hieraus bestehende, der Aufhängung dienende obere Teil frei von der Gefahr der Oxydation ist. Damit wird auch über eine längere Betriebsdauer ein gleich­ mäßiger Stromübergang zwischen Trag- und Stromzuführungs­ schiene und der Aufhängung und von dort zur Anode oder Kathode gewährleistet. Andererseits bleiben der Einsatz von Titan bei der jeweiligen Anodenanordnung und die damit verbundenen, oben genannten Vorteile erhalten. Es hat sich gezeigt, daß eine Reibschweißstelle die im Kennzeichen des Anspruches 1 definierten beiden Teile der Aufhängung sowohl mechanisch fest als auch einwandfrei elektrisch leitend miteinander verbindet. Oxydationen treten auch an dieser Stelle nicht auf, und zwar auch nicht nach längerer Be­ triebsdauer.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Aufhängung ist Gegenstand des Anspruches 6. Anspruch 7 beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung zum Verlauf der Reib­ schweißstelle.

Die Zugfestigkeit der Reibschweißstelle ist relativ groß, so daß die Belastung durch die Anodenanordnung, insbesondere einen gefüllten Anodenkorb ohne weiteres von der Reib­ schweißstelle ausgehalten werden kann. Jedoch ist die Biege­ festigkeit einer solchen Reibschweißstelle nicht unerheblich geringer als die Biegefestigkeit eines Stabes gleichen Querschnittes aus Titan oder Edelstahl. Für den Fall, daß für die Reibschweißstelle übermäßig belastende Biegebean­ spruchungen zu erwarten sind, empfiehlt sich eine Verstei­ fung gemäß Anspruch 8. Diese Versteifung kann gemäß Anspruch 9 weiter ausgebildet sein.

Die Ansprüche 10 und 11 beinhalten eine Ausführung der Versteifung in Form einer Manschette.

Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Versteifung ist Gegenstand des Anspruches 12, wobei die Ansprüche 13 bis 15 vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruches 12 sind. Hiermit wird ein gesonderter Versteifungsteil vermieden und die Versteifung durch das Ineinandergreifen des Zapfens und der Ausnehmung der beiden, die Aufhängung bildenden Teile selber erreicht.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der im Anspruch 1 umris­ senen Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 16, wobei die Lage der Reibschweißstelle gemäß Anspruch 17 sein kann.

Bevorzugt sind beim Gegenstand der Erfindung zwei Aufhängun­ gen vorgesehen (Anspruch 18).

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weite­ ren Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungs­ beispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Seitenansicht,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls in der Seitenansicht,

Fig. 3 in einer Teildarstellung, z. T. im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor dem Zusammensetzen der dargestellten beiden Teile der Aufhängung,

Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 3 im zusammenge­ setzten und reibverschweißten Zustand,

Fig. 5 in einer Teildarstellung, z. T. im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor dem Zusammensetzen der dargestellten beiden Teile der Aufhängung,

Fig. 6 die Aufhängung gemäß Anspruch 5 im zusammenge­ setzten und reibverschweißten Zustand,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsform der Erfindung in der Seitenansicht,

Fig. 8 die Draufsicht zu Fig. 7.

In den Fig. 1 und 2 ist als ein Ausführungsbeispiel einer Anodenanordnung nach der Erfindung mit Ziffer 1 jeweils der obere Teil eines im übrigen nicht dargestellten Anodenkorbes aus Titan gezeigt, an welcher der eine, hier untere Teil 2 einer ebenfalls aus Titan bestehenden Aufhängung gemäß Ziffer 3 angeschweißt ist. Der Teil 2 könnte aber auch eine aus Titan bestehende Aufhängung einer löslichen Anode aus abzuscheidendem Metall oder aber die aus Titan bestehende Aufhängung einer unlöslichen Anode sein. Im letztgenannten Fall sind Aufhängung und unlösliche Anode einstückig.

Der im wesentlichen stabförmige untere Teil 2 der Aufhän­ gung ist über eine Reibschweißstelle 4 mit einem weiteren, hier oberen Teil 5 der Aufhängung verbunden, der ebenfalls im wesentlichen stabförmig sein kann und aus einem nicht­ rostenden Stahl besteht. Dies ist bevorzugt ein Edelstahl, beispielsweise Nickelstahl oder Chrom-Nickelstahl. Die Reibschweißstelle 4 erstreckt sich über den gesamten Quer­ schnitt der aneinander anstoßenden Enden der Aufhängungstei­ le 2 und 5. Dieser Querschnitt ist bevorzugt kreisrund. Bevorzugt verläuft, wie gezeichnet, die Reibschweißstelle 4 in einer Ebene, die senkrecht zu der mit den Doppelpfeilen 6 angedeuteten Längsrichtung der angrenzenden, stabförmigen Bereiche der Teile 2, 6 verläuft. Der durch Abbiegung aus dem oberen Teil 5 hergestellte Aufhängebereich 7 greift in der Betriebslage über die hier nur gestrichelt dargestellte Trag- und Stromzuführungsschiene 8, die den Kathoden- oder Anodenstrom über die Teile 5, 2 der Aufhängung der Anodenan­ ordnung, z. B. dem Anodenkorb 1 und dem darin befindlichen Metall (nicht dargestellt) leitet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind für gleiche Bauele­ mente die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet. Zur Versteifung der Verbindung der beiden Teile 2, 5 und damit der gesamten Aufhängung und dabei insbesondere der Verhinderung unzulässig hoher Biegebeanspruchungen auf die die Teile 2 und 5 verbindende Reibschweißstelle 4 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Manschette 9 vorgesehen, welche die Reibschweißstelle 4 und die daran angrenzenden Bereiche der Teile 2 und 5 der Aufhängung mit dichtem Sitz umgreift und, z. B. durch eine Verschweißung 10, an dem aus nicht rostendem Stahl bestehenden oberen Teil 2 in ihrer Lage fest gehalten ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Ausgestaltung der Reib­ schweißstellen mit gleichzeitiger Versteifung nach der Erfindung sind den Beispielen der Fig. 3, 4 und 5, 6 zu entnehmen. In beiden Fällen ist im oberen Teil 5 eine Aus­ nehmung 17 und am unteren Teil 2 ein Zapfen 18 vorgesehen.

Ausnehmung 17 und Zapfen 18 befinden sich also an einander zugewandten Enden 19 des Teiles 5 und 20 des Teiles 2, passen ineinander und erstrecken sich jeweils von der be­ treffenden Stirnfläche 19′ bzw. 20′ der vorgenannten Teile 5, 2. Es wäre vom Prinzip her auch möglich, die Ausnehmung 17 in den aus Titan bestehenden Teil 2 und den Zapfen 18 an dem aus nichtrostenden Stahl bestehenden oberen Teil 5 vorzusehen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Länge L 1 des Zapfens 18 ist etwas größer als die Tiefe L 2 der Ausnehmung 17. Wird der Zapfen 18 in die Ausnehmung 17 gesteckt, so besteht damit noch ein kleiner Abstand zwischen den beiden Stirnflächen 19′, 20′ Dann wird der Reibschweiß­ vorgang begonnen mit der Konsequenz, daß vor allem die Spitze 21 des Zapfens und der angrenzende Teil des Zapfen­ schaftes durch Erwärmung zumindest zähflüssig wird und damit die in Fig. 4 durch eine Zickzack-Linie 25 angedeutete Reibschweißstelle bilden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3, 4 besitzt die Ausnehmung 17 angrenzend an ihren Boden 23 eine ringförmige Hinter­ schneidung 24. In den von der Hinterschneidung 24 gebildete Raum fließt das sich bei der Reibverschweißung verflüssigen­ de Material des Zapfens 18, wodurch eine formschlüssige Verbindung des Zapfens zur Ausnehmung 17 erreicht wird. Der Innendurchmesser der Ausnehmung 17 und der Außendurchmesser des Zapfens 18 sind so aufeinander abgestimmt, daß beide Teile mit Paßsitz ineinandergreifen. Damit und auch durch die Reibschweißstelle 25 wird eine große Biegesteifigkeit dieser Verbindung der Teile 2, 5 erreicht, wobei die hiermit aufzunehmenden Biegekräfte schematisch durch die Doppelpfei­ le 26, 27 angedeutet sind. Nach Herstellung der Reibschweiß­ verbindung liegen die beiden Stirnflächen 19′, 20′ der Teile 5, 2 satt aneinander.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5, 6 entspricht im wesent­ lichen dem vorstehend erläuterten Beispiel der Fig. 3, 4, nur daß hier aus Gründen der Fertigungsvereinfachung die Hinterschneidung 24 weggelassen wurde. Im übrigen sind Aufbau und Wirkungsweise die gleichen wie vorstehend erläu­ tert. Es sind daher auch dieselben Bezugsziffern wie im Beispiel der Fig. 3, 4 verwendet worden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 ist der obere, im Querschnitt beispielsweise runde Bereich einer Anodenanord­ nung, bevorzugt eines Anodenkorbes 1 aus Titan dargestellt (Fig. 7). Einander diametral gegenüberliegend sind zwei bolzenartige Halterungen 11 aus Titan vorgesehen, die mit­ tels Längsschweißnähten 12 mit der Anodenanordnung fest verbunden sind. Die oberen Stirnkanten 11′ der Halterungen sind über je eine Reibschweißstelle 13 mit der Unterfläche 14 je eines Joches 15 fest verbunden. Die beiden Joche 15 verlaufen waagerecht und sind so ausgebildet, daß sie von oben her über zwei Trag- und Stromzuführungsschienen 8 gehängt werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Joche 15 unterseitig mit je einer Ausnehmung oder Nut 16 ausgerüstet, die mit etwas Spiel über die Oberkante der jeweiligen Trag- und Stromzuführungsschiene 8 paßt. Eine derartige Ausbildung der Aufhängung empfiehlt sich dann, wenn in vertikaler Richtung relativ wenig Platz vorhanden ist. Selbstverständlich kann auch bei diesem Ausführungsbei­ spiel die Ausbildung der Reibschweißverbindung sinngemäß wie anhand der Fig. 3, 4; 5, 6 beschrieben erfolgen.

Im übrigen wird durch die Anordnung zweier, an jeder Seite der Anodenanordnung vorhandenen Aufhängungen 11, 15 und die Verwendung zweier Trag- und Stromzuführungsschienen 8 eine sehr stabile und das Gewicht symmetrisch verteilende Anhän­ gung der Anodenanordnung an den Schienen 8 bewirkt. Auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 wird in der Regel an jeder Seite der Anodenanordnung eine Aufhängung 2, 5 vorgesehen sein, wobei in diesem Falle diese beiden Aufhän­ gungen über die eine, in Fig. 1, 2 dargestellte Trag- und Stromzuführungsschiene 8 hängbar sind.

In allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bestehen die Trag- und Stromzuführungsschienen 8 aus einem tragfähigen, elektrisch leitenden Material, wobei insbeson­ dere an einen nicht rostenden Stahl, z. B. einen Edelstahl gedacht ist.

Alle erläuterten und dargestellten Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.

Claims (19)

1. Aufhängung für einen aus Titan bestehenden anodisch (oder gegebenenfalls kathodisch) angeschlossenen Anoden­ korb, wobei das elektrolytisch abzuscheidende Metall gestückelt in den Korb eingegeben wird, oder für eine aus Titan bestehende unlösliche Anode, oder für eine aus Titan bestehende Halterung für eine lösliche Anode (die vorstehend genannten drei Einsatzmöglichkeiten der Erfindung im folgenden aus Gründen der Vereinfachung nur noch insgesamt mit "Anodenanordnung" benannt) zum Ein­ satz in Anlagen zur elektrolytischen Behandlung von Werkstücken, wobei die elektrisch leitende Aufhängung der Anodenanordnung zu ihrer Anbringung an einer Trag- und Stromzuführungsschiene ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung aus zwei miteinander über eine Reibschweißstelle (4; 13; 25) verbundenen Teilen (2, 5; 11, 15) besteht, wobei der eine, untere Teil (2; 11) der Aufhängung aus Titan besteht und mit der Anordnung (1) einstückig oder fest verbunden ist (3; 12), während der andere, obere Teil (5; 15) zur Aufhän­ gung an der Trag- und Stromzuführungsschiene (8) dient und aus einem nichtrostenden Stahl besteht.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (5; 15) der Aufhängung aus einem Nickel­ stahl oder Chrom-Nickel-Stahl besteht.

3. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufhängung aus langgestreckten Teilen (2, 5) gebildet ist.

4. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (5) dieser Aufhängung eine Abbiegung aufweist, die über die Trag- und Stromzu­ führungsschiene (8) paßt.

5. Aufhängung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net daß die langgestreckten Teile stabförmig sind.

6. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschweißstelle (4) etwa senkrecht zur Längsrichtung (6) der angrenzenden Berei­ che der Teile (2, 5) der Aufhängung verlaufend deren Stirnflächen miteinander verbindet.

7. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlastung der Reibschweißstelle (4) die Aufhängung eine Versteifung gegen den Einfluß von Biegekräften aufweist.

8. Aufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung beiderseits der Reibschweißstelle (4) vorgesehen ist.

9. Aufhängung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Versteifung in Form einer die genannten Bereiche mit dichtem Sitz umgebenden Manschette (9).

10. Aufhängung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Versteifung aus nicht rostendem Stahl besteht und durch eine Verschweißung (10) am oberen, aus nicht rostendem Stahl bestehenden Teil (5) der Aufhän­ gung gehalten ist.

11. Aufhängung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Versteifung aus Titan besteht und durch eine Verschweißung am unteren, aus Titan bestehenden Teil (2) der Aufhängung gehalten ist.

12. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (2, 5) der Aufhängung an ihren einander zugewandten Enden (19, 20) eine Steckverbindung in Form einer Ausnehmung (17) an einem der Teile und einem in diese Ausnehmung passenden Zapfen (18) des anderen Teiles aufweisen, und daß sich die Reibschweißstelle (25) zwischen Zapfen und Ausneh­ mung befindet.

13. Aufhängung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einstecklage die Spitze (21) des Zapfens (18) mit dem Boden (23) der Ausnehmung (17) die Reibschweißstelle (25) bildet.

14. Aufhängung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (17) an oder nahe ihrem Boden (23) eine Hinterschneidung (24) aufweist, wobei das durch die Reibschweißung verflüssigte, die Reib­ schweißstelle bildende Material diese Hinterschneidung zumindest teilweise ausfüllt.

15. Aufhängung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (18) am unteren, aus Titan bestehenden Teil (2) und die Ausnehmung (17) am oberen, aus nichtrostendem Stahl bestehenden Teil (5) der Aufhängung vorgesehen ist.

16. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der untere aus Titan bestehende Teil der Aufhängung eine Halterung (11) ist, die seitlich an der Anodenanordnung, insbesondere einem Anodenkorb (1) befestigt (12) ist, daß der obere, aus nichtrostendem Stahl bestehende Teil (15) der Aufhängung als Joch ausgebildet ist, das quer zur Längsrichtung (1′-1′) der Anodenanordnung verläuft und zur Auflage auf zwei Trag- und Stromzuführungsschienen (8) ausgebildet ist und daß eine Halterung (11) und Joch (15) über eine Reibschweiß­ stelle (13) miteinander verbunden sind.

17. Aufhängung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschweißstelle (13) die Unterseite (14) des Joches (15) mit der oberen Stirnfläche der Halterung (11) verbindet.

18. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aufhängungen (2, 5; 11, 15) vorgesehen und am oberen Bereich der Anodenanordnung an diametral einander entgegengesetzten Stellen befestigt (3; 12) sind.

19. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der untere, aus Titan bestehende Teil (2, 11) der Aufhängung am Korb (1) angeschweißt (3; 12) ist.